董立周，劉繼紅，王俊濤，李 芳

(中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，河北 張家口 075000)

煤泥浮選技術(shù)發(fā)展概況

董立周，劉繼紅，王俊濤，李 芳

(中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，河北 張家口 075000)

煤泥浮選是目前公認(rèn)的用于細(xì)煤泥脫硫降灰最經(jīng)濟(jì)、最有效的分選技術(shù)之一，也是選煤廠取得最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、環(huán)境效益的有效技術(shù)途徑。入浮煤泥性質(zhì)、浮選設(shè)備性能、浮選工藝流程、浮選藥劑制度等因素對(duì)浮選效果均有重要影響，文章就浮選前的煤泥調(diào)漿技術(shù)、浮選設(shè)備、浮選工藝發(fā)展概況進(jìn)行評(píng)述，并以南梁選煤廠煤泥浮選經(jīng)濟(jì)效益為例，說(shuō)明浮選技術(shù)在選煤行業(yè)未來(lái)發(fā)展中的重要作用。

煤泥；浮選；工藝；設(shè)備；經(jīng)濟(jì)效益

浮選是處理細(xì)煤泥(<0.5 mm粒級(jí))最有效的途徑之一，同時(shí)也是選煤廠煤泥水處理的核心。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)環(huán)境治理力度不斷加大，對(duì)選煤廠的管理要求也越來(lái)越高，各個(gè)選煤廠在節(jié)能減排、降本增效的同時(shí)，也加大了對(duì)煤泥處理的力度。目前我國(guó)的選煤能力統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，浮選物料量占入選原煤總量的10%以上。

煤泥浮選是在多因素綜合作用下的分選過(guò)程，是在固-液-氣三相中完成的一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，入浮煤泥性質(zhì)、浮選設(shè)備性能、浮選工藝流程、浮選藥劑制度等因素都會(huì)對(duì)浮選效果產(chǎn)生重要影響。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及檢測(cè)技術(shù)的提高，浮選技術(shù)獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步。文章對(duì)浮選前的煤泥調(diào)漿技術(shù)、浮選設(shè)備、浮選工藝發(fā)展概況進(jìn)行了較系統(tǒng)的評(píng)述，可為今后選煤廠的建設(shè)和浮選設(shè)備、浮選工藝的改進(jìn)提供一定參考。

1 煤泥調(diào)漿技術(shù)

調(diào)漿是細(xì)煤泥浮選的基本前提，其作用是通過(guò)藥劑、機(jī)械力、非機(jī)械力及其組合，將乳化藥劑細(xì)化、分散，并使煤粒表面活化，以提高捕收劑與煤粒的有效吸附概率，因此，調(diào)漿效果的好壞直接影響浮選工藝的整體效果。調(diào)漿處理的方式主要有葉輪攪拌式、噴射式、霧化式、管道混合式等，其中以葉輪攪拌式為主。其工作原理是通過(guò)均勻攪拌，使礦漿在葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)形成的剪切力場(chǎng)下充分礦化，同時(shí)使煤粒體相性質(zhì)發(fā)生改變，更具親油性，進(jìn)而提高其可浮性，保證浮選精煤產(chǎn)率穩(wěn)定。

國(guó)內(nèi)研究人員從礦漿分散、藥劑乳化、礦漿與藥劑接觸、礦物表面改性以及磁、電、聲、溫等方面，對(duì)煤泥調(diào)漿效果進(jìn)行了大量研究[1-2]。鄭光軍等[3]對(duì)磁化處理后的煤、黃鐵礦、煤矸石三種單礦物在不同介質(zhì)中的含氧量、PH值、表面電位、表面濕潤(rùn)性變化進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)磁化處理能夠提高煤粒的可浮性。馬力強(qiáng)等[4]研究了調(diào)漿剪切強(qiáng)度對(duì)煤泥浮選效果的影響規(guī)律，結(jié)果表明：經(jīng)高效調(diào)漿機(jī)處理后，浮選精煤可燃體回收率可提高9.63個(gè)百分點(diǎn)。苗一等[5]研究了多層漿在攪拌槽內(nèi)的宏觀混合特效，認(rèn)為在液體混合過(guò)程中多層軸流式漿比多層徑向流漿的混合效率高。胡錫文等[6]在直徑小于375 mm的攪拌釜內(nèi)，采用八種攪拌器進(jìn)行攪拌試驗(yàn)，并就攪拌器的槳型、轉(zhuǎn)速、密度等操作因素對(duì)攪拌功率和攪拌時(shí)間的影響進(jìn)行了分析。

GBZ-2700多層攪拌礦漿表面改質(zhì)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該改質(zhì)機(jī)采用多段臥式布置，并選用后掠式撓性特殊葉片，能夠提供很高的剪切力和高頻機(jī)械效應(yīng)。煤漿中的不同顆粒在強(qiáng)大的剪切動(dòng)能下，瞬間產(chǎn)生數(shù)十萬(wàn)次的碰撞、摩擦、剪切等綜合作用，幾乎可使全部煤粒得到有效改質(zhì)，即均質(zhì)作用明顯，因而可使浮選精煤產(chǎn)率提高5～8個(gè)百分點(diǎn)，且浮選速度更快。以處理能力為2.50 Mt/a的選煤廠為例，在入浮煤泥量占原煤總量10%的情況下，煤泥經(jīng)表面改質(zhì)機(jī)處理過(guò)后，浮選精煤量每年可提高1.25～2.00萬(wàn)t，精煤產(chǎn)量顯著提高。

圖1 GBZ-2700多層攪拌礦漿表面改質(zhì)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 浮選設(shè)備與工藝

泡沫浮選是目前廣泛應(yīng)用的細(xì)煤泥分選技術(shù)，通過(guò)煤與矸石表面的物理化學(xué)性質(zhì)差異進(jìn)行分選。煤粒因自身表面的疏水特性或經(jīng)浮選藥劑作用后獲得疏水特性，進(jìn)而在液-氣或水-油界面發(fā)生聚集；而矸石的親水能力較強(qiáng)，下沉后成為尾礦。

近年來(lái)，泡沫浮選技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用與科學(xué)研究中取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。王懷法[7]介紹了兩段充氣微泡浮選柱的設(shè)計(jì)思想與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將高氣溶射流礦化浮選技術(shù)和渦流力場(chǎng)強(qiáng)化浮選技術(shù)有機(jī)地融為一體，并將優(yōu)先浮選技術(shù)納入浮選柱分選體系。程宏志[8-9]提出了振蕩浮選原理，即利用設(shè)置在浮選機(jī)分離區(qū)的振蕩分離器來(lái)降低浮選泡沫的非選擇性挾帶，研究結(jié)果表明：振蕩浮選能夠明顯改善浮選效果，可使浮選精煤灰分下降1.40個(gè)百分點(diǎn)。梁龍等[10]將細(xì)煤泥按密度分組，通過(guò)試驗(yàn)研究了不同密度級(jí)細(xì)煤泥對(duì)粗煤泥浮選的促進(jìn)與抑制程度。李彥君等[11]研究了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外使用的煤泥浮選藥劑，并對(duì)煤用浮選藥劑的未來(lái)發(fā)展提出了建議。史英祥等[12]闡述了以煤泥可浮性試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，合理選擇和制定浮選工藝的思路和方法。牛勇等[13]闡述了難浮煤泥的特點(diǎn)及改善浮選效果的主要方法，并通過(guò)試驗(yàn)證明分支浮選可在滿(mǎn)足精煤灰分的要求下，提高浮選精煤產(chǎn)率。

2.1 浮選設(shè)備

(1)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)。目前，機(jī)械攪拌式浮選機(jī)是國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的浮選機(jī)，包括XJX型、XJN型、XJM型等。該類(lèi)浮選機(jī)在其核心機(jī)構(gòu)——攪拌機(jī)構(gòu)的作用下，完成充氣、氣泡彌散與礦化。以XJM-S型浮選機(jī)為例，其選用矩形槽體和雙層傘型葉輪，通過(guò)自吸空氣、“假底底吸，周邊串料”的方式給料，且葉輪上下循環(huán)量均可調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)不同可浮性煤泥的浮選要求。浮選機(jī)工作時(shí)，在葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，充滿(mǎn)定子葉輪的煤漿被甩出，同時(shí)在其內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，空氣和藥劑經(jīng)套筒進(jìn)入其中，而大部分前室入料通過(guò)假底中心吸料管進(jìn)入葉輪。XJM-S型浮選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 XJM-S型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

(2)浮選柱。浮選柱沒(méi)有傳動(dòng)部件，也沒(méi)有機(jī)械攪拌機(jī)構(gòu)，空氣通過(guò)噴射器產(chǎn)生的負(fù)壓吸入或者由空氣壓縮機(jī)壓入。目前，以旋流微泡浮選柱(圖3)為代表的浮選柱在我國(guó)應(yīng)用較廣泛，其主體結(jié)構(gòu)包括浮選段、旋流段、管流礦化段三部分。浮選段根據(jù)逆流碰撞礦化原理，在低紊流的靜態(tài)分選環(huán)境中實(shí)現(xiàn)礦物的分離，主要作用是粗選和精選；旋流段是煤泥實(shí)現(xiàn)重力分選和旋流浮選的場(chǎng)所，主要作用是掃選浮選段的中礦，回收未被礦化的精煤粒；管流礦化段的作用是將空氣吸入并粉碎成微泡，進(jìn)而形成循環(huán)中礦的氣-液-固三相體系。

圖3 旋流微泡浮選柱結(jié)構(gòu)示意圖

(3)噴射式浮選機(jī)。噴射式浮選機(jī)無(wú)機(jī)械攪拌裝置，以射流微泡浮選機(jī)(圖4)為例，其工作原理是：煤漿以15～20 m/s的高速?gòu)膰娮靽姵?，使混合室?nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，空氣經(jīng)吸氣管進(jìn)入礦化管，經(jīng)射流的“卷裹”和“切割乳化”后形成小氣泡，并與煤漿充分接觸，使其高度礦化；當(dāng)煤漿到達(dá)底部反射頭時(shí)，桶內(nèi)壓力基本為零。由于煤漿位于負(fù)壓區(qū)內(nèi)，溶解在其中的空氣呈過(guò)飽和狀態(tài)，并以微泡形式迅速析出、增大，攜帶煤粒的氣泡上浮至浮選桶表面，沿其周邊溢出并進(jìn)入精礦收集槽，而尾礦通過(guò)底部U形管進(jìn)入尾礦箱，此時(shí)，整個(gè)浮選過(guò)程完成。

圖4 射流微泡浮選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

上述浮選設(shè)備在我國(guó)選煤廠都得到了廣泛應(yīng)用，隨著選煤技術(shù)的進(jìn)步和選煤生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的需要，浮選設(shè)備正加快向大型化、高效化方向發(fā)展。

2.2 浮選工藝

由于浮選入料組分、浮選設(shè)備性能及對(duì)最終產(chǎn)品的要求不同，各選煤廠選用的浮選工藝也存在差異。當(dāng)前我國(guó)選煤廠主要采用的典型浮選工藝有三種，即一次浮選工藝、二次浮選工藝、二次尾礦或中礦返回浮選工藝。

(1)采用一次浮選工藝時(shí)，煤泥水直接進(jìn)入單槽或多槽浮選機(jī)，分選出精煤、中煤、尾煤三種產(chǎn)品。當(dāng)煤泥可浮性為極易浮或易浮時(shí)，可采用一次浮選工藝；當(dāng)煤泥可浮性為中等可浮時(shí)，需要根據(jù)藥劑制度試驗(yàn)結(jié)果確定，如果浮選精煤灰分基本滿(mǎn)足最終精煤產(chǎn)品的質(zhì)量要求，則可采用該浮選工藝。煤泥一次浮選原則流程如圖5所示。

圖5 煤泥一次浮選原則流程

(2)二次浮選，即一次浮選精礦泡沫直接進(jìn)入精選浮選機(jī)，對(duì)其再次進(jìn)行分選，以降低浮選精煤灰分。當(dāng)煤泥可浮性為難浮或極難浮時(shí)，依據(jù)MT/T144—1997《選煤實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法》，進(jìn)行煤泥分步釋放試驗(yàn)，如果“產(chǎn)物4”的累計(jì)平均灰分滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求，則可選用全部二次浮選工藝(圖6(a))；當(dāng)煤泥可浮性為中等可浮，且一次浮選精煤灰分較高時(shí)，可根據(jù)浮選速度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步判斷，如果前2 min刮出的精煤灰分符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，則可選用部分二次浮選工藝(圖6(b))。煤泥二次浮選原則流程如圖6所示。

圖6 煤泥二次浮選原則流程

與一次浮選工藝相比，二次浮選工藝適用范圍廣，浮選精度高，但二次浮選必然會(huì)使大量合格精煤被重復(fù)分選，導(dǎo)致浮選藥劑用量和電能消耗等增加，進(jìn)而使浮選成本升高。

(3)二次尾礦返回浮選是將二次浮選尾礦引入一次浮選入料(圖7(a))，二次中礦返回浮選即將二次浮選中礦引入二次或一次浮選入料(圖7(b))，對(duì)其繼續(xù)進(jìn)行分選，以提高浮選精煤產(chǎn)率。該浮選工藝僅適用于采用多臺(tái)單槽浮選機(jī)的選煤廠，呂梁山煤電公司選煤廠以三臺(tái)WPF型噴射浮選機(jī)進(jìn)行二次尾礦或中礦返回浮選，取得了良好的分選效果。

圖7 二次尾礦或中礦返回浮選原則流程

3 煤泥浮選技術(shù)的應(yīng)用

南梁煤礦選煤廠設(shè)計(jì)能力為3.00 Mt/a，2013年實(shí)際洗選原煤2.50 Mt，其中細(xì)煤泥產(chǎn)率為9%～10%，干基產(chǎn)量超過(guò)20萬(wàn)t。由于煤泥灰分高、水分高(約20%)、發(fā)熱量低、粘性大，難以均勻摻入精煤產(chǎn)品銷(xiāo)售。除冬季外，該選煤廠將煤泥落地晾曬后銷(xiāo)售給當(dāng)?shù)仉姀S，售價(jià)約為10元/t；而冬季煤泥濾餅容易結(jié)冰，無(wú)法銷(xiāo)售。在煤泥晾曬過(guò)程中，遇水流失，遇風(fēng)飛揚(yáng)，嚴(yán)重污染礦區(qū)環(huán)境，不利于文明生產(chǎn)，且低廉的銷(xiāo)售價(jià)格影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

針對(duì)南梁煤礦選煤廠煤泥的一系列浮選試驗(yàn)表明：該煤泥具有較高的浮選利用價(jià)值?？尚行苑治鼋Y(jié)果表明：對(duì)該選煤廠進(jìn)行技術(shù)改造，增加煤泥浮選系統(tǒng)，選用粗選、精選二次浮選工藝可使精煤得到最大限度的回收。為此，選用GBZ-2700礦漿表面改質(zhì)機(jī)、WPF4000射流微泡浮選機(jī)、KZG500/2000-U浮選精煤壓濾機(jī)構(gòu)建浮選系統(tǒng)，對(duì)煤泥進(jìn)行浮選提質(zhì)。浮選系統(tǒng)投入生產(chǎn)后，煤泥浮選效果較好，產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量平衡表如表1所示。

表1 產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量平衡表

該選煤廠發(fā)熱量23.01 MJ/kg的末煤銷(xiāo)售價(jià)格為240元/t，浮選尾煤不計(jì)價(jià)，浮選精煤發(fā)熱量按照20.92 MJ/kg計(jì)算，折算的銷(xiāo)售價(jià)格為210元/t。煤泥經(jīng)晾曬后銷(xiāo)售給電廠的價(jià)格為10元/t，折算的干基銷(xiāo)售價(jià)格為12.50元/t。綜合分析，煤泥浮選系統(tǒng)投入運(yùn)行后每年可為選煤廠增加銷(xiāo)售收入2 318.55萬(wàn)元(表2)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表2 銷(xiāo)售收入對(duì)比結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

隨著煤炭資源的不斷開(kāi)采和采煤機(jī)械化程度的提高，原煤煤質(zhì)逐漸變差，細(xì)粒煤、超細(xì)粒煤在原煤中所占比例逐年增加。在國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)力度加大，企業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益要求提高的情況下，煤泥分選設(shè)備與工藝的研究和應(yīng)用越來(lái)越重要。

煤泥調(diào)漿效果對(duì)精煤質(zhì)量和產(chǎn)量均有很大影響，就實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)說(shuō)，多層攪拌礦漿預(yù)處理技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。煤泥浮選工藝和設(shè)備具有多樣性，各選煤廠應(yīng)根據(jù)煤泥可浮性試驗(yàn)結(jié)果，合理制定浮選工藝，科學(xué)選擇浮選設(shè)備，且需要與浮選精煤脫水系統(tǒng)密切結(jié)合，以提高精煤產(chǎn)量和脫硫降灰效果，進(jìn)而提高企業(yè)效益。

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Survey of the development of coal slime flotation technology

DONG Li-zhou，LIU Ji-hong，WANG Jun-tao，LI Fang

(China Coal Zhangjiakou Coal Mining Machinery Co., Ltd., Zhangjiakou, Hebei 075000, China)

Coal slime flotation is now recognized as one of the most economic and efficient separation technologies used to process fine coal slime, and it is also an efficient way for the coal preparation plant to gain the best economic, social and environmental benefit, but flotation efficiency is affected by many factors, such as equipment performance, flotation process, and flotation reagent system etc. coal slurry preparation technology, flotation equipment and the development of flotation technology are introduced, furthermore, taking economic benefit of coal slime flotation in Nanliang coal preparation plant for example to explain the importance of this technology in the future development of the coal preparation industry.

coal slime; flotation; technology; equipment; economic benefit

1001-3571(2015)05-0096-05

TD943

A

2015-07-28

10.16447/j.cnki.cpt.2015.05.026

董立周(1985—)，男，河北省晉州市人，工程師，碩士，主要從事煤炭機(jī)械設(shè)計(jì)工作。

E-mail:dlz339@163.com Tel:18732395911