水质对棋盘井选煤厂煤泥浮选的影响

温 磊，张弘强，卢宪路, ，周坤强，宛 鹤

(1. 国能蒙西煤化工股份有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 016100；2.西安建筑科技大学 资源工程学院，陕西 西安 710055)

随着国家对工业废水排放要求的日益严格[1-2]，矿山废水处理与回收利用已成为实现企业清洁生产、解决水资源短缺和矿山废水污染的有力措施[3]，同时也符合国家节能减排政策。

棋盘井煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市鄂托克旗境内，所在地的气候属温带高原大陆性气候，气候干燥，降雨量稀少，蒸发强烈，井田内无常年地表径流，属于严重缺水地区。因此，该煤矿采用缓冲调节(平流式沉淀)+预处理(混凝+生化反应+高密度澄清过滤+多介质无阀滤池)+深度处理(恒温换热+活性炭过滤+自清洗过滤+UF超滤+RO反渗透)的水处理工艺，对矿井水进行处理，不仅可避免矿山废水排放引起的环境问题，而且能缓解选煤生产、生活用水短缺的情况。

有研究表明，煤泥浮选用水中存在的大量无机盐离子不但能够改变气泡性质[4-5]，还能改变煤粒表面电性，使得煤粒的可浮性发生变化[6-7]，有些影响有助于提高煤泥浮选的可燃体回收率[8-9]，有些则会给煤泥浮选过程控制带来困难，并导致末精煤灰分超标[10]。为考察水质对煤泥浮选的影响，以内蒙古棋盘井煤矿矿井水处理后所得的浓盐水和生活用水以及选煤厂生产用水和浓缩机溢流水为研究对象，通过浮选试验考察了四种水质对煤泥浮选效果的影响，并分析了水质对煤泥浮选产生不良影响的原因，从而为煤泥浮选用水的选择提供了依据。

1 试验

1.1 试验原料

水样为内蒙古棋盘井煤矿矿井水经水处理后获得的浓盐水和生活用水以及生产用水和浓缩机溢流水，其中生产用水为浓盐水与浓缩机溢流水的混合物；煤样为内蒙古棋盘井选煤厂<0.5 mm粒级浮选入料；捕收剂和起泡剂分别为棋盘井选煤厂浮选生产用的柴油和仲辛醇。

1.2 试验流程

煤泥浮选流程如图1所示。首先，将120 g煤样加入到XFD 型单槽浮选机( 容积为 1.0 L、主轴转速为1 700 r /min)，搅拌1 min，使煤样分散；然后，依次加入捕收剂和起泡剂，分别搅拌2 min和1 min，充气30 s；最后，浮选2 min，并收集泡沫和槽中剩余产品。

2 结果与讨论

2.1 水样性质分析

浓盐水、生产用水、浓缩机溢流水、生活用水水样性质见表1。

由表1可知：浓盐水、生产用水、浓缩机溢流水中钙离子、钠离子、氯离子的浓度均较高，且浓盐水和生产用水中钙离子浓度远高于浓缩机溢流水和生活用水。

2.2 煤样性质分析

煤样工业分析结果见表2。煤样的XRD分析结果如图2所示。

表2 煤样工业分析结果Table 2 Coal sample proximate analysis %

由图2可知，煤样中成灰矿物主要为石英、方解石和高岭石。

图2 煤样XRD分析结果Fig. 2 Coal sample XRD analysis

2.3 捕收剂用量探索试验

为了获得最佳捕收剂用量，进行了捕收剂用量探索试验，起泡剂用量设定为75 g/t，浮选用水为生活用水。试验结果如图3所示。

图3 捕收剂用量对浮选效果的影响Fig. 3 Influence of collector dosage on effects of flotation

由图3可知，随着捕收剂用量的增加，精煤灰分和产率均呈上升趋势。根据棋盘井选煤厂对浮选精煤灰分的要求(≤11%)，确定最佳捕收剂用量为150 g/t，此时的浮选精煤产率为72.97%，灰分为10.80%。

2.4 起泡剂用量探索试验

为了获得最佳起泡剂用量，进行了起泡剂用量探索试验，捕收剂用量设定为150 g/t，浮选用水为生活用水。试验结果如图4所示。

图4 起泡剂用量对浮选效果的影响Fig. 4 Influence of frother dosage on flotation effects

由图4可知：随着起泡剂用量的增加，浮选精煤灰分和产率均呈上升趋势。根据棋盘井选煤厂对浮选精煤灰分的要求(≤11%)，确定最佳捕收剂用量为75 g/t，此时的浮选精煤产率为72.97%，灰分为10.80%。

2.5 水样性质对煤泥浮选效果的影响

在获得了最佳捕收剂用量(150 g/t)和最佳起泡剂用量(75 g/t)之后，进一步研究了浮选用水性质对煤泥浮选的影响。试验结果如图5所示。

图5 水质对煤泥浮选效果的影响Fig. 5 Infuence of water property on flotation effects

由图5可知：在相同的浮选条件下，浓盐水、生产用水、浓缩机溢流水和生活用水作为浮选用水时，浮选精煤产率分别为83.88%，83.51%，73.62%和72.97%，浮选精煤灰分分别为13.28%，12.74%，10.90%和10.80%。可见，采用不同水样进行浮选试验时，浮选精煤产率灰分由高到低为：浓盐水>生产用水>浓缩机溢流水>生活用水。这表明浓盐水和生产用水作为浮选用水有利于提高浮选精煤产率，同时也会造成浮选精煤灰分的升高；浓缩机溢流水用作浮选用水时，获得的浮选精煤产率略高于生活用水，浮选精煤灰分则略低于生活用水。

由水样性质(表1)可知：浓盐水和生产用水中钙离子、钠离子和氯离子含量远高于浓缩机溢流水和生活用水，而在浮选过程中钙离子、钠离子和氯离子吸附于煤样表面可引起精煤灰分超标。

进一步比较浓缩机溢流水和生活用水中钙离子、钠离子、硫酸根离子和氯离子浓度可以发现，浓缩机溢流水中钙离子浓度与生活用水相近，但钠离子、硫酸根离子和氯离子浓度都远高于生活用水。结合浓缩机溢流水和生活用水的浮选结果可推测，在一定离子浓度内钠离子、硫酸根离子和氯离子对煤泥浮选效果的影响相对较小。因此，棋盘井生产用水中存在的大量钙离子，是引起浮选精煤灰分超标的主要原因。

3 结论

以棋盘井煤矿废水处理后获得的浓盐水、选煤厂生产用水、浓缩机溢流水、生活用水为研究对象，研究了浮选用水性质对煤泥浮选的影响，并分析了浓盐水对煤泥浮选产生不良影响的原因，获得主要结论如下：

(1)浓盐水、生产用水、浓缩机溢流水、生活用水中主要的无机盐离子为钙离子、钠离子、硫酸根离子和氯离子，其中浓盐水和生产用水中钙离子、钠离子和氯离子浓度远高于浓缩机溢流水和生活用水。

(2)浓盐水和生产用水作为浮选用水有利于提高浮选精煤产率，但对浮选精煤灰分有不良影响。采用不同水样进行浮选试验时，浮选精煤产率、灰分由高到低为：浓盐水>生产用水>浓缩机溢流水>生活用水。

(3)浓盐水和生产用水造成浮选精煤灰分超标的原因可归结为其中较高的钙离子浓度。单独使用浓缩机溢流水作为浮选用水有助于改善煤泥浮选精煤灰分指标。