Study on Flotation Test of Comprehensive Recovery of Carbon from a Coal Gangue in Guizhou
杨盛炜 YANG Sheng-wei；龙祖根 LONG Zu-gen
（贵州省煤矿设计研究院有限公司，贵阳 550025）
（Guizhou Coal Mine Design Research Institute Co.，Ltd.，Guiyang 550025，China）
摘要：以贵州六盘水某煤矸石为研究对象，针对该煤矸石中可回收的固定碳资源，利用浮选法回收煤矸石中固定碳。通过一粗一精一扫浮选闭路工艺，在磨矿细度为-0.075mm粒级占75%，调整剂石灰和硅酸钠用量分别为3kg/t和1kg/t，捕收剂柴油总用量为450g/t的条件下，得到了碳精矿品位达到62.75%，回收率达到83.18%。
Abstract: Taking a gangue in Guizhou as the research object, the carbon enrichment experiment was carried out by positive flotation technology. The results show that the closed circuit process of positive flotation with one roughness, one fineness and one sweep is adopted. When the grinding fineness of -0.075mm is 75%, the dosage of adjusting agent lime and sodium silicate is 3kg/t and 1kg/t respectively, and the total dosage of collector diesel oil is 450 g/t. Carbon concentrate with fixed carbon grade of 62.75% and recovery of 83.18% was obtained. The resource utilization of coal gangue has been realized.
关键词：煤矸石；浮选；碳精矿
Key words: coal gangue；flotation；fixed carbon
中图分类号：TD849 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）22-0272-03
0 引言
煤矸石是煤炭开采、加工过程中所产生的伴生固体岩石，其与煤炭紧密相连，煤炭的用途与价值往往会受煤矸石的伴生关系而有所不同。煤矸石的产量随煤炭资源的开采和加工在不断增加，据统计，煤矸石产量占煤炭产量的10～20%，至2020年贵州省煤矸石产量将达到约1920万吨，如此庞大的煤矸石堆放，占用大量农田的同时，将污染周围空气和地下水源，还会引发山体滑坡和自然火灾等地质灾害，给当地的生态造成了极大的压力，加之社会对环境要求越来越苛刻，因此，煤矸石治理和综合利用成为社会待解决的重要问题[1-4]。
煤矸石因其特殊的性质，其用途也较广泛，主要应用于充填材料、燃烧发电、土壤改良、建筑材料和有价元素提取等[5-7]。其中，人们对有价元素的提取最为青睐，资源综合利用的同时减少了环境的污染。因此，笔者针对煤矸石的性质特点，以贵州省六盘水某煤矿区中堆放的煤矸石为研究对象，通过浮选方法回收有价矿物固定碳，以期为煤矸石的综合回收利用提供理论借鉴。
1 实验部分
1.1 煤矸石的性质
试验矿样取自贵州省六盘水某煤矿区，分别抽取矿区不同地方的煤矸石矿样经破碎（粒度＜2mm）、混匀、缩分后，对煤矸石进行化学成分分析，分析结果如表1所示。
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注：*可燃物碳氢化合物含量.
由表1可知，煤矸石中主要有价矿物为CH2，CH2含量为35.31%，具有较大回收价值，其次，Al2O3和SiO2含量较高，分别达到20.36%、33.64%，脉石矿物主要为石英。
1.2 试验方法
原矿经磨矿后得到合适的磨矿粒度，将所磨矿浆进行浮选回收固定碳，调节矿浆浓度，加入调整剂、捕收剂、起泡剂后反应一段时间，充入空气，待泡沫稳定后开始刮泡，经一粗一精一扫的煤矸石碳浮选分离，将试验所得的产品过滤、烘干、称重，分别测定碳精矿和浮选尾矿中的碳质量分数。
2 试验结果与讨论
2.1 磨矿细度对碳的浮选效果影响
矿石粒度是影响浮选效果的重要因素之一，当矿石粒径大于0.2mm时，无法对矿石进行浮选分离，浮选的效果较差。浮选实验罪适宜的粒径为0.10~0.075mm[8]。因此，在石灰用量为3kg/t，硅酸钠用量为1kg/t，捕收剂柴油用量为400g/t，起泡剂2#油用量为200g/t条件下，考察磨矿细度对煤矸石碳的浮选效果影响。试验结果见图1。
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由图1可以看出，随着磨矿细度-0.075mm粒径含量的增加，精矿中固定碳品位先增加后降低，固定碳回收率先降低后趋于平衡，当磨矿细度-0.075mm粒径含量为75%时，精矿中固定碳含量达到最大值，此时固定碳品位为62.43%，继续增大磨矿细度，泥化现象不断增加，使得固定碳品位有所降低，因此，选择磨矿细度-0.075mm粒径含量为75%最适宜。
2.2 石灰用量试验
石灰是煤矸石浮选过程中用于调节矿浆pH值常用调整剂，使矿浆呈现为弱碱性，石灰还能对抑制硫化矿的上浮，因此，在磨矿细度为-0.075mm含量占75%，硅酸钠用量为1kg/t，柴油用量为400g/t，2#油用量为200g/t条件下，考察了石灰用量对碳的浮选效果影响，试验结果见图2。
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由图2可以看出，随着石灰用量的增加，精矿中固定碳回收率呈先大幅增加后缓慢增加，品位呈先大幅降低后缓慢降低，当石灰用量为3kg/t时，精矿固定碳品位达到62.36%，继续增大石灰用量碳含量增加量较小，且碳回收率也逐渐降低，综合考虑药剂成本和浮选指标，确定石灰用量为3kg/t最为合适。
2.3 硅酸钠用量实验
在煤矸石浮选过程中，常用硅酸钠来抑制石英、硅酸盐类矿物，以此同时硅酸钠还可以对微细颗粒絮凝起到分散作用，因此，在磨矿细度为-0.075mm含量占75%，石灰用量为3kg/t，柴油用量为400g/t，2#油用量为200g/t条件下，考察了硅酸钠用量对碳的浮选效果影响，试验结果见图3。
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由图3可得，随着硅酸钠用量的不断增加，碳回收率逐渐降低，精矿固定碳品位逐渐增加，当硅酸钠用量为1kg/t时，精矿固定碳品位为62.53%，继续加大硅酸钠用量，固定碳含量变化不大，因此，确定硅酸钠最佳用量为1kg/t。
2.4 捕收剂柴油用量试验
柴油是碳的良好捕收剂，其来源广，价格比煤油便宜，因此，选择使用柴油作为浮选捕收剂。在磨矿细度为
-0.075mm含量占75%，石灰用量为3kg/t，硅酸钠用量为1kg/t，2#油用量为200g/t条件下，考察了捕收剂柴油用量对碳的浮选效果影响，试验结果见图4。
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由图4可以看出，随着柴油用量的增加，精矿中固定碳回收率先升高后降低，品位先降低后增加，当柴油用量为300g/t时，固定碳的回收率达到最大值，此时，固定碳的品位为62.67%，回收率为83.75%，继续增加用量，回收率反而有所降低。因此，选择最佳的柴油用量为300g/t。
2.5 闭路试验
闭路试验是在不连续的设备上模拟现场连续生产过程，考查循环物料之间的相互影响，调整由于中矿循环引起药剂量的变化，达到浮选过程顺利完成的目的。闭路试验采用一粗一精一扫的工艺流程，浮选流程及药剂制度如图5所示，试验结果如表2所示。
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由表2可得，在磨矿细度-0.075mm粒级含量为75%，石灰用量为3kg/t，硅酸钠用量1kg/t，捕收剂柴油总用量450g/t，起泡剂2#油总用量300g/t条件下，经过一粗一精一扫闭路流程，通过5次循环闭路试验，获得了固定碳品位为62.75%，回收率为83.18%的精矿。
3 结论
贵州省六盘水某煤矸石中固定碳品位为30.54%，主要矿物成分有碳、石英、黏土等。本试验采用石灰、硅酸钠作浮选调整剂，柴油作碳捕收剂，进行系统的条件试验，在磨矿细度-0.075mm粒级含量为75%，石灰用量为3kg/t，硅酸钠用量1kg/t，捕收剂柴油总用量450g/t，起泡剂2#油总用量300g/t条件下，经过一粗一精一扫闭路流程，获得精矿固定碳品位62.75%，回收率83.18%。该方法流程短，操作简单，回收率高，可为煤矸石的资源化利用提供借鉴。
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