張賢賢,張羽末,吳朝蕩,吳大為
(北京國(guó)華科技集團(tuán)有限公司,北京 101300)
桑德斯(Saunders)選煤廠位于美國(guó)賓夕法尼亞州,是一座設(shè)計(jì)能力為4.20 Mt/a的煉焦煤選煤廠。該廠于2013年9月投入生產(chǎn),生產(chǎn)工藝原則流程為:原料煤分級(jí)后,塊原煤由淺槽重介分選機(jī)處理,末原煤脫泥后由兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選;脫泥篩篩下水由水力旋流器分級(jí),底流由螺旋分選機(jī)處理,溢流進(jìn)入水力分級(jí)旋流器脫除部分細(xì)泥后,由一臺(tái)CPT型浮選柱分選[1-2]。2017年1月,該廠擴(kuò)能改造工程投產(chǎn),選煤廠處理能力提高到4.70 Mt/a。在此次浮選系統(tǒng)的擴(kuò)能改造過(guò)程中,該廠采用了一臺(tái)具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)[3-4],與系統(tǒng)原有的CPT型浮選柱平行運(yùn)行,共同完成煤泥的分選工作。為評(píng)價(jià)浮選系統(tǒng)的運(yùn)行效果,該廠委托西弗吉尼亞州貝克利鎮(zhèn)精密測(cè)量實(shí)驗(yàn)室有限公司(PRECISION TESTING LABORATORY,INC.)于2017年3月24日對(duì)噴射式浮選機(jī)和浮選柱同時(shí)進(jìn)行了生產(chǎn)測(cè)試。文章根據(jù)檢測(cè)單位提交的原始數(shù)據(jù),按我國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理與分析,采用浮選完善指標(biāo)、浮選精煤數(shù)量指數(shù)、精煤可燃體回收率三個(gè)指標(biāo)對(duì)兩種設(shè)備的工藝效果進(jìn)行了評(píng)定[5-6]。
桑德斯選煤廠浮選系統(tǒng)原則流程(圖1)為:脫泥篩篩下水由水力旋流器分級(jí),攜帶粗粒級(jí)原生煤泥的底流用螺旋分選機(jī)處理,攜帶細(xì)粒級(jí)原生煤泥的溢流經(jīng)水力旋流器脫除部分細(xì)泥后作為浮選入料,由泵輸送至噴射式浮選機(jī)或浮選柱分選。
圖1 桑德斯選煤廠浮選系統(tǒng)原則流程
在實(shí)際生產(chǎn)中,末原煤脫泥篩未篩凈的原生煤泥隨篩上物進(jìn)入重介質(zhì)旋流器,分選后隨精煤脫介篩、矸石脫介篩篩下水進(jìn)入磁選機(jī),磁選機(jī)尾礦則自流至原煤分級(jí)篩作為篩分前的潤(rùn)濕沖水,因此磁選尾礦中的一些次生煤泥也可能匯入浮選入料之中,但數(shù)量不多。因此該廠浮選設(shè)備分選的主要還是原生煤泥中的部分細(xì)粒級(jí)。
1.2.1 FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)
FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)由3個(gè)單室組成,每個(gè)單室容積為12 m3,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。該設(shè)備由充氣式攪拌裝置、浮選槽、刮泡機(jī)構(gòu)、入料箱、尾礦箱、液面調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。在每個(gè)浮選室內(nèi),對(duì)稱(chēng)布置有4個(gè)充氣攪拌裝置,充氣攪拌裝置由噴射室、噴嘴、喉管及吸氣管組成。浮選機(jī)噴嘴內(nèi)鑄有葉片,煤漿經(jīng)葉片導(dǎo)流后,從噴嘴呈螺旋擴(kuò)大狀高速?lài)姵觯蓮?qiáng)化抽吸作用;同時(shí)空氣經(jīng)吸氣管吸入,經(jīng)煤漿射流卷裹剪切后,被分散為氣泡;含氣煤漿通過(guò)短喉管沿360°圓周斜射到假底,然后折向反射,形成“W”形煤漿流動(dòng)方式[7-8]。
1—槽體; 2—吸氣管;3—噴射室;4—噴嘴;5—短喉管;6—分配室;7—中心入料管;8—刮泡器;9—循環(huán)煤漿管;10—假底;11—篦子
FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)第一室配置一臺(tái)循環(huán)泵,后兩室共用一臺(tái)循環(huán)泵。工作時(shí),入浮煤漿由入料箱進(jìn)入浮選機(jī)的第一室,其中一部分煤漿直接經(jīng)充氣攪拌實(shí)現(xiàn)有選擇性的礦化,礦化氣泡上升至液面聚集成泡沫層,由刮泡機(jī)構(gòu)刮出,成為浮選精煤;另一部分煤漿由假底至循環(huán)煤漿口,經(jīng)循環(huán)泵加壓后,通過(guò)中心入料管和分配室,到達(dá)裝有噴嘴的噴射室,再次實(shí)現(xiàn)充氣攪拌;未礦化的顆粒通過(guò)兩室之間的流通孔,到第二室分選,如此進(jìn)行,直到最后一室,親水性礦物雜質(zhì)從尾礦箱排出,成為浮選尾煤。圖3所示為煤漿在浮選機(jī)內(nèi)循環(huán)示意圖。
1—槽箱;2—循環(huán)泵;3—閥門(mén);4—入料箱;5—尾礦箱
FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)充氣攪拌裝置過(guò)流部件采用耐磨材質(zhì),假底上鋪有鑄石板,使設(shè)備的整體耐磨性大大提高。此外,假底與槽底之間設(shè)有金屬篦網(wǎng),其網(wǎng)孔尺寸小于噴嘴出口直徑,基本消除了雜物堵塞現(xiàn)象。
1.2.2 CPT型浮選柱
CPT型浮選柱為Eriez(義利)公司制造的設(shè)備,浮選柱直徑為4.6 m(15英尺)、高度為7.3 m(24英尺),總?cè)莘e為120 m3。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 CPT型浮選柱結(jié)構(gòu)示意圖
CPT浮選柱屬于逆流式浮選設(shè)備。工作時(shí),經(jīng)浮選劑處理后的煤漿從距柱頂部1~2 m的入料口給入,在浮選柱底部安裝有可從設(shè)備外部拆裝檢修的SlamJet氣體分散系統(tǒng);氣體分散系統(tǒng)共有8個(gè)均勻布置的氣體噴射管,它們所產(chǎn)生的氣泡在浮力作用下上升,而煤漿中的顆粒在重力作用下沉降,在捕收區(qū)與氣泡逆向接觸碰撞,從而實(shí)現(xiàn)有選擇性地氣泡礦化;礦化氣泡繼續(xù)上升至精選區(qū),并在浮選柱頂部聚集形成泡沫層,泡沫層由清洗水噴淋沖洗,使粘附在氣泡上的高灰細(xì)泥脫落,以提高精煤質(zhì)量;最終,泡沫自溢進(jìn)入泡沫槽,尾煤從柱體底部排出。
這里需要指出的是,CPT型浮選柱只是依靠氣體分散系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)純粹的風(fēng)力攪拌,設(shè)備內(nèi)并無(wú)煤漿循環(huán)。而中國(guó)開(kāi)發(fā)的多種浮選柱則是借助含氣循環(huán)煤漿實(shí)現(xiàn)水力攪拌。
美國(guó)采用重介分選工藝的煉焦煤選煤廠一般均采用選前脫泥工藝。桑德斯選煤廠的浮選入料主要是原生煤泥的細(xì)粒級(jí)部分[9-10],其粒度組成見(jiàn)表1。
表1 桑德斯選煤廠浮選入料粒度組成
由表1可以看出:
(1)桑德斯選煤廠浮選入料中>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率為3.80%,表明該廠在浮選入料粒度上限控制方面做得不好。并且該粒級(jí)灰分為5.87%,高于0.25~0.15 mm粒級(jí)的灰分,這是美國(guó)的煤泥性質(zhì)造成的。
(2)對(duì)于<0.25 mm的三個(gè)粒級(jí),隨粒徑變小,灰分增高的趨勢(shì)非常明顯,其中:0.25~0.15、0.15~0.045 mm兩個(gè)粒級(jí)增灰幅度相對(duì)平緩;然而<0.045 mm粒級(jí)細(xì)泥的灰分驟然增至63.49%,這說(shuō)明細(xì)泥中富集了大量高灰礦物雜質(zhì)。
(3)累計(jì)產(chǎn)率為61.57%的>0.045 mm粒級(jí)累計(jì)灰分為4.92%,已是比較純凈的質(zhì)量合格的“精煤”,對(duì)于這一部分,浮選的目的應(yīng)是回收;而對(duì)于產(chǎn)率為38.43%的<0.045 mm粒級(jí)細(xì)泥,浮選的目的則是有效分選,以避免高灰礦物帶來(lái)的負(fù)面影響。
(4)該廠的浮選入料以0.045 mm為分界點(diǎn),>0.045 mm粒級(jí)是“精煤”,而<0.045 mm粒級(jí)從灰分上看已屬浮選尾煤范疇,可見(jiàn)該廠浮選入料兩極分化嚴(yán)重,這種情況在中國(guó)幾乎沒(méi)有。從這點(diǎn)來(lái)看,該廠應(yīng)預(yù)先脫泥浮選。
實(shí)驗(yàn)室浮選試驗(yàn)的目的有多種,其中一類(lèi)是通過(guò)浮選將煤泥分離成不同灰分的多個(gè)組分,以此來(lái)分析、評(píng)定煤泥的可浮性及預(yù)測(cè)在工業(yè)生產(chǎn)時(shí)的指標(biāo)。
2.2.1 釋放評(píng)價(jià)試驗(yàn)
釋放評(píng)價(jià)試驗(yàn)是對(duì)粗選精煤在精選的過(guò)程中采用調(diào)整浮選劑添加量和充氣量的方法,將煤泥分離成不同的組分。按照GB/T 30046.3—2013《煤粉(泥)浮選試驗(yàn)第3部分:釋放評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法》[11](我國(guó)已頒布實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn),但未見(jiàn)其應(yīng)用情況的公開(kāi)報(bào)道),對(duì)桑德斯選煤廠浮選入料進(jìn)行釋放評(píng)價(jià)試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)表2數(shù)據(jù),繪制出精煤產(chǎn)率與灰分的關(guān)系曲線,如圖5所示。
表2 桑德斯選煤廠釋放評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果
圖5 精煤產(chǎn)率與灰分的關(guān)系曲線
由表2、圖5可知:
(1)灰分為27.61%的入浮煤泥經(jīng)過(guò)粗選,可以得到灰分高達(dá)90.43%的尾煤和灰分低至4.23%的精煤。綜合考慮浮選入料粒度組成,可以進(jìn)一步推測(cè),這部分高灰尾煤絕大部分是<0.045 mm的細(xì)泥,而灰分為4.23%的粗選精煤則主要集中在>0.045 mm粒級(jí)。
(2)經(jīng)過(guò)精選,產(chǎn)率為72.88%的粗選精煤首先獲得了產(chǎn)率為51.78%、灰分僅為2.60%的浮選精煤,這表明這些“純凈”精煤,因其灰分低、疏水性極好,故僅需很小的充氣量和起泡劑即可浮起。
(3)尾煤2是精選的尾煤,其產(chǎn)率僅為0.38%,但灰分高達(dá)72.88%。在粗選時(shí),這部分高灰細(xì)泥易無(wú)選擇性地混入粗選精煤中,使精煤灰分增高了0.36個(gè)百分點(diǎn),這表明高灰細(xì)泥的負(fù)面影響比較顯著。
2.2.2 浮選速度試驗(yàn)
浮選速度試驗(yàn)是根據(jù)煤?;曳衷降?、疏水性越好、浮選速度越快的原理,將煤泥分選成若干組分。桑德斯選煤廠浮選入料浮選速度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 桑德斯選煤廠浮選速度試驗(yàn)結(jié)果
中美兩國(guó)的實(shí)驗(yàn)室浮選速度試驗(yàn)的方法和步驟相似,但是具體操作條件存在差異。按照GB/T 4757—2013《煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》的規(guī)定,浮選速度試驗(yàn)的總時(shí)間為5 min。在很多情況下,應(yīng)該浮起的煤泥在前3 min基本上都已成為泡沫產(chǎn)物,而美國(guó)的浮選速度試驗(yàn)的總時(shí)間竟達(dá)8 min。從表3中可以看出,浮選前2 min精煤產(chǎn)率不到60%,而灰分已達(dá)4.43%,這比釋放評(píng)價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果要差。
在進(jìn)行浮選速度試驗(yàn)時(shí),高灰細(xì)泥混雜在泡沫中的主要原因有兩個(gè):一是細(xì)泥比表面積大,吸附能力強(qiáng),無(wú)選擇性地粘附在氣泡上;二是細(xì)泥均勻分散在水體中,隨之混入泡沫[12-13]。需要注意的是,由于煤泥疏水性極好,這兩個(gè)試驗(yàn)室試驗(yàn)均不添加捕收劑,工業(yè)生產(chǎn)也不添加捕收劑。
對(duì)同一時(shí)間、相等入料量條件下平行運(yùn)行的噴射式浮選機(jī)和浮選柱分選指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表4。根據(jù)此基礎(chǔ)數(shù)據(jù),按中國(guó)MT 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法》[14]作一一換算和分析,并將結(jié)果列于表4之中。
表4 噴射式浮選機(jī)和浮選柱的指標(biāo)對(duì)比 Table 4 Comparison of performances of jet flotation cell and flotation column %
在符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下,該廠噴射式浮選機(jī)精煤產(chǎn)率比浮選柱要高7.87個(gè)百分點(diǎn),噴射式浮選機(jī)的尾煤灰分達(dá)81.33%,比后者高16.75個(gè)百分點(diǎn)。泡沫濃度決定了后續(xù)作業(yè)的功耗,噴射式浮選機(jī)泡沫濃度為31.72%,即1 t精煤(以干煤計(jì))帶水量2.2 t;浮選柱泡沫濃度為11.27%,即1 t精煤帶水量7.8 t。
我國(guó)的評(píng)定指標(biāo)有以下兩項(xiàng):
3.2.1 浮選完善指標(biāo)
該指標(biāo)的含義是,在浮選作業(yè)中所獲得的精煤可燃體越多越好的同時(shí),精煤中非可燃體的混雜率越少越好。精煤可燃體回收率Ej計(jì)算式為:
(1)
式中:γj為浮選精煤產(chǎn)率,%;Aj為浮選精煤灰分,%;Ar為浮選入料灰分,%。
精煤非可燃體混雜率EW計(jì)算式為:
(2)
那么,根據(jù)浮選完善指標(biāo)ηwf計(jì)算式
ηwf=Ej-EW,
(3)
即可計(jì)算出浮選柱的浮選完善指標(biāo)ηwf=為74.03%。如此高的數(shù)值在中國(guó)的選煤廠尚未出現(xiàn),這是因?yàn)橄裆5滤惯x煤廠煤泥那樣單體解離程度完美、低灰分煤粒疏水性極強(qiáng)的浮選入料在中國(guó)尚未發(fā)現(xiàn)。而中國(guó)的噴射式浮選機(jī)的浮選完善指標(biāo)比美國(guó)的浮選柱還要高3.03個(gè)百分點(diǎn)。
3.2.2 浮選精煤數(shù)量指數(shù)ηif
該指標(biāo)的含義是,實(shí)際生產(chǎn)的浮選精煤產(chǎn)率與相同精煤灰分的標(biāo)準(zhǔn)精煤產(chǎn)率的百分比值。其中標(biāo)準(zhǔn)精煤產(chǎn)率是在實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)繪制的精煤灰分與產(chǎn)率關(guān)系曲線上取得的。承擔(dān)此次檢測(cè)的公司進(jìn)行的是釋放評(píng)價(jià)試驗(yàn),故暫且用其來(lái)代替分步釋放試驗(yàn),以便于兩種浮選設(shè)備的對(duì)比。浮選精煤數(shù)量指數(shù)ηif計(jì)算式為:
ηif=γj/γj′×100,
式中:γj為實(shí)際生產(chǎn)的浮選精煤產(chǎn)率,%;γj′為精煤灰分相同條件下的標(biāo)準(zhǔn)精煤產(chǎn)率,%。
由圖5、表4可查得:噴射式浮選機(jī)的精煤灰分為5.89%,實(shí)際生產(chǎn)精煤產(chǎn)率γj=72.12%,標(biāo)準(zhǔn)精煤產(chǎn)率γj′=75.00%,得ηif=96.16%;浮選柱的精煤灰分為4.70%,實(shí)際生產(chǎn)精煤產(chǎn)率γj=64.25%,標(biāo)準(zhǔn)精煤產(chǎn)率γj′=73.50%,得ηif=87.42%。兩設(shè)備浮選精煤數(shù)量指數(shù)之差為8.74個(gè)百分點(diǎn),差距顯著。
兩種浮選設(shè)備的分選產(chǎn)物、計(jì)算入料的粒度組成分別見(jiàn)表5、表6,據(jù)此可計(jì)算出各粒級(jí)的工藝指標(biāo)。
表5 噴射式浮選機(jī)分選產(chǎn)物和計(jì)算入料的粒度組成
表6 浮選柱分選產(chǎn)物和計(jì)算入料的粒度組成
由表5、表6可知:
(1)精煤粒度組成與計(jì)算入料組成對(duì)比可從下述兩個(gè)方面進(jìn)行分析:①為達(dá)到回收低灰分的>0.045 mm粒級(jí)的目的,精煤中這些粒級(jí)的產(chǎn)率(占本級(jí))是否大于計(jì)算入料中對(duì)應(yīng)粒級(jí)的產(chǎn)率。實(shí)際上,噴射式浮選機(jī)的確如此,而浮選柱精煤中>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率卻減少了,這表明在浮選柱中>0.25 mm精煤有較大的損失;②為實(shí)現(xiàn)脫除高灰細(xì)泥的目的,兩種浮選設(shè)備精煤中<0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率和灰分較計(jì)算入料均大幅降低。
(2)尾煤粒度組成與計(jì)算入料粒度組成對(duì)比也可從兩個(gè)方面進(jìn)行分析:①浮選柱的尾煤中>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率(占本級(jí))大于計(jì)算入料中相應(yīng)的產(chǎn)率,同樣表明了這些低灰粗粒的損失;②兩種設(shè)備的尾煤中,<0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率(占本級(jí))較計(jì)算入料的產(chǎn)率和灰分都有顯著增加,表明在入料中灰分高達(dá)60%以上的<0.045 mm細(xì)泥均得到了有效分選,但噴射式浮選機(jī)尾煤中的細(xì)泥灰分比浮選柱高了7.94個(gè)百分點(diǎn)。
(3)精煤中各粒級(jí)的可燃體回收率對(duì)比如圖6所示。對(duì)于>0.25 mm粗粒,噴射式浮選機(jī)可燃體回收率為90.11%,這與國(guó)內(nèi)操作正常的浮選機(jī)的指標(biāo)相一致;而浮選柱可燃體回收率僅為61.07%,這意味著有近40%的粗粒損失,這也與國(guó)內(nèi)同類(lèi)設(shè)備情況相吻合。對(duì)于0.25~0.15 mm粒級(jí)和0.15~0.045 mm粒級(jí),兩種分選設(shè)備均獲得了很高的精煤可燃體回收率,尤其是噴射式浮選機(jī),超過(guò)了99.5%,其微量損失分別以尾煤灰分58.67%和78.26%的形式表現(xiàn)出來(lái)。
圖6 精煤中各粒級(jí)可燃體回收率對(duì)比圖
(4)對(duì)于灰分高達(dá)60%以上的<0.045 mm粒級(jí)細(xì)泥,兩種浮選設(shè)備均能對(duì)之進(jìn)行有效地分選,尤其是噴射式浮選機(jī),浮選完善指標(biāo)高達(dá)54.68%。但需要指出的是,為進(jìn)一步提高浮選精煤質(zhì)量,這樣的高灰細(xì)泥應(yīng)該盡可能避免混入浮選作業(yè)。
在桑德斯選煤廠,兩種浮選設(shè)備對(duì)比試驗(yàn)中不排除兩項(xiàng)不可比因素:一是浮選柱是已有設(shè)備,可能有設(shè)備老化的影響;二是噴射式浮選機(jī)剛投入使用,存在著新設(shè)備操作經(jīng)驗(yàn)尚未熟練的影響。然而,對(duì)于桑德斯選煤廠,浮選柱的各項(xiàng)指標(biāo)均不如噴射式浮選機(jī),且差距較大,分析原因有以下幾方面。
業(yè)界人士有一種觀點(diǎn),認(rèn)為淺槽的浮選設(shè)備可節(jié)省充氣攪拌功耗,縮短泡沫升浮距離,對(duì)提高設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有利。因此,可浮性好或較好的煤泥推薦使用淺槽浮選設(shè)備,可浮性差或極差的煤泥可以采用適度的深槽設(shè)備。FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)槽深1.5 m,刮泡側(cè)槽寬3.6 m,深寬比為0.42,屬于淺槽型,因而更適用于像桑德斯選煤廠可浮性極好的煤泥的分選。而浮選柱的深寬比(指柱高7.32 m與柱斷面直徑4.57 m的比值)為1.60,過(guò)大的深寬比不利于低灰粗粒煤分選,原因在于:
(1)因浮選設(shè)備內(nèi)煤漿擾動(dòng),使升浮距離大的粗煤粒從氣泡上脫落的概率增大。
(2)氣泡上升的過(guò)程是靜水壓力減少的過(guò)程,隨著靜水壓力的減小,氣泡內(nèi)部氣體隨之膨脹。對(duì)于FJCA12-3型噴射式浮選機(jī),氣泡體積膨脹不超過(guò)13%;而對(duì)于浮選柱,氣泡體積膨脹至少在65%以上。因此浮選柱泡沫層中氣泡體積要比浮選機(jī)大得多。粗粒上浮是借助于氣絮團(tuán)形式的泡沫,即小氣泡、煤粒、浮選劑組成的較為穩(wěn)定的集合體,而氣泡的過(guò)度膨脹、兼并,會(huì)嚴(yán)重影響氣絮團(tuán)的穩(wěn)定性,可使部分氣泡在上浮過(guò)程中自行破裂。
在該廠使用的FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)第一室獨(dú)自采用一臺(tái)循環(huán)泵,第二、三室共用一臺(tái)循環(huán)泵,即為二段浮選。從浮選流程來(lái)看(圖3),第一段為粗選,第二段是將粗選不合格的尾煤再行分選,為掃選(圖7)。我國(guó)選煤廠使用的機(jī)械攪拌式浮選機(jī),每個(gè)浮選室為一段,即一室視為粗選,余后各室可認(rèn)為是多段掃選,因此只要浮選機(jī)容積與處理量相匹配,在一般條件下,生產(chǎn)中是能夠同時(shí)保證精煤、尾煤兩項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)的。而單獨(dú)一臺(tái)浮選柱為單段浮選,即一次粗選,因此對(duì)于我國(guó)難浮的煤泥或極難浮煤泥而言,僅靠單段浮選既要保證精煤質(zhì)量,又要減少資源損失(提高尾煤灰分)是不可能的,這也已在實(shí)踐中得到了證明。因此,為提高浮選精煤產(chǎn)率,要求桑德斯選煤廠的浮選柱將尾煤灰分提高到80%以上是不可行的。
泡沫浮選是依靠氣泡作為載體將精煤分選出來(lái)的。因此,浮選設(shè)備的充氣量大小對(duì)處理能力而言是至關(guān)重要的。我國(guó)浮選設(shè)備充氣量大小常用單位面積充氣量來(lái)衡量,即在每平方米充氣面積上,每分鐘能有多少立方米的氣體通過(guò),其單位是m3/(m2·min)。一些業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,充氣量達(dá)到0.5 m3/(m2·min)就夠了,并非越大越好,如果突破了某個(gè)臨界點(diǎn),氣泡將兼并為氣流,整個(gè)浮選設(shè)備液面會(huì)處于“沸騰”狀態(tài),嚴(yán)重破壞浮選生產(chǎn)過(guò)程。
圖7 FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)浮選流程示意圖
實(shí)際上,浮選過(guò)程是在設(shè)備容積空間中實(shí)現(xiàn)的,而不在液面進(jìn)行,因此用單位容積充氣量大小表征浮選設(shè)備的處理能力大小更為貼近實(shí)際。
該廠使用的FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)充氣液面面積為3×(2.6×3.6)=28.1 m2。按單位面積充氣量0.5 m3/(m2·min)計(jì)算,設(shè)備總充氣量為14.1 m3/min,浮選機(jī)總?cè)莘e為36 m3,則單位容積充氣量為0.39 m3/(m3·min)。
而容積為120 m3、直徑為4.57 m的浮選柱也按相同的單位面積充氣量計(jì)算,單位容積充氣量為0.07 m3/(m3·min),僅是前者的17.9%。因此該廠浮選柱精煤產(chǎn)率比噴射式浮選機(jī)低7.87個(gè)百分點(diǎn)的原因之一可能是單位容積充氣量過(guò)小,致使實(shí)際處理能力不足,浮選時(shí)間不夠。
對(duì)于大多數(shù)浮選機(jī),集聚在液面的泡沫層是用刮泡器強(qiáng)行刮出的,而浮選柱是采用泡沫自溢方式,因此必須提高泡沫層的流動(dòng)性,為達(dá)到此目的,最常用的方式是多加起泡劑。桑德斯選煤廠生產(chǎn)時(shí)不添加捕收劑,只添加起泡劑,浮選柱的起泡劑添加量為10.2 L/h,是噴射式浮選機(jī)的2.5倍。添加起泡劑后,不但使泡沫粘性增大,且不易消泡,給后續(xù)作業(yè)加大了難度,并且起泡劑的雜極性分子定向吸附在氣液界面,其極性基朝向水,對(duì)水分子有較強(qiáng)的吸附力,因此添加過(guò)多的起泡劑必然使泡沫的含水量增大。
浮選柱泡沫濃度低的另兩個(gè)原因是:①在過(guò)高的浮選柱內(nèi),氣泡上升時(shí),減壓幅度大,眾多氣泡膨脹后,演變成大而虛的泡沫層,這類(lèi)泡沫層比浮選機(jī)致密的泡沫層含水量大;②對(duì)于聚集在液面上的泡沫層,如果用清水噴淋,也勢(shì)必降低其濃度。值得注意的是,浮選柱這類(lèi)設(shè)備是由柱形機(jī)體底部的充氣器將空氣吸入,與煤漿實(shí)現(xiàn)充氣攪拌的,而機(jī)體底部是尾煤聚集區(qū),因此氣泡一經(jīng)產(chǎn)生,其表面就很可能會(huì)被高灰細(xì)泥無(wú)選擇性地粘附,這些被污染的氣泡上升,再與入浮煤漿中新鮮的煤粒逆向?qū)崿F(xiàn)礦化,其分選的精度必然會(huì)受到影響。
另外需要提及的是,國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的多數(shù)浮選柱采用的是充氣循環(huán)煤漿作為水力攪拌,而該廠使用的CPT浮選柱僅是風(fēng)力攪拌,因此充氣攪拌能力較弱,從而使煤泥無(wú)法得到再次循環(huán)進(jìn)行分選的機(jī)會(huì)。
具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FJCA型噴射式浮選機(jī)作為中國(guó)首批出口到美國(guó)的浮選設(shè)備,在桑德斯選煤廠與美制的浮選柱同時(shí)進(jìn)行平行生產(chǎn)測(cè)試,其檢測(cè)結(jié)果必然引起業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。在浮選精煤質(zhì)量合格的條件下,噴射式浮選機(jī)精煤產(chǎn)率為72.12%,尾煤灰分為81.33%,分別比浮選柱高7.77個(gè)百分點(diǎn)和17.12個(gè)百分點(diǎn)。按中國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定,噴射式浮選機(jī)浮選完善指標(biāo)為77.09%,浮選數(shù)量指數(shù)為96.16%,分別比浮選柱高3.06個(gè)百分點(diǎn)和8.74個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)于>0.045 mm低灰粒級(jí)的精煤可燃體回收率和<0.045 mm高灰細(xì)泥的浮選完善指標(biāo),噴射式浮選機(jī)比浮選柱分別提高了4.16個(gè)百分點(diǎn)和11.72個(gè)百分點(diǎn)。這表明噴射式浮選機(jī)不但適用于國(guó)內(nèi)可浮性極難的煤泥分選,也適用于單體解離極好、疏水性極強(qiáng)的煤泥分選,各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于美國(guó)本土的CPT浮選柱。
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