高 楠

(陽(yáng)煤集團(tuán)煤質(zhì)中心，山西 陽(yáng)泉 045000)

引 言

煤炭資源是我國(guó)需求量最大的一次性能源，據(jù)勘探，我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)家，煤炭?jī)?chǔ)量達(dá)4.5億t以上[1]，我國(guó)的煤炭種類相對(duì)齊全，從褐煤到無(wú)煙煤的各個(gè)階段的煤種均有分布，但各種煤炭資源的分布量卻存在著巨大的差別，特別是優(yōu)質(zhì)的稀缺煤種，在我國(guó)的煤炭資源儲(chǔ)量結(jié)構(gòu)中占比較小，我國(guó)已探明的優(yōu)質(zhì)煉焦煤種(肥煤和焦煤)的儲(chǔ)量約占已探明煤炭總儲(chǔ)量的9%，但其又是對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所必不可少的資源。

目前煉焦用煤中原煤灰的含量可達(dá)18%以上，且其中含硫量偏高，煉焦時(shí)的可選擇性較差，精煤的回收比例也相對(duì)較低，限于當(dāng)前我國(guó)難選煤泥分選技術(shù)的限制，其提取難度較大、經(jīng)濟(jì)性較差，通常只能作為一般的燃料進(jìn)行消耗，造成了精煤資源的極大浪費(fèi)，因此開(kāi)展優(yōu)質(zhì)煤種難選煤泥的強(qiáng)化分選研究對(duì)于提升我國(guó)優(yōu)質(zhì)煤種的利用率具有十分重大的意義，針對(duì)當(dāng)前我國(guó)難選煤泥分選時(shí)效率低下、手段單一、利用率不高的難題[2]，本文對(duì)難選煤泥的分選過(guò)程、機(jī)理進(jìn)行了深入研究，以有效提高精選稀缺煤種難選煤泥的分選效率和利用率，擴(kuò)大其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 難選煤泥分選的過(guò)程特征

難選煤泥的分選過(guò)程優(yōu)化主要是依據(jù)前人研究的煤泥的浮選速度常數(shù)的變化趨勢(shì)，確定最佳的浮選動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)行強(qiáng)化。難選煤泥的浮選速度主要是指在分選槽內(nèi)的待選礦物的減少的速度和在某一瞬間分選槽內(nèi)待選礦物的濃度成正比的關(guān)系特征，在實(shí)際的分選過(guò)程中我們將待選礦物的濃度用礦漿里面還沒(méi)有被浮選出的目標(biāo)礦物質(zhì)的回收率來(lái)進(jìn)行替代，其可表示為式(1)。

(1)

式中：K為浮現(xiàn)速度常數(shù)，其數(shù)值是通過(guò)浮選的結(jié)果來(lái)進(jìn)行確定的。

K的數(shù)值是一個(gè)變數(shù)，其與浮選時(shí)間有關(guān)，假設(shè)將浮選速度的數(shù)學(xué)模型按照最快浮選速度進(jìn)行處理，那么k值與時(shí)間的變化關(guān)系如圖1所示。

圖1 浮選速度變化曲線

由此可以確定在理想條件下煤泥分選速度的數(shù)學(xué)模型可以表示為式(2)。

R=90.9×[1-0.86exp-0.375 3t]

(2)

對(duì)分選速度的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求導(dǎo)變換，可求出分選速度常數(shù)和時(shí)間之間的變化關(guān)系，即難選煤泥在試驗(yàn)室條件下的浮選速度常數(shù)與時(shí)間之間的相互關(guān)系，即式(3)。

k=-0.375 3t

(3)

由此確立了難選煤泥分選時(shí)的變化規(guī)律，為后續(xù)研究新的分選設(shè)備和方法奠定了基礎(chǔ)。

2 兩段浮選法的研究

傳統(tǒng)的單段浮選方法雖然其分選環(huán)境好、選擇性高，但是由于其缺乏強(qiáng)化分選的過(guò)程，造成它的回收能力嚴(yán)重不足，已經(jīng)越來(lái)越不能滿足煤泥分選的要求[3]，因此我們?cè)趩味胃∵x法的基礎(chǔ)上提出了兩段浮選的方案，該方案在保留傳統(tǒng)單段浮選選擇性高、分選環(huán)境好的基礎(chǔ)上強(qiáng)化了分選過(guò)程，具有分選精度高，回收能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，從而很好地實(shí)現(xiàn)了在難選煤泥分選過(guò)程中易浮出的顆?？焖俑〕?，難浮出的顆粒快速?gòu)?qiáng)化回收的分選過(guò)程，該兩段式分選的方案，把分選過(guò)程中的填充、強(qiáng)管硫化礦、旋流浮選較好的按預(yù)定順序進(jìn)行排列，很好地實(shí)現(xiàn)了在多槽分選的過(guò)程中將易浮出的顆粒在第一時(shí)間能夠從第一分選槽內(nèi)浮出，其他難浮現(xiàn)的顆粒在后續(xù)經(jīng)過(guò)多次的強(qiáng)化分選后能夠快速地與煤泥的可浮性特征相互耦合，其兩段式強(qiáng)化浮選過(guò)程如圖2所示。

圖2 兩段浮選原理

兩段式浮選法以旋流靜態(tài)微泡浮選柱作為研究的目標(biāo)，經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)將浮選柱的內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)成旋流式結(jié)構(gòu)，在分選的過(guò)程中通過(guò)控制柱內(nèi)流體以層流的方式進(jìn)行流動(dòng)，從而極大強(qiáng)化了難選煤泥在分選過(guò)程中的回收的效果，提高了精選煤泥的利用效果同時(shí)降低了在分選過(guò)程中的能源消耗。

3 兩段浮選系統(tǒng)設(shè)計(jì)

難選煤泥在分選過(guò)程中的不同階段，或在相同階段的不同過(guò)程中對(duì)浮選流體的力學(xué)狀態(tài)要求不盡相同，因此為了提高難選煤泥的分選效果，兩段式浮選系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn)[4]。

1) 應(yīng)具有高效的難浮顆粒循環(huán)分選結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化對(duì)難浮顆粒的分選效果。

2) 能夠形成高紊流大流量的兩段式分選，將較細(xì)直徑的難浮顆粒在高紊流的條件下得到充分的分選，充分提高對(duì)難浮顆粒的回收效果。

3) 能形成低紊流的快速懸浮狀態(tài)，確保在分選過(guò)程中易浮顆粒能夠迅速浮出，快速將難浮顆粒進(jìn)行分離，降低后續(xù)分選的難度和污染物的數(shù)量。這就要求在分選的時(shí)候能夠具有充分大的供氣量，在分選池中形成連續(xù)不斷的氣泡結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)易浮顆粒與氣泡的結(jié)合概率，同時(shí)還需要內(nèi)部的湍流強(qiáng)度較低，便于易浮顆粒的順利上浮。

4) 能夠根據(jù)難選煤分選過(guò)程中可浮性的變化特征來(lái)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的分選過(guò)程，在分選中加入快浮段和回收段，提高系統(tǒng)對(duì)煤泥的分選效果。

根據(jù)難選煤泥的分選要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩段式浮選結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 兩段浮選柱體結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

本文針對(duì)目前我國(guó)難選煤泥分選技術(shù)水平低下，其難選煤泥分選的提取難度較大、經(jīng)濟(jì)性較差進(jìn)行充分研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新的兩段式浮選的難選煤泥分選方案，并對(duì)其分選機(jī)理進(jìn)行了充分的研究，設(shè)計(jì)了兩段式分選的柱體結(jié)構(gòu)，該方案有效提高了精選稀缺煤種難選煤泥的分選效率和利用率，克服了傳統(tǒng)煤泥分選時(shí)效率低下、手段單一、利用率不高的難題，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。