劉樹成

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467013)

攪拌速度對浮選機分選效果影響的研究

劉樹成

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467013)

分析了攪拌在浮選機浮選過程中的作用，以精煤可燃體回收率、灰分和浮選完善指標為評價指標，考察了調漿、浮選兩階段攪拌速度對浮選效果的影響。研究表明：調漿階段采用較高的攪拌速度可以強化氣泡的礦化過程，有利于提高可燃體回收率；浮選階段則宜采用相對較低的攪拌速度，以降低浮選槽內的紊流對泡沫層的影響，更有利于降低精煤灰分。

機械攪拌式浮選機；調漿階段；浮選階段；攪拌速度；浮選完善指標

近年來，隨著我國煤炭開采機械化程度的提高，導致入選原煤中的原生煤泥量不斷增加，加上煤田地質條件的惡化以及煤泥水系統(tǒng)不斷的完善，導致浮選煤泥粒度組成越來越細，浮選入料中<0.074 mm粒級含量通常在40%以上，個別選煤廠甚至超過70%，使煤泥粒度呈微細化，且細泥中泥質礦物含量大，可浮性較差[1-5]。另外，隨著選煤廠大型化建設，煤泥水濃度日益增高，使煤泥分選的難度也隨之加大。據統(tǒng)計，目前國內各大選煤廠煤泥含量約為15%～35%，這部分煤泥如不能得到有效分選，將對煤炭資源造成極大的浪費，同時也會對選煤廠洗水閉路循環(huán)以及全廠的正常生產造成很大影響[6-9]。

機械攪拌式浮選機是目前浮選生產中應用最為廣泛的浮選設備，其關鍵部件是機械攪拌裝置，而攪拌裝置的攪拌效果直接影響浮選效果的好壞[10-11]。為了探究攪拌速度對機械攪拌式浮選機分選效果的影響，在不同的機械攪拌速度條件下進行了相關試驗研究與分析。

1 浮選過程中的攪拌作用

煤泥浮選是依據煤與脈石礦物表面性質差異分選的一種物理化學過程。浮選過程可分為兩個階段：一是調漿階段。在調漿階段，通過攪拌使煤泥與浮選藥劑混合接觸，使藥劑吸附于煤粒表面，增強疏水性。調漿是煤泥浮選的基礎；二是浮選階段。在浮選階段，懸浮的礦粒與氣泡碰撞-粘附形成礦化氣泡，并升浮成泡沫層。浮選分離的條件是煤粒在液相和氣相兩個界面的選擇性粘附，這個過程一方面取決于浮選機的運動特征，另一方面取決于它們間的相互位移速度、煤粒與氣泡的碰撞力等。

攪拌主要會對礦漿充氣均勻程度、氣泡礦化速度、礦化氣泡上的礦粒脫落、精礦泡沫層的穩(wěn)定性等方面產生影響。在煤泥浮選過程中，較高的攪拌速度可提供較高剪切強度的攪拌能，能促進礦粒懸浮以及礦粒和氣泡在槽內均勻分布，防止粗粒的分層和沉淀，增加礦粒和氣泡的接觸機會；可以增強空氣在槽內高壓區(qū)的溶解性，增加活性微泡在低壓區(qū)的析出；可以促進難溶藥劑的溶解和分散，加強藥劑與礦粒的吸附。但是，攪拌速度不宜過大，過大的攪拌速度，會產生以下不良影響：會促進氣泡兼并，降低氣泡礦化幾率，影響分選的選擇性，造成精礦質量差；會導致礦粒從氣泡上脫落幾率增加，難以形成穩(wěn)定泡沫層；易使分選物料過粉碎和泥化，加大細粒分選難度；同時，過大的攪拌速度還會造成電能消耗增加與浮選機各部分的損耗加大，降低使用壽命，使浮選生產成本進一步增加。因此研究不同攪拌速度對物料浮選的影響，探求最適宜的攪拌速度具有重要的意義。

2 試驗方法設計

試驗研究是在實驗室小浮選機上進行的，浮選槽體容積為1.5 L。為研究攪拌速度對浮選效果的影響，分別對調漿階段和浮選階段的攪拌葉輪轉速進行了試驗，葉輪轉速通過變頻器進行調整。浮選過程為：首先將煤漿潤濕(2 min)，之后依次加入捕收劑(攪拌1 min)、起泡劑(攪拌10 s)，將此過程視為調漿階段；接下來的充氣刮泡過程則視為浮選階段。在試驗過程中，只改變兩個階段的攪拌速度，其他條件保持一致：礦漿濃度為60 g/L，捕收劑(煤油)用量為500 g/t，起泡劑(仲辛醇)用量為100 g/t，充氣量為0.3 m3/h，刮泡時間為3 min。

試驗內容主要在下述三種條件下完成：①浮選階段攪拌速度固定，改變調漿階段的攪拌速度；②調漿階段攪拌速度固定，改變浮選階段的攪拌速度；③將兩個階段設定為同一攪拌速度，同時改變攪拌速度。試驗過程中攪拌速度范圍為1 200～2 800 r/min，變化間隔為200 r/min。以精煤灰分、可燃體回收率和浮選完善指標作為考察分選效果的評價指標。

3 試驗結果與分析

3.1 調漿階段攪拌速度試驗

調漿階段是礦粒分散及其與藥劑吸附的過程，攪拌的主要作用為：一是使礦粒有效懸浮、藥劑充分分散，攪拌越強，藥劑分散度越高，浮選的效果越好，藥劑消耗量越低，經濟效益越高；二是使油滴和煤粒產生強烈地混合和碰撞，強化其粘著和吸附的過程，增強礦粒的疏水性。加強攪拌將得到較高的精煤可燃體回收率，但攪拌過強時，指標變化趨緩。

試驗時，固定浮選階段的攪拌速度為1 800 r/min。從圖1可以看出，當調漿階段攪拌速度低于2 000 r/min時，隨著攪拌強度增加，礦粒與藥劑接觸幾率增加，接觸越充分，煤粒表面疏水性越強，因此上浮煤粒越多，精煤的灰分變化較小，可燃體回收率增加，浮選完善指標升高；當攪拌強度進一步增大，礦粒表面改性更徹底，礦粒疏水性、浮選選擇性增強，在精煤可燃體回收率基本保持不變的情況下，精煤灰分降低，浮選完善指標持續(xù)增加。可以看出，高轉速、高強度地攪拌調漿對浮選效果有很大影響，速度越大，調漿效果越好，精煤可燃體回收率越高，精煤灰分越低，浮選越完善。

圖1 調漿階段攪拌速度試驗結果Fig.1 Result of agitation rate test in process of mixing pulp

3.2 浮選階段攪拌速度試驗

試驗時，固定調漿階段的攪拌速度為1 800 r/min。從圖2可以看出，當浮選階段攪拌速度從1 200 r/min上升到2 800 r/min時，可燃體回收率呈上升趨勢，但上升幅度較小，具體表現為：攪拌速度超過1 800 r/min后，可燃體回收率基本保持不變；在攪拌速度為2 000 r/min時，可燃體回收率有小幅下降，觀察浮選液面翻滾現象嚴重，液面很不穩(wěn)定，難以形成穩(wěn)定的泡沫層，可燃體回收率下降，但精煤灰分未下降，浮選完善指標未增大；當攪拌速度超過2 200 r/min后，可燃體回收率、浮選完善指標基本不變，精煤灰分有下降趨勢，但下降趨勢沒有調漿階段明顯。分析原因主要是：在浮選階段，高轉速、高強度攪拌雖有利于將氣泡剪切成細小的氣泡，利于浮選，但過高強度地攪拌不僅容易使吸附到氣泡上的煤粒脫落，同時也使高灰的細泥脫落率有所增加，且泡沫層難于穩(wěn)定，因此降低了可燃體回收率，浮選精煤灰分也有所下降，但浮選完善指標基本不變。這說明浮選階段的過高轉速、過高強度攪拌對浮選效果影響弊大于利，對浮選完善指標提高影響不大，無謂地增加了動力消耗。

圖2 浮選階段攪拌速度試驗結果Fig.2 Result of agitation rate test in process of separating pulp

3.3 調漿、浮選兩階段攪拌速度試驗

試驗時，兩階段的攪拌速度保持一致。從圖3能清晰地看到變化趨勢，隨著攪拌速度的增加，精煤可燃體回收率、浮選完善指標和精煤灰分均呈上升趨勢，比調漿和浮選階段的趨勢明顯；當攪拌速度超過2 200 r/min之后，變化趨勢趨于平緩。

3.4 攪拌過程的選擇

分別對以上三種不同方式下的可燃體回收率、精煤灰分和浮選完善指標進行比較，以分析不同操作方式對分選效果的影響。

圖4 不同階段不同攪拌速度對分選效果的影響Fig.4 Effect of different agitation rate on separation result at different stages

(1)從圖4(a)可以看出，攪拌速度低于1 800 r/min時，在三種情況下精煤可燃體回收率基本一致，高于1 800 r/min以后有較大差別，同一速度條件下的可燃體回收率最高，浮選階段條件下的最低。這說明調漿階段的高轉速、高剪切攪拌有利于礦漿和藥劑充分分散，使礦漿體系處于穩(wěn)定的懸浮態(tài)，促進了礦粒對藥劑的吸附，加強了礦化過程，增加了礦粒的疏水性，浮選效果較好。因此只有在增強調漿效果的前提下，才可能取得較高的回收率。

(2)從圖4(b)精煤灰分的變化規(guī)律看，在同一速度條件下的結果均高于其他兩種情況。低轉速時，由于調漿階段藥劑和礦漿得不到充分混合、接觸，因此雖然產率與其他相比基本不變，但是礦粒的選擇性不強，細泥仍然搶占了大量氣泡升浮成為精煤，造成精煤灰分偏高；高轉速時，調漿階段效果有所好轉，但因為浮選階段過強的攪拌影響了浮選泡沫層的穩(wěn)定，促進了氣泡的兼并，致使精煤質量下降，灰分升高。

(3)從圖4(c)浮選完善指標的變化規(guī)律看，隨攪拌速度增大，浮選完善指標升高，當高于2 200 r/min后趨于平穩(wěn)，且同一速度條件下的浮選完善指標與調漿階段的結果基本一致，稍高于浮選階段高強度攪拌的完善指標。這再次說明浮選階段的高轉速、高強度攪拌對浮選效果影響弊大于利。

4 結論

通過對浮選過程中調漿階段和浮選階段攪拌速度進行調節(jié)，并分別對其得到的精煤灰分、可燃體回收率和浮選完善指標進行比較，可以看出：

(1)在不同階段，不同的攪拌速度對于浮選的影響效果不同。調漿階段需要高轉速、高剪切來混合礦漿和藥劑，促進礦粒對藥劑的吸附，加強氣泡礦化過程，提高可燃體回收率；浮選階段宜采用相對較低的攪拌速度，以減少對礦漿體系的擾動，有利于得到相對穩(wěn)定的泡沫層。采用這種方法，可以在保證可燃體回收率的前提下，盡可能降低精煤灰分，提高精煤質量，提高浮選完善程度。

(2)在實際生產過程中，往往設有專門的礦漿準備器等調漿設備，可以設定較高的調漿攪拌速度，并適當降低浮選機攪拌速度，可以使攪拌速度對分選效果的影響達到最佳化。當然，在實際的浮選過程中，分選效果的好壞還需要通過調節(jié)充氣量、藥劑制度等其他因素，這些則需要在今后進行進一步的分析與研究。

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Study on effect of agitation rate on separation results of flotation machine

LIU Shu-cheng

(China Coal Technology & Engineering Group Beijing Huayu Engineering Co.,Ltd. ,Pingdingshan,Henan 467013,China)

Effect of agitation rate in process of mixing and separating pulp on flotation results is studied by analyzing combustible recovery of flotation concentrate,ash content and floatation perfect index as well as the important role of agitation in flotation process is explained. The result shows that the higher agitation rate is helpful to mineralize bubble and enhance combustible recovery during mixing pulp; the lower agitation is suitable for separating pulp to reduce effect of turbulent flow on froth layer in flotation cells,at the same time lower ash content of flotation concentrate effectively.

subaeration flotation machine; in process of mixing pulp; in process of flotation; agitation rate; flotation perfect index

1001-3571(2015)02-0020-04

TD943

A

2014-11-24

10.16447/j.cnki.cpt.2015.02.006

劉樹成(1979—)，男，山東省濰坊市人，工程師，從事選煤工藝設計工作。

E-mail：liushucheng79@163.com Tel：18236683991