超声处理时间对煤泥浮选降灰的影响

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【摘 要】本文研究了超声波处理对煤泥浮选降灰的影响，研究结果表明在相同的浮选条件以及不同的超声波处理时间，得到超声处理3min时能够最大程度提高精煤产率（91.88%），降低精煤灰分（12.77%），提高浮选效果；研究表明需要选择合适的超声波处理时间，得到煤粒与煤矸石、黄铁矿等矿物质的最佳解离状态以用于浮选。

【关键词】超声波；矿物加工；浮选效果；粒度

浮选是根据矿物颗粒表面物理化学性质的不同，从矿石中分离出有用矿物的技术方法，即按可浮性的差异进行矿物分选，是细粒和极细粒物料分选中应用最广、效果最好的一种选矿方法[1]。煤泥浮选是降低细粒煤（-0.5mm）中的灰分和从煤中脱除细粒硫铁矿的重要方法。

为了达到提高煤泥的浮选效率的目的，人们尝试用很多的方法来强化煤泥的浮选。超声波技术是比较理想的常用的物理调节法中的一种[2]。超声波在液相中传播时产生的空化效应（声空化现象）能引起一系列次级效应，如清洗、分散、破碎作用以及乳化、化学效应等[3-4]。超声波处理后的煤泥表面性质会发生变化，与浮选药剂的作用也会随之发生改变[5]。

采用超声波作用于煤浆时，会形成强烈的机械性冲击与搅拌的冲击波和微射流，使得煤颗粒发生破碎和解离，并且能在煤浆中的煤粒、黄铁矿等物质表面发生复杂的物理化学反应，从而对浮选行为产生一定的影响[6]。本文主要研究煤泥在不同的超声波处理时间下，浮选行为的变化以及煤泥粒级的变化。

1 煤样性质及浮选药剂

煤样采自贵州兴安糯东井田18#层块煤，经筛分试验后所得自然级煤泥（-0.5mm）作为试验用煤泥。煤样的灰分Aad=22.29%，w（Std）=4.89%；自然级煤泥灰分Aad=18.73%，w（Std）=4.46%。试验所用捕收剂为煤油，起泡剂为仲辛醇。试验用超声波仪器频率为36kHz，功率为100W。

2 试验结果与讨论

2.1 不同超声处理时间下的浮选结果

在考察不同超声处理时间下煤泥浮选工艺的效果前，需要确定常规药剂的最佳的浮选条件。而在选煤厂的实际操作过程中，浮选药剂量是重要的控制因素。通过条件试验，最终确定浮选条件为入浮浓度为80g/L、捕收剂用量为1200/t，起泡剂用量为120g/t，浮选机为XFD型0.5L单槽浮选机。采用不同的超声时间处理，处理时间分别为0min～6min，步长为1min，将不同时间下处理的煤样编号为0#，1#，...，6#。几种不同处理的煤样的浮选结果如表1所示。

由表1可以得到以下结果：

（1）由不同煤样的可燃体回收率指标可以得出，该煤样的可燃体回收率均在90%左右，属于易浮煤泥。未处理的0#煤样可燃体回收率为91.11%，精煤产率为90.61%，精煤灰分为13.13，3#煤样的可燃体回收率可以提高2%左右，为92.38%，且3#煤样的精煤产率和精煤灰分分别为91.88%和12.77%，较未处理煤泥精煤指标有明显的提高。并且对于可燃体回收率降低的1#，2#，6#煤样，虽然精煤产率有所降低，但灰分有明显降低，分别为12.50%、12.99%、12.43%。

（2）在相同的浮选条件下，超声处理前后的煤样的浮选效果有所改变，超声处理后的浮选完善指标较处理前普遍有不同程度的提高，说明超声处理该煤样能够有效的促进煤泥浮选的进行。

（3）虽然各个处理时间的浮选效果较处理前均有改善，但综合对比精煤产率及灰分、可燃体回收率、浮选完善指标可以得到3#煤样及超声波处理3min的处理效果最好。

2.2 不同超声处理时间对煤泥颗粒大小影响

分别取100g矿样，与300ml的水混合后，用36kHz的超声波处理不同时间，处理时间分别为0min～6min，步长为1min，将不同时间下处理的煤样编号为0#，1#，...，6#，煤样编号为0#～6#，将超声波处理后的煤样进行湿法筛分，得到筛分试验结果见表2。

分析表2可得到以下结果：

（1）对于0.5～0.25的粒级，随着超声波处理时间的增加，其粒级的产率一直是在降低的，由于没有+0.5的粒级，因此0.5～0.25的产率的变化能够直观的反映出超声波处理对煤泥的破碎作用，这点与之前的相关研究结果相同[7]。观察0.5～0.25粒级的灰分，相比较于未处理的煤泥灰分，除3min处理时间外，各个时间段该粒级的灰分均有所升高，由于煤泥中的灰分主要存在于煤矸石与黄铁矿等矿物质中，这说明经过超声波处理后，煤粒与煤矸石和黄铁矿发生了解离，并且超声波对煤粒的破碎作用最大。

（2）对于0.25～0.125的粒级，3min前0.25～0.125粒级的产率及灰分的变化，是呈现先降低而后有一个升高的过程，说明开始时超声波对该粒级的破碎解离作用使得该粒级产率及灰分有所降低，之后随着0.5～0.25粒级的破碎解离，0.25～0.125粒级的产率及灰分有所升高。3min时，0.5～0.25粒级的灰分有所降低，0.25～0.125粒级的灰分较未处理煤样有大幅的提高，说明在3min左右，超声波对该煤样中的煤矸石与黄铁矿等矿物质在超声波的影响下发生了明显的破碎解离从而使其分散到更细的粒级中去。

（3）对于-0.045的细粒级煤泥，可以看到随着时间的增加，该粒级的产率在开始3min内随着时间的增加而增加，而其灰分也在递增，但是3min后，该粒级产率及灰分的变化趋于平稳。说明超声波对细粒级煤泥的破碎解离作用并不明显。

（4）结合浮选结果，虽然随着时间的增加，超声波能够对煤泥起到破碎解离的作用，但由于细粒级的增加以及超声波对黄铁矿等矿物质的解离作用，处理时间过长反而会影响浮选效果，对浮选产生不利影响。

3 结论

（1）在相同的浮选条件下，使用超声波处理煤样，能增加精煤产率，降低精煤灰分，提高浮选效果。最佳处理时间为3min，精煤产率为91.88%，精煤灰分为12.77%，可燃体回收率为92.38%。

（2）超声波对煤样的破碎作用使得煤泥中的细粒级会随着处理时间的增长而变多，但超声波对细粒级的破碎作用并不明显。

（3）超声波能够对煤粒产生解离的作用，但不是处理时间越长越好，随着处理时间的增加，有可能会对浮选产生不利影响。结合前人所做研究可以得出，针对不同的煤样，超声波处理效果不同，需要选择合适的超声波处理时间，得到煤粒与煤矸石、黄铁矿等矿物质的最佳解离状态以用于浮选。

【参考文献】

[1]谢广元，主编.选矿学[M].中国矿业大学出版社，2001，8：388.

[2]康文泽，胡军.物理调节法对矿物浮选的影响[J].洁净煤技术，2004，10（4）：21-23.

[3]应崇福，等.超声学[M].北京：科学出版社，1991.

[4]冯若，李化茂.声化学及其应用[M].合肥：安徽科学技术出版社，1991.

[5]康文泽.煤泥超声浮选的脱硫降灰研究[D].北京：中国矿业大学学报，2006.

[6]胡军，陈建启.超声处理与煤系黄铁矿的脱除[J].选煤技术，1998（4）：26-28.

[7]康文泽，丁淑芳，胡军.超声波对煤泥浮选的影响[J].黑龙江科技学院学报，2010（3）.