李紅旗，張 鵬

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

影響浮選機(jī)浮選效果的操作因素分析

李紅旗1,2，張 鵬1,2

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

為適應(yīng)浮選作業(yè)的復(fù)雜性，確保浮選機(jī)持續(xù)、穩(wěn)定地工作，對(duì)影響浮選效果的三個(gè)操作因素—充氣量、藥劑制度、入料濃度進(jìn)行研究，為操作者根據(jù)生產(chǎn)情況和快速檢查結(jié)果等，有針對(duì)性地對(duì)其進(jìn)行及時(shí)、恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整提供理論依據(jù)。

浮選；充氣量；藥劑制度；入料濃度

浮選已成為煉焦煤選煤廠不可缺少的分選環(huán)節(jié)，是選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)中重要的一環(huán)，對(duì)實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)、合理利用礦產(chǎn)資源起著重要作用[1-2]。隨著采煤機(jī)械化程度的提高和煤質(zhì)的不斷惡化，入選原煤中的煤泥含量越來(lái)越多，煤泥的可浮性越來(lái)越差，浮選作業(yè)的負(fù)擔(dān)越來(lái)越重[3-5]。

煤泥浮選是一個(gè)復(fù)雜的工藝過(guò)程，眾多因素相互影響，相互制約。為適應(yīng)浮選作業(yè)的復(fù)雜性，使浮選機(jī)能夠持續(xù)、穩(wěn)定地工作，浮選司機(jī)除了要了解必要的浮選原理、入浮煤泥的可浮性及其粒度組成外，還要熟知浮選機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、影響浮選效果的工藝因素，更重要的是要掌握浮選機(jī)充氣量、藥劑制度、入料濃度等操作因素對(duì)浮選效果的影響狀況，并做到運(yùn)用以上知識(shí)有針對(duì)性地處理問(wèn)題，避免工作的盲目性。

1 充氣量對(duì)浮選效果的影響

煤泥浮選過(guò)程是疏水性良好的煤粒選擇性地粘附在氣泡表面，形成礦化氣泡并上浮，而表面親水的矸石分散于水中，從而實(shí)現(xiàn)煤與矸石的分離[6]。氣泡既是浮選的媒介又是載體，因此充氣量(即充氣速率)成為影響浮選效果的重要因素之一。通常情況下，隨著充氣速率的增大，氣泡數(shù)量增多，浮選速度加快，浮選機(jī)處理量增大。如果充氣速率過(guò)大，浮選室液面容易翻花，進(jìn)而無(wú)法形成穩(wěn)定的泡沫層，致使精煤灰分升高；如果充氣速率過(guò)小，浮選室氣泡數(shù)量不足，浮選速度減慢，浮選機(jī)處理能力下降，導(dǎo)致煤粒不能及時(shí)浮出而流失于尾礦中，進(jìn)而出現(xiàn)尾礦跑煤的問(wèn)題。所以，浮選作業(yè)過(guò)程中，只有保持適宜的充氣速率才能獲得理想的浮選效果[7]。

以開(kāi)灤林西礦選煤廠浮選入料為試樣，在固定的入料濃度、藥劑制度、設(shè)備參數(shù)下，采用實(shí)驗(yàn)室XFD-12型浮選機(jī)進(jìn)行單元浮選試驗(yàn)，考察浮選速度、精煤產(chǎn)率、精煤灰分、浮選效率與充氣速率的關(guān)系[8]，結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 浮選速度和精煤產(chǎn)率隨充氣速率變化曲線Fig.1 Curve of flotation speeds and concentrate yield with variation of aeration rate

由圖1可知：當(dāng)充氣速率從0.54 m3/(m2·min)增大至0.80 m3/(m2·min)時(shí)，浮選速度明顯增大，精煤產(chǎn)率顯著增加；繼續(xù)增大充氣速率，浮選速度出現(xiàn)下降趨勢(shì)，精煤產(chǎn)率無(wú)明顯增加，這說(shuō)明過(guò)高的充氣速率不利于浮選速度的提高，也不能使精煤產(chǎn)率增大。

圖2 精煤灰分和浮選效率隨充氣速率變化曲線Fig.2 Curve of concentrate ash and flotation speeds with variation of aeration rate

由圖2可知：精煤灰分隨充氣速率的增加而增大，當(dāng)充氣速率由0.54 m3/(m2·min)增大至0.80 m3/(m2·min)時(shí)，精煤灰分明顯增大；繼續(xù)增大充氣速率至1.06 m3/(m2·min)時(shí)，精煤灰分略有增加。當(dāng)充氣速率從0.54 m3/(m2·min)增大至1.06 m3/(m2·min)時(shí)，浮選效率呈下降趨勢(shì)，即浮選選擇性變差，說(shuō)明過(guò)高的充氣速率會(huì)使浮選效率明顯下降，浮選效果變差。

2 藥劑制度對(duì)浮選效果的影響

浮選藥劑制度包括加藥方式、藥劑用量等，選擇合適的藥劑制度對(duì)于保證浮選精煤產(chǎn)品質(zhì)量，提高浮選精煤可燃體回收率有著至關(guān)重要的意義。

2.1 加藥方式的影響

加藥方式分為單點(diǎn)加藥、多點(diǎn)加藥兩種，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，煤泥的可浮性、粒度組成、浮選速度等特性不同，選用的加藥方式不同。

(1)單點(diǎn)加藥，即將浮選藥劑全部添加在礦漿預(yù)處理設(shè)備內(nèi)。采用單點(diǎn)加藥方式時(shí)，浮選初期礦漿中藥劑濃度較高，由于細(xì)顆粒的比表面積大，吸附藥劑多，粗顆粒的比表面積小，吸附藥劑少，大量細(xì)粒、極細(xì)粒煤優(yōu)先上浮，且浮選速度快，泡沫量大，細(xì)泥夾帶多，導(dǎo)致浮選選擇性差，泡沫層的二次富集作用被削弱，進(jìn)而造成精煤灰分偏高且質(zhì)量不合格。浮選后期藥劑濃度較低，粗粒煤往往因不能吸附足夠的藥劑而損失在尾礦中，致使精煤產(chǎn)率下降，精煤、尾煤產(chǎn)品指標(biāo)均難以保證。一般情況下，對(duì)于易浮煤泥或者粒度組成比較均勻的煤泥，為了提高浮選速度和增加浮選機(jī)的處理量，可考慮采用單點(diǎn)加藥方式。

(2)多點(diǎn)加藥(虧量加藥)，即將浮選藥劑按一定比例分段添加在礦漿預(yù)處理設(shè)備和浮選機(jī)特定的浮選室內(nèi)，多點(diǎn)加藥方式適用于較難浮選的煤泥。一般在礦漿預(yù)處理設(shè)備內(nèi)加入藥劑總量的70%左右，其余藥劑加在浮選機(jī)特定的浮選室內(nèi)。多點(diǎn)加藥在一定程度上能增強(qiáng)浮選選擇性，但加藥點(diǎn)不宜過(guò)多，一般以三個(gè)為宜。因?yàn)榧铀廃c(diǎn)越多，各點(diǎn)加藥量就越少，計(jì)量越不準(zhǔn)確。

多點(diǎn)加藥的優(yōu)點(diǎn)在于：由于藥劑在礦漿預(yù)處理設(shè)備內(nèi)的添加量減少，處于虧量狀態(tài)，抑制了細(xì)粒、極細(xì)粒煤的浮選速度[9]，浮選時(shí)間延長(zhǎng)，細(xì)泥夾帶對(duì)精煤造成的污染減輕，精煤灰分降低，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。在浮選機(jī)浮選過(guò)程中逐步添加藥劑，確保粗粒煤吸附足夠的藥劑，從而可保證其擁有足夠的浮選速度?？傊?，保持浮選機(jī)浮選室的藥劑濃度適中，既有利于減輕細(xì)泥對(duì)精煤的污染，又能保證難浮煤的產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 藥劑用量的影響

藥劑用量過(guò)大或過(guò)小時(shí)，浮選中出現(xiàn)的情況不同，操作者應(yīng)根據(jù)浮選機(jī)的泡沫層狀態(tài)、尾煤情況及快速檢查的精煤灰分、尾煤灰分來(lái)判斷藥劑用量是否合適。

當(dāng)藥劑用量過(guò)小時(shí)，尾煤水呈黑色，浮選機(jī)各室的泡沫層普遍較薄，且存在許多虛泡，液面易翻花，泡沫層覆蓋不住液面，液面稍低就刮不出泡沫或泡沫刮出量很少。

當(dāng)起泡劑用量過(guò)大時(shí)，各室會(huì)出現(xiàn)大量如蜂窩狀的泡沫層，且多為粘附煤粒少的大虛泡，用手撈取后甩掉，手上無(wú)殘余煤粒；這些泡沫有時(shí)發(fā)粘，刮入泡沫收集槽后不易消除且流動(dòng)性差，甚至?xí)木V槽中冒出。當(dāng)浮選入料中細(xì)泥含量高或起泡劑分子的碳原子數(shù)多時(shí)，這種現(xiàn)象尤為突出。

當(dāng)捕收劑用量過(guò)大時(shí)，浮選室會(huì)產(chǎn)生許多致密如蠶豆般的小亮泡，且泡上附有油滴[10]，泡沫層流動(dòng)性很差。此時(shí)，尾煤水呈灰白色或黃褐色，并夾帶堅(jiān)韌、不易破滅的氣泡。

3 入料濃度對(duì)浮選效果的影響

3.1 入料濃度對(duì)浮選精煤數(shù)質(zhì)量的影響

浮選精煤的數(shù)質(zhì)量隨入料濃度的變化而變化，一般較為合適的入料濃度為80～100 g/L。適當(dāng)提高入料濃度，可節(jié)省浮選藥劑，增加精煤產(chǎn)率和尾煤灰分，但入料濃度超過(guò)120 g/ L時(shí)，精煤灰分容易升高，為保證精煤質(zhì)量而減少藥劑用量，就會(huì)造成精煤產(chǎn)率和尾煤灰分同時(shí)下降的不良后果；適當(dāng)降低入料濃度，能起到提高細(xì)粒煤選擇性，降低精煤灰分的效果，但入料濃度低于60 g/L時(shí)，浮選機(jī)泡沫層變薄且容易刮水，藥劑用量增大，浮選精礦濃度降低，給后續(xù)脫水帶來(lái)很大困難。因此，保持適宜的入料濃度是非常必要的。

隨著入料濃度的增加，高灰細(xì)泥濃度勢(shì)必增大，就會(huì)出現(xiàn)精煤灰分升高，尾煤灰分降低的現(xiàn)象[11]。這是因?yàn)榈突掖至Ｃ罕砻姹桓呋壹?xì)泥覆蓋，疏水性降低，流失于尾煤中。但細(xì)泥在煤粒表面的吸附并不牢固，添加適量稀釋水，降低入料濃度即可達(dá)到消除或緩解細(xì)泥造成的負(fù)面影響[12]。通常對(duì)于高灰細(xì)泥含量較高的浮選入料來(lái)說(shuō)，降低入料濃度是保證精煤灰分，提高精煤產(chǎn)率的必要措施。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于易浮煤泥，可采用較高濃度浮選；而對(duì)于可浮性較差或細(xì)泥含量較多的煤泥，應(yīng)適當(dāng)降低入料濃度[13-15]。

3.2 入料濃度對(duì)浮選速度的影響

在浮選機(jī)葉輪線速度為10 m/s、充氣速率為0.8 m3/(m2·min)的條件下，采用實(shí)驗(yàn)室XFD-12型浮選機(jī)進(jìn)行浮選試驗(yàn)，考察不同入料濃度與浮選速度的關(guān)系，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知：浮選速度隨入料濃度的降低而下降，在藥劑用量固定的情況下，過(guò)低的入料濃度會(huì)使浮選速度變慢，浮選時(shí)間延長(zhǎng)，精煤產(chǎn)率下降，也會(huì)導(dǎo)致藥劑用量增大，能耗增加。

圖3 浮選速度隨入料濃度變化曲線Fig.3 Curve of flotation speeds with variation of feed concentration

3.3 入料濃度對(duì)泡沫層和尾煤灰分的影響

入料濃度的高低變化情況能在泡沫層和尾煤水中敏感地反映出來(lái)，在入料濃度適宜的情況下，泡沫層的厚度從浮選機(jī)第一室向后逐漸變薄。第一、二室的泡沫層厚實(shí)，且致密、穩(wěn)定，氣泡大小均勻，具有良好的流動(dòng)性；第三室能看到個(gè)別大小如蠶豆、表面發(fā)亮的氣泡，用手搓捻時(shí)有顆粒感，這是粗煤粒被浮起的原因，這些泡沫被刮入泡沫收集槽時(shí)有清脆的響聲；第四室氣泡較大，尺寸大小如鵝蛋，泡沫流動(dòng)性差。浮選精礦主要集中在前三室，尤其集中在前兩室，最后一室泡沫層最薄，基本上都是較大的氣泡，刮泡量很少而精煤粒度大。浮選尾煤水因煤質(zhì)的不同，可分為黃褐色、灰色、灰黑色。如果尾煤水中夾帶極少量泡沫，用手搓捻時(shí)顆粒感不明顯，且泡沫上只附有少量細(xì)泥，說(shuō)明尾煤中幾乎沒(méi)有跑煤。

入料濃度過(guò)高時(shí)，泡沫發(fā)粘發(fā)稠，尾煤水呈黑色且?jiàn)A帶泡沫，說(shuō)明尾煤中跑煤嚴(yán)重。此時(shí)即使增加藥劑用量，浮選機(jī)最后一室仍可刮出大量精礦，且泡沫落入精礦槽時(shí)沒(méi)有清脆的響聲。

入料濃度過(guò)低時(shí)，應(yīng)根據(jù)其粒度組成區(qū)別處理。當(dāng)入料粒度組成偏細(xì)時(shí)，浮選機(jī)前兩室有較均勻且形如鵝卵石般的粘稠泡沫，泡沫層沒(méi)有粗糙感，流動(dòng)性差，刮入精礦槽時(shí)沒(méi)有清脆的響聲；浮選機(jī)后兩室有翻花現(xiàn)象，泡沫層很難覆蓋住液面，尾煤中沒(méi)有跑煤。當(dāng)入料粒度組成均勻時(shí)，前兩室泡沫層薄，泡沫不發(fā)黏，流動(dòng)性較好，刮入精礦槽時(shí)能聽(tīng)到明顯的清脆響聲；浮選機(jī)后兩室泡沫發(fā)虛，泡沫層覆蓋不住液面，尾煤中無(wú)跑煤。

4 結(jié)語(yǔ)

煤泥的浮選效果受多種因素影響，浮選產(chǎn)品指標(biāo)不但與工藝條件、浮選機(jī)運(yùn)行狀況有關(guān)，而且與操作者的技術(shù)水平、操作經(jīng)驗(yàn)等有關(guān)，且操作者的技術(shù)水平、操作經(jīng)驗(yàn)更為重要。這就需要操作者依據(jù)入選原煤的煤質(zhì)變化、生產(chǎn)的波動(dòng)性、快速檢查結(jié)果，并結(jié)合觀察到的現(xiàn)象及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)整操作參數(shù)，使浮選操作條件盡快地適應(yīng)各方面的變化，確保浮選機(jī)在最佳工況下運(yùn)行，避免產(chǎn)品指標(biāo)出現(xiàn)不必要的波動(dòng)，進(jìn)而保證生產(chǎn)持續(xù)、穩(wěn)定、高效地進(jìn)行。

[1] 程宏志.我國(guó)選煤技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].選煤技術(shù),2012(2):79-83.

[2] 張 鵬.45 m3機(jī)械攪拌式浮選機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].潔凈煤技術(shù),2014,20(4):11-14.

[3] 史英祥.XJM-S28大型浮選機(jī)的工業(yè)應(yīng)用[J].選煤技術(shù),2011(1):23-27.

[4] 趙建軍,張忠偉,任福乾.華恒選煤廠煤泥浮選的可行性研究[J].潔凈煤技術(shù),2014,20(4):35-37,41.

[5] 牛 勇,王懷法.難浮煤泥浮選工藝研究[J].潔凈煤技術(shù),2011,17(3):6-8.

[6] 程宏志,李紅旗.XJM-S28型浮選機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2013,41(9):185-187.

[7] 徐 博,徐 巖,于 剛.煤泥浮選技術(shù)與實(shí)踐[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:1-70.

[8] 程宏志，蔡 璋，嚴(yán) 峰，等.充氣速率對(duì)浮選效果的影響及機(jī)械攪拌式浮選機(jī)充氣機(jī)理的探討[J].選煤技術(shù),2000(2).

[9] 崔廣文,王京發(fā),楊 碩,等.細(xì)粒難浮煤泥浮選試驗(yàn)研究[J].潔凈煤技術(shù),2013,19(6):1-4.

[10] 吉登高,蔡陽(yáng)輝,彭素琴,等.提高煤泥浮選捕收劑性能的實(shí)驗(yàn)研究[J].潔凈煤技術(shù),2012,18(2):6-9.

[11] 謝領(lǐng)輝.高濃度煤泥水浮選柱分選試驗(yàn)研究[D].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2009.

[12] 謝廣元，倪 超，張 明，等.改善高濃度煤泥水浮選效果的組合柱浮選工藝[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39(5):947-953.

[13] 王燕明,杜振寶.高灰細(xì)泥對(duì)煤泥水處理系統(tǒng)的影響[J].潔凈煤技術(shù),2012,18(5):28-30,41.

[14] 董憲姝,杜圣星,高灰細(xì)泥煤浮選技術(shù)進(jìn)展[J].選煤技術(shù),2012(5):80-83.

[15] 桂夏輝,程 敢,劉炯天,等.異質(zhì)細(xì)泥在煤泥浮選中的過(guò)程特征[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(2):301-309.

Analysis of effect of operation factor on flotation machine separation

LI Hong-qi1,2，ZHANG Peng1,2

(1.China Coal Technology and Engineering Group Tangshan Research Institute Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063012,China; 2.Coal Preparation Engineering and Technology Research Center in Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012, China)

In order to insure continuity and stability of flotation in complicated operation, analyzed the effect of aeration volume, agent system and feed concentration on flotation operation, it is a theoretical reference for operators to timely adjust favorable operation on the basis of real production and result of rapid test.

flotation; aeration volume; agent system; feed concentration

1001-3571(2015)03-0026-03

TD943

A

2015-03-12

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.007

李紅旗(1979—)，男，河北省易縣人，工程師，碩士，從事浮選設(shè)備的研究、開(kāi)發(fā)與推廣工作。

E-mail:67766864@qq.com Tel：0315-7759637