吳大為，任利勤，郭建偉，葉樹強，李亞楠

(1.華北科技學(xué)院，河北 三河 065201；2.北京國華科技集團有限公司,北京 101300；3.唐山國華科技國際工程有限公司,河北 唐山 063020)

《選煤技術(shù)》2021年第1期刊載了一篇題為《浮選試驗標(biāo)準(zhǔn)不適應(yīng)性討論》[1](以下簡稱《浮選討論》)的長文。該文通過對新老浮選標(biāo)準(zhǔn)進行解讀，并結(jié)合試驗，對現(xiàn)行浮選標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性進行了學(xué)術(shù)性探討：首次引入“理想分選”的概念，并對如何獲得“理想分選”進行了一系列探索，提出應(yīng)對浮選入料、浮選精煤、浮選尾礦分別進行“理想分選試驗”以獲得各自的灰分組成，從而獲得基元灰分、精煤灰分誤差、數(shù)量效率、總錯配物含量、精煤污染、尾礦損失等綜合評價指標(biāo)；為實現(xiàn)對煤粉可浮性以及浮選工藝效果的客觀評定，該文提出了采用鄰近灰分±1.0含量、最高灰分物含量、高于基元灰分物含量等指標(biāo)來表征煤粉可浮性；此外，該文還給出了對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的修訂意見。筆者在閱讀學(xué)習(xí)該文之后產(chǎn)生了共鳴，因此也來談?wù)剬Ω∵x試驗標(biāo)準(zhǔn)的一些見解，以茲同仁共同探討。

1 浮選工藝效果評定指標(biāo)

無論是MT 180—1988《浮選工藝效果評定方法》[2]，還是之后修訂升級的GB/T 34164—2017《選煤廠浮選工藝效果評定方法》[3]，均有以下兩項指標(biāo)：浮選精煤數(shù)量指數(shù)/效率和浮選完善指標(biāo)[4]。

1.1 浮選精煤數(shù)量指數(shù)/效率

該項指標(biāo)是參照重力選煤“數(shù)量效率”的理念而設(shè)置的。當(dāng)初在起草MT 180—1988《浮選工藝效果評定方法》報批稿時，將其定為“浮選精煤數(shù)量效率”，在標(biāo)準(zhǔn)審查會上，與會專家認為“效率”一詞廣泛用于各領(lǐng)域，公認的范圍是0～100%，而在實際應(yīng)用中“浮選精煤數(shù)量效率”有可能超過100%，有悖于“效率”的概念，因此在該標(biāo)準(zhǔn)的報批稿中將之改為“浮選精煤數(shù)量指數(shù)”。但在GB/T 34164—2017《選煤廠浮選工藝效果評定方法》中還是將其稱為了“數(shù)量效率”?！案∵x精煤數(shù)量指數(shù)” 是否適宜稱為“數(shù)量效率”，筆者認為，既需要參考詳盡的試驗對比數(shù)據(jù)，又需從試驗方法的科學(xué)性和實驗室浮選機性能的先進性兩個方面來加以評判，看看浮選試驗獲得的浮選精煤產(chǎn)率是否達到了理想的水準(zhǔn)。但就現(xiàn)有狀況來看，顯然沒有達到。

舉一實例：潘集選煤廠是年處理能力為12.0 Mt/a的特大型礦區(qū)選煤廠，主選采用不分級、不脫泥無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器選煤工藝。鑒于淮南煤田煤泥灰分高、細泥含量多、可浮性差的特性，在浮選生產(chǎn)中該廠采用了FJCA36-4型噴射式浮選機粗選-精選工藝，浮選精煤由加壓過濾機脫水回收。2018年12月，該廠進行了工業(yè)性試驗[5]，試驗結(jié)果顯示：浮選精礦泡沫灰分為11.02%(濾餅灰分為9.72%)，而實驗室分步釋放浮選試驗(結(jié)果見表1)需對粗選泡沫進行四次精選方能達到此灰分指標(biāo)，這表明工業(yè)應(yīng)用的浮選機的性能遠好于實驗室浮選機。當(dāng)加壓過濾機濾餅灰分為9.72%時，生產(chǎn)檢測的浮選精煤產(chǎn)率為53.50%，而實驗室試驗的標(biāo)準(zhǔn)精煤產(chǎn)率為43.49%，此時的浮選精煤數(shù)量指數(shù)為123.03%。由此可見，隨著選煤技術(shù)的創(chuàng)新和新設(shè)備的應(yīng)用，選煤工業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)可能會好于實驗室結(jié)果，實驗室浮選機的性能及試驗方法距理想(理論)水平還存在較大的差距，這也從另一個方面反應(yīng)出浮選試驗標(biāo)準(zhǔn)的不適應(yīng)性。

表1 潘集選煤廠煤泥實驗室分步釋放浮選試驗Table 1 Laboratory timed-release analysis of the coal slime of Panji Coal Preparation Plant %

1.2 浮選完善指標(biāo)

MT 180—1988《浮選工藝效果評定方法》標(biāo)準(zhǔn)起草者概括地將煤中的灰分(A)看作非可燃體，煤中的100-A看作可燃體，是借用了國際上廣為應(yīng)用的漢考克總效率理念。對于浮游選煤工藝效果精確程度，可從下列兩個方面加以評價。

(1) 從精煤的分選精確度出發(fā)，應(yīng)該盡可能地將可燃體回收到精煤之中，將非可燃體盡可能地排除到精煤之外，浮選完善指標(biāo)(ηwf)就是精煤可燃體回收率E1(正配指標(biāo))與精煤中非可燃體混雜率E2(錯配指標(biāo))之差：

(1)

式中：γj為精煤產(chǎn)率，%；Aj為精煤灰分，%；Ay為入料灰分，%。

(2)從尾煤的分選精確度出發(fā)，應(yīng)該是盡可能地將非可燃體排回收到尾煤中，盡可能地避免可燃體在尾煤中的混雜，浮選完善指標(biāo)(ηwf)就是尾煤非可燃體排除率E3(正配指標(biāo))與尾煤中可燃體混雜率E4(錯配指標(biāo))之差：

(2)

式中：γw為尾煤產(chǎn)率，%；Aw為尾煤灰分，%。

由表2所列的潘集選煤廠粗選數(shù)據(jù)(表2中第1組數(shù)據(jù))和《浮選討論》一文中西龐選煤廠浮選柱生產(chǎn)數(shù)據(jù)(表2中第2組數(shù)據(jù))可知，無論從精煤的分選精確度出發(fā)采用式(1)，還是從尾煤的分選精確度出發(fā)采用式(2)，所計算出的浮選完善指標(biāo)的數(shù)值均是一樣的。

表2 浮選生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表2數(shù)據(jù)表明，漢考克效率公式適用于兩種不同性質(zhì)的物質(zhì)分離精確度的量化評定，又一次佐證該公式物理意義的嚴謹性。《浮選討論》一文中“漢考克公式的物理意義并不明確”這一觀點筆者并不認同。

在引用漢考克公式來評定浮選精確度時，由于僅是從可燃體和非可燃體概念出發(fā)而沒有考慮其在各種浮選入料中的嵌布特性(即單體解離程度)差異，以及二者天然疏水性和粒度組成的差異等，因此在標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)定適用于“同一煤”的評定。所謂 “同一煤”是一個籠統(tǒng)的概念，落實到具體，確實有難度。例如：一座選煤廠的浮選入料原先的粒度上限是0.5 mm，經(jīng)工藝改進浮選入料粒度上限降為0.25 mm，浮選入料的灰分有所增高，粒度組成有所變細，這是否還算“同一煤”確實不好界定。

通常，在進行浮選設(shè)備工藝效果評定時，浮選精煤數(shù)量指數(shù)/效率和浮選完善指標(biāo)常常同時使用。

2 煤泥浮選試驗曲線

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該具有唯一性。然而，我國選煤實驗室煤泥浮選試驗方法已有三個國家標(biāo)準(zhǔn)。

頒布實施最早的是MT/T 144—1997《分步釋放試驗方法》[6]，并在專業(yè)期刊上做過宣貫說明，為業(yè)界人士所熟悉。后來修訂升級為GB/T 36167—2018《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》[7]，但遺憾的是這項標(biāo)準(zhǔn)沒有做必要的宣傳貫徹。

GB/T 30046.2—2013《煤粉(泥)浮選試驗第2部分：順序評價試驗方法》[8]在頒布實施時，也在刊物上作了宣貫說明。但MT 180—1988《浮選工藝效果評定方法》修訂升級為GB/T 34164—2017《選煤廠浮選工藝效果評定方法》時，卻沒進行宣貫介紹，因此導(dǎo)致應(yīng)用者無從知曉在獲取浮選精煤理論/標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)率時，順序評價試驗方法為何要取代分步釋放浮選試驗以及它的必要性和合理性。

同樣，GB/T 30046.3—2013《煤粉(泥)浮選試驗 第3部分：釋放評價試驗方法》[9]也是“悄悄地”頒布實施，未在業(yè)內(nèi)進行宣貫。

筆者認為，從有利于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用者的理解和使用上講，一項標(biāo)準(zhǔn)頒布實施后，對之進行宣貫說明非常必要，建議今后標(biāo)準(zhǔn)制訂者不要忽略這個問題。

《浮選討論》一文提供了很多試驗資料，其中之一是用同一種煤泥同時進行了上述三種實驗室浮選試驗。筆者將該文中圖6—圖8中的數(shù)據(jù)在同一坐標(biāo)系中表現(xiàn)出來，繪制了三條精煤產(chǎn)率-灰分關(guān)系曲線，如圖1所示。為提高曲線的精確度，適當(dāng)放大了橫坐標(biāo)的刻度值。

圖1 精煤產(chǎn)率-灰分關(guān)系曲線

雖然這三種試驗的方法與步驟有所差別，其目標(biāo)是相同的，即將煤泥分離為灰分不同的若干組分。由于浮選入料中灰分不同的各組分間存在內(nèi)在的關(guān)聯(lián)性，因此在正常的條件下，這三條曲線應(yīng)該是光滑的曲線，皆由以下三部分組成：一是上半段，即低灰分段，是一條較為陡峭的斜線；二是中間段，即曲線過度段；三是下半段，即高灰分段，是一條較為平緩的斜線。

在同一坐標(biāo)系中判定哪一條曲線的分選更為精確，接近理論狀態(tài)，就需要對比曲線的上半段，看哪一條更趨近于左側(cè)縱坐標(biāo)軸：在相同的精煤產(chǎn)率條件下，趨近于左側(cè)縱坐標(biāo)軸的精煤灰分比較低；在相同的精煤灰分條件下，趨近于左側(cè)縱坐標(biāo)軸的精煤產(chǎn)率比較高。

由圖1可以看出，三種試驗方法的曲線上半段較為接近，差別不算太大，但是曲線過度段、下半段有較大的差別。值得說明的是，該結(jié)果僅是《浮選討論》一文中提及的邢臺煤泥試驗結(jié)果，至于三種試驗方法中究竟是哪個精確度更好還需要有更多試驗數(shù)據(jù)來評價。

由圖1還可以看出：三條曲線的坐標(biāo)點集中在低灰分的上半段；中間曲線過度段坐標(biāo)點相對要少得多；而高灰分的下半段幾乎沒有坐標(biāo)點，僅是按趨勢順延的，因此缺乏真實性。

精煤產(chǎn)率-灰分關(guān)系曲線除了用于浮選工藝效果評定外，還可用于浮選精煤質(zhì)量與產(chǎn)率的預(yù)測。近年來，有些選煤廠提出了浮選作業(yè)分選出三產(chǎn)物(精煤、中煤、尾煤)的方案，以實現(xiàn)將尾煤灰分提高到75%以上的目標(biāo)，從而將之與矸石一同廢棄處理，在這種情況下，精煤產(chǎn)率-灰分關(guān)系曲線中高灰分的下半段將變得重要?！陡∵x討論》一文提出的不但將粗選精煤多次精選，而且也將粗選尾煤多次掃選的實驗室煤泥浮選試驗流程的確是個好主意。

3 煤泥可浮性曲線

根據(jù)實驗室浮選試驗的數(shù)據(jù)，可繪制出精煤產(chǎn)率-灰分關(guān)系曲線，該曲線類似于重力選煤的根據(jù)浮沉試驗結(jié)果繪制的亨利-黎因赫特(H-R)曲線組中的β曲線。

早在2008年，業(yè)內(nèi)人士在專業(yè)刊物上發(fā)表了《煤泥可浮性曲線的繪制及應(yīng)用》一文[10]，根據(jù)分步釋放浮選試驗結(jié)果(一次粗選、四次精選)繪制了如圖2所示的煤泥可浮性曲線。

研究者從煤炭H-R可選性曲線的基本形式出發(fā)，衍生出一組煤泥可浮性曲線，如精煤曲線(β)、尾煤曲線(θ)、基元灰分曲線(λ)、產(chǎn)率曲線(γ)、精煤灰分鄰近物曲線(ε)，該組曲線可以全面、直觀、定量、形象地將煤泥實驗室試驗的全部結(jié)果用坐標(biāo)圖形式表示出來。與原料煤(>0.5mm粒級)可選性曲線一樣，該組曲線也可以準(zhǔn)確地預(yù)測分選指標(biāo)，評定分選效果。在此重提的目的是引起業(yè)內(nèi)人士關(guān)注，探討今后是否將其列入相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之中。

圖2 煤泥可浮性曲線

《浮選討論》一文介紹的試驗方法中將90 g煤樣分選出26個灰分不同的組分(質(zhì)量最小的組分僅為0.91 g)，這從學(xué)術(shù)研究和技術(shù)探討上講無疑是正確的，表明了一種科學(xué)嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，但從操作條件上來講，多數(shù)選煤現(xiàn)場可能難于實現(xiàn)，因為每個組分的采集、烘干、稱重、化驗等環(huán)節(jié)都存在隨機誤差，不僅操作難度大，且結(jié)果的精確性不好保證，若無高水平的操作就無法得到客觀的結(jié)果。

對于列入到國家標(biāo)準(zhǔn)中的試驗方法，應(yīng)當(dāng)是花費盡量少的工作量，達到盡可能高的精確度。因此筆者建議，以《浮選討論》一文中26個組分繪制的可浮性曲線組為基準(zhǔn)，將26個組分視為若干個(13、11、9、7個等)坐標(biāo)點，再繪制成曲線組，采用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)成對對比方法，計算出各顯著性(99.9%、99%、95%等)的置信區(qū)，來確定應(yīng)該分選出的最少組分數(shù)。

《浮選討論》一文中還對鄰近精煤灰分物含量(γAj±1.0)能否作為評定煤泥可浮性[11]的指標(biāo)進行了探討。該指標(biāo)的物理含義是，浮選入料灰分組分中灰分介于精煤灰分±1.0%范圍內(nèi)的組分占入料的百分數(shù)。這與2008年有些研究者基于重力選煤評定可選性的量化指標(biāo)——分選密度±1.0含量的概念提出的Ad±1.0%指標(biāo)相一致。

實際上影響煤泥可浮性難易程度的因素還有高灰細泥的含量，高灰細泥對于浮選效果的影響是業(yè)內(nèi)一致公認的，在此不作累述。我國浮選精煤泡沫濃度一般在25%以下，這意味著泡沫中含有75%以上的水，而此水體絕非純凈水，而是含有高灰細泥的懸浮液。

因此，正如《浮選討論》一文所說，鄰近精煤灰分物含量(γAj±1.0)是浮選入料灰分組成中不可或缺的重要信息，但不能以此評定煤泥可浮性的優(yōu)劣。

4 實驗室煤用浮選機

20世紀80年代，吉林省煤礦機械廠生產(chǎn)制造了XFD型1.5 L單槽浮選機，從此我國有了統(tǒng)一結(jié)構(gòu)參數(shù)的第一代實驗室煤用浮選機，這無疑是個技術(shù)進步。該設(shè)備采用了類似我國自主研發(fā)的第一代用于生產(chǎn)的XJM-4型機械攪拌式浮選機的傘形葉輪結(jié)構(gòu)[12]，但可能考慮到簡化結(jié)構(gòu)和便于清洗，在槽底沒有安裝穩(wěn)流板。然而，穩(wěn)流板是用于工業(yè)生產(chǎn)的機械攪拌式浮選機的重要部件之一。XJM-4型機械攪拌式浮選機16塊穩(wěn)流板垂直焊接在槽底，穩(wěn)流板入口與定子上的導(dǎo)向葉片外緣銜接，穩(wěn)流板在水平方向呈后向彎曲狀，引導(dǎo)從導(dǎo)向葉片外緣甩出的煤漿改向，避免其在浮選機內(nèi)旋轉(zhuǎn)。因此，底部不設(shè)穩(wěn)流板的實驗室小浮選機槽內(nèi)煤漿會成為一個旋流體，不利于精確分選。

用于工業(yè)生產(chǎn)的機械攪拌式浮選機和噴射式浮選機的槽體都可粗略地劃分為三個工作區(qū)：底部為攪拌區(qū)，在較強的攪拌力下，使得煤粒、懸浮氣泡和浮選劑分散，并促進氣泡與煤粒接觸碰撞；中部為礦化氣泡升浮區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，流態(tài)趨于平穩(wěn)，以使泡沫能徐徐垂直上升，避免黏附在氣泡上的低灰分粗顆粒脫落；上部為分選區(qū)，流態(tài)更為平穩(wěn)，以強化泡沫層的二次富集作用。但目前煤用實驗室浮選機單槽容積僅為1.5 L或3.0 L，槽體均較淺，不足以形成升浮區(qū)和分選區(qū)，槽體內(nèi)的煤漿都處于攪拌區(qū)的流態(tài)。

綜上所述，建議將第二代實驗室煤用浮選機的研發(fā)盡快列入議事日程，通過機械結(jié)構(gòu)上的改進和創(chuàng)新，解決第一代浮選機的缺點，使其分選行為與工業(yè)用浮選機更為貼進，從而使實驗室浮選試驗?zāi)軌蚋玫刂笇?dǎo)生產(chǎn)。

5 精選作業(yè)的綜合評定指標(biāo)

我國多數(shù)煤泥的可浮性較差，粗選精煤灰分常常高于最終銷售精煤的指標(biāo)。大多選煤廠采用的是降低重選分選密度，以重選精煤灰分“背灰”來保證銷售精煤的質(zhì)量，這不但大大降低了精煤產(chǎn)率，而且在技術(shù)經(jīng)濟上很不合理。隨著煤炭市場的變化和選煤技術(shù)的進步，很多選煤廠對粗選浮選精煤進行了精選，取得了良好的收益，因此設(shè)置浮選精選作業(yè)已成為當(dāng)前的一個發(fā)展趨勢。

然而，GB/T 34164—2017《選煤廠浮選工藝效果評定方法》評定的只是煤泥粗選作業(yè)的工藝效果，而精選作業(yè)的入料(粗選泡沫)與粗選作業(yè)入料性質(zhì)區(qū)別極大，用粗選作業(yè)的工藝指標(biāo)來評定精選作業(yè)顯然不適宜。因此，該標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容有待完善。

就精選作業(yè)入料而言，>0.045 mm粒級占65%左右，是質(zhì)量已合格的精煤；<0.045 mm粒級占35%左右，灰分較高，正是脫泥降灰的對象。為了提高精選作業(yè)的潛能，優(yōu)化操作條件，前些年就有選煤工作者[13]提出了精選作業(yè)的綜合評定指標(biāo)，認為可以從下述兩方面進行評定：對于>0.045 mm粒級，采用可燃體回收率(E1)；對于<0.045 mm粒級，則采用非可燃體脫除率(E3)：

E3=100-E2。

(3)

精選作業(yè)的綜合評定指標(biāo)為精選完善指標(biāo)(ηcf，%)，它應(yīng)是精選精煤的可燃體回收率(E1)和非可燃體脫除率(E3)的幾何平均值，即：

(4)

提及精選作業(yè)工藝效果評定的目的是期望能起到拋磚引玉的效果，引起業(yè)內(nèi)同仁的重視，盡早在精選作業(yè)工藝效果的評價上達成共識，從而推動浮選試驗標(biāo)準(zhǔn)的完善，使其更好地為我國選煤科研服務(wù)。

6 結(jié)語

在20世紀80年代，為與發(fā)達國家接軌，對于國際選煤標(biāo)準(zhǔn)，我國采用了“等同”或“等效”的方針，將之轉(zhuǎn)化為我國標(biāo)準(zhǔn)，這對于指導(dǎo)我國選煤生產(chǎn)起到了積極作用。改革開放40年后，我國選煤科技發(fā)展迅猛，我國正由選煤大國逐漸向選煤強國邁進。 受《浮選討論》一文的啟發(fā)，筆者就浮選試驗相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在浮選工藝效果評定指標(biāo)、煤泥浮選試驗曲線、煤泥可浮性曲線、實驗室煤用浮選機、精選作業(yè)的綜合評定指標(biāo)五個方面提出了一些見解，旨在拋磚引玉，引起行業(yè)同仁的關(guān)注與討論，從而為今后浮選試驗標(biāo)準(zhǔn)的制(修)訂提供參考，以提高標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性、先進性和適用性，使之不僅能更好地指導(dǎo)我國選煤生產(chǎn)，并盡早取得在國際選煤標(biāo)準(zhǔn)化組織中的話語權(quán)。