程翔銳，丁光耀，龐士虎，朱再勝，倪恒球，吳大為

(1.唐山國華科技國際工程有限公司，河北 唐山063020；2.北京國華科技集團有限公司，北京101300； 3.淮南礦業(yè)(集團)有限責任公司 選煤分公司，安徽 淮南232046)

我國煤泥的可浮性較差，多數(shù)選煤廠的浮選精煤灰分都高于重選產(chǎn)品灰分，故生產(chǎn)中不得不通過降低分選密度來降低重選精煤灰分，以保證最終產(chǎn)品質量合格。為了解決這種技術經(jīng)濟上不合理的“背灰”問題，自進入21世紀以來，煤泥精選工藝逐步得到推廣和應用，且已成為選煤技術發(fā)展的一個趨勢。

在煤泥精選作業(yè)中，調整浮選機吸氣管的開啟程度即可調整充氣量，調整尾礦閘板的升降幅度即可調整浮選槽內的礦漿液位，進而可以改變浮選機的刮泡量[1]，能夠達到提高浮選精煤質量的目的。這兩種調整方式較為簡單，現(xiàn)場操作人員易于掌握，但是基于礦漿濃度的調整方式較為復雜[2-3]，在常規(guī)范圍內不能直接觀察出精煤質量的變化，而其常常又被現(xiàn)場忽視，導致煤泥精選作業(yè)的優(yōu)勢不能充分發(fā)揮。

曾有研究者在實驗室對煤泥精選作業(yè)的礦漿濃度進行了研究，以探索其對各項指標的影響規(guī)律。但就設備結構來看，實驗室浮選機與工業(yè)浮選機存在極大的差異，且浮選過程完全不同；前者的浮選過程為間斷性的，后者的浮選過程為連續(xù)性的，故實驗室研究結果并不十分貼近現(xiàn)場實際生產(chǎn)。為此，以潘一選煤廠浮選系統(tǒng)作為工業(yè)性測試平臺，探索煤泥精選作業(yè)中礦漿濃度對各項指標的影響規(guī)律[4]。

1 浮選系統(tǒng)作業(yè)流程

潘一選煤廠是一座設計能力為6 Mt/a的大型煉焦煤選煤廠，共配置有8臺FJCA20-5型噴射式浮選機，其中5臺用于煤泥粗選作業(yè)，另外3臺用于煤泥精選作業(yè)。潘一選煤廠的浮選系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 潘一選煤廠浮選系統(tǒng)工藝流程圖

在實際生產(chǎn)過程中，一段、二段精煤泥弧形篩的篩下水和精煤泥離心脫水機的離心液匯合后成為入浮礦漿。針對礦漿內高灰細泥多的問題，先采用脫泥池預先脫除部分細泥[5-6]，再采用霧化跌落式煤漿預處理器處理；礦漿經(jīng)粗選浮選機分選后產(chǎn)出粗選精煤，其經(jīng)精選浮選機分選后產(chǎn)出最終浮選精煤；精選精煤由加壓過濾機脫水回收，濾液返回精選作業(yè)環(huán)節(jié)，粗選、精選作業(yè)產(chǎn)出的尾煤和脫泥池的溢流均由一段濃縮機處理。

2 精選作業(yè)的礦漿粒度組成

潘一選煤廠煤泥精選作業(yè)入料粒度組成見表1。

表1 礦漿粒度組成

由表1可知：

(1)隨著粒度的減小，各粒級灰分增高；>0.03 mm的各粒級灰分增幅小而緩，<0.03 mm粒級的灰分發(fā)生突變，突然增高了5.14個百分點。

(2)根據(jù)潘一選煤廠要求的浮選精煤灰分11%分析，>0.03 mm的各粒級產(chǎn)率為57.84%，灰分為10.90%，屬于質量合格的“精煤”，在精選作業(yè)中應該盡可能回收；對于產(chǎn)率為42.16%、灰分為18.82%的<0.03 mm粒級，精選作業(yè)的目的是脫泥降灰，提高分選精度。

(3)<0.03 mm粒級灰分高的原因是煤泥中含有大量高灰泥化物，并富集在細粒物料中，其混入粗選精煤的主要途徑有兩種：①細泥比表面積大，吸附能力強，無選擇性地粘附在礦化氣泡表面；②一般粗選精煤的液固比不小于3，在液相中含有大量以膠體狀態(tài)分布的微米級細泥，這些細泥必然混入粗選精煤[7]。

3 礦漿濃度與各項指標的關系

為保證試驗的可靠性，采取了兩項措施：在同一生產(chǎn)班由同一人員操作；調節(jié)稀釋水閥門直至礦漿濃度適宜，并于30 min后開始采樣測試。

由于精選作業(yè)的礦漿中含有大量泡沫，即在一定容積的礦漿中除固液兩相外，還存在氣相，故不能以固體含量作為礦漿濃度的指標，而必須采用百分濃度指標。

此次浮選試驗最大的特點就是精選浮選機有足夠的容積，能夠適應大流量、低濃度的操作要求。當?shù)V漿濃度由10.37%降至4.37%時，流量為前者的2.37倍，即浮選時間減少57.86個百分點。如果精選浮選機沒有充足的處理能力，則浮選時間不足的負面作用必將影響礦漿濃度降低的正面效果。精選作業(yè)中不同礦漿濃度時的各項指標見表2。

由表2可知：

(1)由于4組試驗的礦漿灰分十分接近，故試驗結果具有很好的可比性；隨著礦漿濃度的增高，部分指標值增高，其他指標值降低，并呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化趨勢。

(2)4組尾煤灰分接近，精煤可燃體回收率也很接近，說明>0.03 mm粒級均能得到有效回收；4組尾煤灰分均在71%以上，這是煤中伴生礦物以石英為主的緣故，這些伴生礦物基本被脫除而進入尾煤。

表2 精選作業(yè)中不同礦漿濃度時的各項指標

3.1 礦漿濃度與工藝效果指標的關系

MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評定方法》[8]是30年前制定的，當時我國設置煤泥精選作業(yè)的選煤廠屈指可數(shù)，故該標準實際上是用于評定煤泥粗選作業(yè)工藝效果。粗選作業(yè)與精選作業(yè)的入浮礦漿性質完全不同，兩者的分選目的也有極大差異，為了反映真實的分選情況，此次以精選完善指標作為綜合評價指標[9]，該指標的確切含義見表3。

根據(jù)礦漿濃度和精選完善指標統(tǒng)計結果(表4)，對煤泥精選作業(yè)的礦漿濃度和精選完善指標的關系進行分析。設礦漿濃度為x、精選完善指標為y，則一元線性回歸方程為y=a+bx。

表3 煤泥精選作業(yè)的目的和評定指標

表4 礦漿濃度和精選完善指標統(tǒng)計結果

回歸直線的斜率(回歸系數(shù))b計算式為

b=∑(x-)(y-)∑(x-)2=-23.8121.96=-1.08。

回歸直線在y軸上的截距a計算式為

a=-b=60.95。

因此，礦漿濃度與精選完善指標的回歸方程為

y=a+bx=60.95-1.08x，

即ηcf=60.95-1.08C，說明精選作業(yè)中礦漿濃度每下降1個百分點，精選完善指標上升1.08個百分點。礦漿濃度與精選完善指標的回歸直線(圖2)，其能直觀地反映兩者之間的關系。

該線性回歸方程的顯著性通過相關系數(shù)R檢驗，其計算式為

R=∑(x-)(y-)∑(x-)2∑(y-)2=
-23.8121.96×26.27=-0.991 3。

回歸數(shù)據(jù)總數(shù)為4，則自由度為2，通過相關系數(shù)Rα表可知：在顯著性水平α=0.01時，R0.01=0.990 0。由于R=-0.991 3，故|R|>R0.01，說明礦漿濃度與精選完善指標之間存有很好的負相關關系，且在α=0.01的水平上顯著，相關概率為99%。

按照上述研究方法和計算步驟，獲得精煤非可燃體脫除率與礦漿濃度的一元線性回歸方程，即Et=37.46-1.20C，說明礦漿濃度每下降1個百分點，精煤非可燃體脫除率上升1.20個百分點，其對應的回歸直線如圖2所示。

圖2 礦漿濃度與工藝效果指標的回歸直線

3.2 礦漿濃度與生產(chǎn)指標的關系

依據(jù)上述研究方法和計算步驟，可以得到礦漿濃度與精煤灰分、精煤產(chǎn)率的一元線性回歸方程，分別為Aj=9.57+0.18C、γj=92.67+0.23C，兩者對應的回歸直線如圖3所示。

圖3 礦漿濃度與生產(chǎn)指標的回歸直線

通過兩個一元線性回歸方程可知：礦漿濃度每下降1個百分點，精煤灰分下降0.18個百分點，精煤產(chǎn)率下降0.23個百分點。這兩個方程能夠精確地反映礦漿濃度調整后的生產(chǎn)指標變動情況，可作為生產(chǎn)技術管理人員的預測工具。

3.3 礦漿濃度與細粒分選工藝指標的關系

煤泥精選的實質是對細粒分選，在這個過程中粘附力較弱的高灰細泥從礦化泡沫表面脫落；對于精煤攜帶的水，由于礦漿已經(jīng)被清水稀釋，其中均勻分布的細泥相對減少[10]，從而達到脫泥降灰的目的。為了實現(xiàn)對其定量分析，設定了兩項評定指標，即<0.03 mm粒級降灰率和<0.03 mm粒級脫泥率，兩者的計算式分別為

M=A′m-A′jA′m×100%,

N=γ′m-γ′jγm×100%,式中:A′m為計算入料中<0.03 mm粒級灰分，%；A′j為精煤中<0.03 mm粒級灰分，%；γ′m為計算入料中<0.03 mm粒級產(chǎn)率，%；γ′j為精煤中<0.03 mm粒級產(chǎn)率，%。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，建立礦漿濃度與<0.03 mm粒級降灰率、<0.03 mm粒級脫泥率的一元線性回歸方程，兩者分別為M=17.55-0.40C、N=52.89-1.24C，其對應的回歸直線如圖4所示。

圖4 礦漿濃度與<0.03 mm細粒分選工藝指標的回歸直線

在精選作業(yè)過程中，降灰和脫泥是同時發(fā)生的，由兩個線性回歸方程可知：礦漿濃度每下降1個百分點，<0.03 mm粒級降灰率上升0.40個百分點，<0.03 mm粒級脫泥率上升1.24個百分點。

3.4 礦漿濃度與各項指標的定量關系

根據(jù)上述研究結果，可以得到六個定量描述礦漿濃度與各項指標關系的一元線性回歸方程，具體見表5。

表5 礦漿濃度與各項指標的定量關系

4 結論

至今公開刊物中鮮見煤泥精選作業(yè)中礦漿濃度對各項指標影響的定量描述，該研究結論有助于選煤廠生產(chǎn)技術管理人員挖掘煤泥精選工藝的潛能，并可為選煤專業(yè)的工程設計、科學研究提供可靠的依據(jù)和借鑒。通過煤泥精選作業(yè)的系列工業(yè)性測試，可以得到以下結論：

(1)在工業(yè)性測試范圍內，礦漿濃度與各項指標之間存在顯著的線性關系；此次獲得的六個回歸方程中，除一個可靠性在80%外，其余皆在90%以上，最高者超過99%，故所做的定量描述是符合實際的、準確的。

(2)由于入浮礦漿的性質存在差異，不同選煤廠所得一元線性回歸方程的截距和斜率必然有所不同，但是變化規(guī)律和趨勢相似。煤泥精選作業(yè)的礦漿濃度優(yōu)化試驗在絕大多數(shù)選煤廠均可開展，建議在條件具備的情況下開展這方面的工作。

(3)對于不同選煤廠來說，能不能進行降低煤泥精選作業(yè)的礦漿濃度技術試驗，還應考慮浮選設備和煤泥水澄清、濃縮設備的處理能力是否相適應。