浮选过程中煤中矿物质的迁徙规律_李晶.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 煤炭在我国的生产和消费中占有足够大的比例。 随着清洁能源的号召， 煤炭洗选成为洁净煤技术的根 本需求和源头技术[1]。 其中， 浮选可以高效地分离细粒 煤， 已成为广大学者和企业最常采用的方法之一。随 着选煤技术的革新与进步，细粒煤的产量逐年增加， 随之产生的尾煤数量也逐渐上升， 尾煤产量的急剧增 加成为目前我国最大的工业固体废弃物之一， 增加了 环境压力。 传统对于尾煤的加工处理方法多采用混煤 燃烧发电[2]， 型煤技术[3]及建筑材料的制备[4]等， 这就使 得尾矿中富集的有价值的伴生矿物利用率降低[5,6]， 无 法满足废弃资源的高效、 洁净利用， 所带来的环境污 染问题较严重。对于运输及销售不便利的地区， 浮选 后的尾煤直接废弃在露天敞口的环境中， 有时也用作 矿井采空区的回填材料， 这都会对环境造成严重的污 染及危害， 浪费资源， 侵占土地。因此， 浮选尾煤的研 究及处理越来越受到人们的重视。 本文选择了三种不 同变质程度的煤泥， 对其原煤及浮选后尾煤中矿物质 的种类及含量进行了测定，采用了 K 值法求得了矿 物质含量与尾煤含量的关系曲线， 通过分步释放浮选 法求得了矿物质的迁徙规律， 为之后浮选尾煤的加工 利用处理提供了应用依据。 1实验部分 1.1浮选试验 煤泥浮选试验所采用的是 XFDII1.5L 浮选机， 首 先在搅拌桶中加入适量清水， 选择转速 1800r/min， 然 后依次加入试验煤样、捕收剂，矿浆均匀搅拌 2min 后， 再加入起泡剂仲辛醇， 搅拌 10s。在此过程中产生 的矿化气泡携带精煤颗粒不断上升， 上升至泡沫层后 由槽体边沿溢出， 跌落至精矿管路收集精矿。不能被 泡沫携带的尾矿进入浮选机底部， 收集尾煤。上述试 验用到的捕收剂为煤油（化学纯 ） ，起泡剂为仲辛醇 （分析纯 ） 。 1.2XRD 分析 试验采用日本理学 Mini Flex600 型 X 射线衍射 仪。试验设定条件为 Cu 靶 Kα 辐射、光管电压 浮选过程中煤中矿物质的迁徙规律 李晶 （霍州煤电集团辛置煤矿 ， 山西 霍州 031412 ） 摘要 为了探究浮选煤泥尾煤中矿物质的分布情况和迁徙规律， 本文选择了三种不同变质程度的煤 泥进行浮选， 以浮选后尾煤为研究对象， 通过 X 射线衍射仪对尾煤中的矿物质成分进行了分析， 且定 性分析了分布释放浮选过程中， 每一步后产物中矿物质。 试验中矿物质的定量测定及迁徙规律是通过 K 值定量法求得。实验求得， 随着灰分的增加， 高岭石含量逐渐增多， 但其增加速率减缓； 石英和方解 石只存在于高灰分产物中， 石英含量随灰分的增加也发生增量， 但拟合后的 R 值才达 0.7， 相关性不 高； 而方解石含量与灰分的增加无明显的关系， 不发生精煤夹带现象。 关键词 浮选尾煤 ； 矿物质 ； 分布情况 ； 迁徙规律 中图分类号 TD923文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0102- 04 The Rules of Mineral Migration in Coal on Flotation LI Jing （Huozhou Coal- ElectricityGroup CompanyXinzhi Coal Mine ，Shanxi Huozhou 031412 ） ABSTRACT In order to investigate the distribution and migration of minerals in flotation slime tailings, three kinds of slimes with different metamorphic degrees were selected for flotation, and the minerals in the tailings after flotation were analyzed by X- ray diffractometer, and the minerals in the products after each step of flotation were qualitatively analyzed. Quantitative determination and migration rule of minerals in the experiment are obtained by K value quantitative . The experimental results are obtained, with the increase of ash, the content of kaolinite increases gradually, but its increasing rate slows down. Quartz and calcite only exist in the products with high ash content, and the content of quartz increases with the increase of ash content, but the fitting R value is about 0.7, the correlation is not high; and the content of calcite has noobvious relationship with the increase ofash content. Key words flotation tailings; minerals ; distribution ; migration law 102 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 40kV、 电流 15mA， 定性分析扫描范围 5- 85， 扫描 速率 8/min，步长 0.02；定量分析扫描范围 10- 40， 扫描速率 4/min， 步长 0.02。最终结果 分析依据国际衍射中心 （ICDD ） 粉末衍射联合会 （JCPDS ） 提供的各矿物的标准衍射数据。 1.3K 值法 试验中矿物质的定量分析采用 K 值法。以矿物 质的纯物质作为参比物相， 以 α- Al2O3作为标定物， 确定 K值及矿物质的量。具体计算公式如下 混合物中， 物相的衍射强度 I 可表示为 IjCKj ωj 2ρj∑ n j1ωjμmj （1 ） K值法的基本公式由上式可得出 Ij Ii K j i ωj ωi （2 ） 改写为 ωj ωi K j i K j i Ij Ii （3 ） 当 ωjωi0.5 时， K j i Ij Ii （4 ） 式中 Ij为待测物相 j 中的最强峰的峰强度； Ii为 参比物 （α- Al2O3） 相 i 的最强峰的峰强度； ωj为待测 相 j 在被测混合体中的百分含量； ωi为参比物 i 在被 测混合体中的百分含量； K j i为待测物 j 相对 i 的参比 强度。 在试验中，将待测物与 α- Al2O3以 11 的比例混 合， 根据上式 （4 ） 求得矿物质相对于标定物 α- Al2O3 的 K值；之后再将待测煤样加入标定物 α- Al2O3中， 据公式 （3 ） 求出其在待测物中的百分含量。 2结果与讨论 2.1不同变质程度原煤煤样组分分析 选择三种不同变质程度的长焰煤（Ⅰ ） 、 1/3 焦煤 （Ⅱ ） 和焦煤 （Ⅲ ） 煤泥进行试验。通过 XRD探究了三 种原煤煤样的矿物组成， 其图谱如图 1 所示 （Ⅰ）长焰煤 （Ⅱ）1/3 焦煤 （Ⅲ）焦煤 图 1不同变质程度原煤 XRD 分析 从图 1 各原煤 XRD图谱分析可以看出，长焰煤 原煤图谱中可以观察到高岭石、 方解石和石英的特征 峰， 高岭石和方解石峰强度大明显， 石英峰强度较弱， 说明长焰煤中含有的矿物质主要为高岭石、 方解石和 少量的石英； 1/3 焦煤原煤 XRD图谱中矿物质衍射峰 数量多， 且衍射的强度也较大， 这说明 1/3 焦煤含有 的矿物质种类也较多， 有高岭石、 石英、 勃姆石、 方解 石和黄铁矿； 焦煤原煤的 XRD图谱分析中， 矿物质峰 数量较少， 仅观察到了高岭石和石英的特征峰， 且图 谱中高岭石的峰强度较大而石英的峰强度微弱， 基线 波动也很明显。 观察上述三种原煤的 XRD图谱， 可以发现， 每种 原煤中高岭石的主峰强度都相对较强， 且峰型尖锐对 称完整， 强度大， 这就证明， 这三种原煤中高岭石的含 量较大， 且纯度较高。 2.2煤泥分步释放浮选结果的 XRD 分析 据文献报道[7]， 依据正交试验得到三种试验煤样 的最佳浮选条件。各煤样的最佳浮选条件见表 1。 表 1各煤样最佳浮选条件 在各煤样最加浮选条件下进行分步释放浮选试 验， 并对浮选后的产物进行 XRD分析， 结果如图 3 所 示。 从图 2 可以看出， 煤泥中含量较丰富的矿物质有 高岭石、 石英和方解石。 即使在粗选后的产物 6 中， 也 能明显观察到这三种矿物质的峰强度最高， 经过一次 精选，三种煤泥产物 5 中石英和方解石的峰逐渐消 煤样捕收剂 g/t起泡剂 g/t矿浆浓度 g/L充气量 m3/h 长焰煤15001501000.35 1/3 焦煤 15002001400.25 焦煤10001501000.35 103 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 失。 这说明浮选后的石英和方解石随尾煤脱除， 而高 岭石的峰仍然存在，高岭石在各精煤产品中仍存在 夹带， 图 3 中也明显看出， 产物 4 及后续产品中的灰 分几乎全部由高岭石贡献，因此精煤灰分降低速率 减缓。 长焰煤1/3 焦煤 焦煤 图 2不同煤泥分步释放产物的 XRD 分析 2.3三种矿物质在浮选中的迁徙规律 通过 K 值法对样品中矿物质的质量分数进行分 析。结果见表 2。 表 2煤样中矿物质 XRD 分析结果 从表 2 中数据可以看出， 各煤泥的分步释放产物 中， 三种变质程度不同的煤样中， 矿物质高岭石的含 量随灰分的升高而增加， 石英和方解石的含量随灰分 的升高而降低， 且灰分与矿物质的含量呈正相关的关 系， 与煤样的变质程度没有明显的相关性。由上表尾 煤累计灰分量及各分步释放浮选产物中矿物质的含 量， 求得了三种试验煤样尾煤累计灰分与累计矿物质 的质量分数。结果如表 3 所示。 表 3尾煤累计灰分 - 矿物质含量 通过表 3 可以看出， 三种不同变质程度的煤泥经 浮选后，尾煤中矿物质的含量随灰分的升高而增加。 由于高岭石在尾煤中的富集使其增量逐渐降低， 同 时，高岭石为尾煤灰分的升高做出了很大得贡献， 这 与变质程度无关。 将上述数据中高岭石百分含量绘制曲线， 且拟合 成数学关系， 结果如图 3 所示。 从图 3 可以看出， 浮选 尾煤的灰分与高岭石含量呈二次函数关系， 且相关系 数 R 值均能满足大于 0 接近 1， 相关程度较高。在变 质程度发生变化时， 均能满足随灰分的升高， 高岭石 含量增速减缓。因此， 尾煤中高岭石的含量随灰分的 累积而趋于平缓。这与上述 XRD分析结果相一致。 长焰煤1/3 焦煤 焦煤 图 3不同变质程度尾煤累计灰分 - 高岭石累计 含量关系曲线 煤样矿物质 百分比 产物 1产物 2 产物 3产物 4 产物 5产物 6 长焰煤 高岭石13.2115.1319.4524.2137.5039.85 石英0000.22.1612.51 方解石00000.5417.36 1/3 焦煤 高岭石-17.121.5425.536.1544.63 石英-0003.2620.14 方解石-0000.335.16 方解石00004.622.77 焦煤 高岭石 石英 7.14 0 12.49 0 16.74 0.24 24.01 2.02 29.06 8.36 35.1 21.17 煤样高岭石含量石英含量方解石含量 长焰煤 28.834.468.68 30.825.029.87 34.196.3411.21 39.149.3912.29 39.8512.5117.36 1/3 焦煤 36.1012.473.01 39.0813.723.46 43.4516.264.05 45.6320.145.16 焦煤 20.583.532.23 23.795.822.61 28.819.803.08 32.7516.193.49 35.1021.172.77 编号累计灰分 127.31 230.05 335.79 446.03 555.02 142.47 248.14 360.67 468.50 118.39 222.86 331.60 443.92 555.67 104 ChaoXing （上接第 101 页 ） 事故， 该装置共计阻车 9 次， 使斜井运输撞车事故率 降低至 3以下， 预计全年可为煤矿节约经济费用达 40 余万元。 4结束语 大同煤矿集团朔州煤电有限公司辅助运输管理 处通过技术研究， 对南阳坡矿运输斜井设计了一套无 轨胶轮车感应防撞装置， 通过实际应用发现， 该装置 与传统防撞条相比，它具有对运输车防撞效果好， 自 动化水平高， 成本费用低， 安全系数高、 适用性强等优 点， 大大降低了斜井运输事故率， 保证了矿井安全高 效运输， 取得了显著的安全、 经济效益。 参考文献 [1] 姜彪.综采工作面配套辅助设备跟进无轨运输车[J].煤矿 机械， 2015 （09） 167- 169 [2] 贾庆良. 煤矿井下重型胶轮运输车增设辅助驱动的探讨 [J].煤炭工程.2001 （12） 45- 46 [3] 孙林帅.矿用无轨胶轮车全自动防爆紧急制动系统[J].科 技与创新.2019 （03） 49- 50 [4] 郝亚星.一种无轨胶轮车速度失控保护系统[J].煤矿机电. 2018 （02） 14- 15 [5] 李志国.矿用无轨胶轮车辆监控仪设计[J]矿业装备， 2018 （03） 120- 121 作者简介 张德生 （1992.12-） ， 男， 毕业于大同煤炭职业技术学院 机电一体化专业， 大专， 助理工程师， 现就职于大同煤矿集团 朔州煤电有限公司辅助运输管理处， 从事煤矿运输安全管理 工作。 （收稿日期 2019- 4- 25） 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 将尾煤灰分与石英含量拟合， 得到图 4。从上述 试验可以看出， 矿物质石英并非在每一步产品中都有 富集， 只在高灰分产品中分布明显。 拟合结果显示， 尾 煤灰分与石英含量满足一次函数 y0.32x- 1.3752， 相 关系数 R 大于 0 小于 1， 随着灰分增加， 石英含量逐 渐升高， 但其变化范围不是很宽泛， 相关性一般。 即石 英在煤泥浮选过程中对灰分变化不敏感。 图 4尾煤累计灰分 - 石英累计含量关系曲线 同样，将尾煤灰分与方解石含量拟合在一个图 中， 拟合结果如图 6 所示。方解石也只是富集于高灰 分的产物中。拟合结果表明， 尾煤灰分与方解石含量 并不存在明显的数学关系， 随灰分的增加， 方解石的 含量变化不明显， 这就反应了方解石在浮选过程中不 存在精煤夹带。 3结论 不同变质程度的煤进行浮选，分离出精煤后， 不 同灰分的尾煤中高岭石均有夹带，且随灰分的增加， 高岭石含量逐渐增多， 但其增加速率会越来越缓。石 英和方解石只富集在高灰分产品中，随着灰分的增 加， 其含量并无明显的变化， 拟合后的数据显示相关 性不高。 参考文献 [1] 郭晓松. 高硫煤洗选粒度上限问题探讨 [J]. 城市建设理 论研究, 2014 （15） . [2] 尉永波, 江爱伟, 秦兴中. 尾煤与综合利用 [J]. 节能与环 保, 2006 （11） 43- 43. [3] 柳树成, 盛啸, 刘道春,等. 选煤厂浮选尾煤资源化利用技 术浅析[J]. 2012. [4] 李晨. 浮选尾煤性质及活性研究 [D]. 太原理工大学, 2015. [5] 刘新兵. 我国若干煤中矿物质的研究 [J]. 中国矿业大学 学报,1994 （4） 109- 114. [6] Mineralogical and chemical characterization of coals from southern Chile[J]. Fuel Energy Abstracts, 2002, 43 （1） 6. [7] 付元鹏. 浮选尾煤中矿物质及镓元素富集规律的研究 [D]. 太原理工大学, 2017. 作者简介 李晶 （1987-） ， 女， 山西省新绛县人， 2014 年 1 月毕业于 太原理工大学安全工程， 助理工程师， 研究方向洗煤加工。 （收稿日期 2019- 6- 27） 105 ChaoXing