浮選工藝技術(shù)特點(diǎn)和設(shè)備發(fā)展概況

1、煤泥浮選工藝技術(shù)特點(diǎn)和設(shè)備發(fā)展概況*（中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，河北 張家口 075000）摘要：煤泥浮選是目前公認(rèn)的用于細(xì)粒煤泥脫硫降灰最經(jīng)濟(jì)、最有效的分選技術(shù)和方法之一，也是選煤廠取得最佳經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的有效技術(shù)途徑。浮選是煤泥性質(zhì)、浮選設(shè)備工作性能、浮選藥劑、工藝流程等諸多因素的綜合過(guò)程。本文對(duì)浮選前煤泥調(diào)漿技術(shù)、浮選設(shè)備及工藝流程進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述，并以南梁選煤廠煤泥浮選經(jīng)濟(jì)效益為例，說(shuō)明了浮選技術(shù)在洗煤行業(yè)未來(lái)發(fā)展中的重要性。關(guān)鍵詞：煤泥浮選；工藝；設(shè)備；經(jīng)濟(jì)效益中途分類(lèi)號(hào)：TD943 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ATechnical Characteristics of Coal

2、 Slime Flotation Technology and Development Survey of EquipmentDONG Li-zhou(China Coal Zhangjiakou Coal Mining Machinery CO.,LTD, Zhangjiakou 075000 China)Abstract: Coal slime is now acknowledged as one of the most economic and efficient separation technologies and methods which used to fine smile c

3、oal desulfurization and deashing, it is also an efficient way for the coal preparation plant to gain the best economic benefit, social benefit and environmental benefit. Flotation technology is a combined process of coal slime quality, flotation equipment working performance, flotation reagents, tec

4、hnological process and many other elements. This article systematically summarized the coal slime mixing technology before flotation, flotation equipment and technological process, and took flotation economic benefit of the NanLiang coal preparation plant as an example to explain the importance of f

5、lotation technology in the future development of the coal preparation field.Key words: Coal slime flotation; Technology Equipment; Economic benefit120 概述浮游選煤是處理細(xì)粒級(jí)煤（0.5mm）最有效的途徑之一，同時(shí)也是選煤廠煤泥水處理的核心。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)環(huán)境治理不斷深入，對(duì)選煤廠的管理要求也越來(lái)越高，各個(gè)選煤廠在節(jié)能減排、降本增效的同時(shí)，也加大了煤泥處理的力度。目前選煤能力的統(tǒng)計(jì)表明，浮選在入選原煤總量中占到了10%以上。煤泥浮選是在多因素作用

6、下的綜合過(guò)程，是在固液氣三相中完成的一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，因此入浮煤泥的性質(zhì)、浮選設(shè)備的性能、浮選工藝流程等都是影響浮選效果的重要因素。近年來(lái)，浮選技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、工藝檢測(cè)技術(shù)的提高獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。但相對(duì)于重力分選方法的發(fā)展，浮選技術(shù)依然進(jìn)度緩慢，在工業(yè)實(shí)踐中出現(xiàn)的問(wèn)題也比較突出。本文對(duì)浮選前煤泥調(diào)漿技術(shù)、浮選設(shè)備及工藝流程進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述，為今后選煤廠建設(shè)及設(shè)備工藝改進(jìn)提供了一定的的參考價(jià)值。1 煤泥調(diào)漿技術(shù)發(fā)展及設(shè)備煤泥調(diào)漿預(yù)處理是細(xì)粒煤泥浮選的基本前提，其作用是通過(guò)藥劑、機(jī)械力、非機(jī)械力及其組合，將乳化藥劑超細(xì)分散，并使煤粒表面活性化，以此來(lái)提高捕收劑與煤粒有效吸附概率

7、，調(diào)漿處理效果的好壞直接影響浮選工藝的整體效果。調(diào)漿處理的方式主要有葉輪攪拌式、噴射式、霧化式、管道混合式等，其中以葉輪攪拌式為主，具有代表性的設(shè)備主要是煤炭表面改質(zhì)機(jī)。煤炭表面改質(zhì)機(jī)實(shí)際上應(yīng)用的是一種高剪切強(qiáng)度物理調(diào)漿技術(shù)。其原理是：通過(guò)均勻攪拌，使礦漿在葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)形成的剪切力場(chǎng)下充分礦化，同時(shí)煤粒體相性質(zhì)發(fā)生改變，更具親油性，進(jìn)而提高煤的可浮性，穩(wěn)定精煤產(chǎn)量。國(guó)內(nèi)研究人員從礦漿分散、藥劑乳化、礦漿與藥劑接觸到礦物表面改性，以及磁、電、聲、溫等外加力場(chǎng)在調(diào)漿作業(yè)中的應(yīng)用等方面，進(jìn)行了大量研究1-2。熊彥權(quán)等3通過(guò)研究磁化處理對(duì)浮選礦漿含氧量、pH、表面Zeta電位和潤(rùn)濕熱的等性質(zhì)的影響,證

8、明磁化處理能引起浮選礦漿含氧量、pH值、表面Zeta電位和潤(rùn)濕熱的變化。趙磊4對(duì)高剪切條件下攪拌桶內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了Fluent模擬及PIV測(cè)試，指出高剪切調(diào)漿可以在不增加額外浮選藥劑用量的情況下，獲得更好的浮選效果。目前，國(guó)內(nèi)煤泥調(diào)漿預(yù)處理大多采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單級(jí)攪拌桶或礦漿預(yù)處理器，將礦漿與浮選藥劑進(jìn)行簡(jiǎn)單的宏觀攪拌混合，遠(yuǎn)未達(dá)到改善煤泥可浮性的目的。針對(duì)單級(jí)攪拌桶的不足，近年來(lái)多層攪拌逐漸引起重視，其相關(guān)研究也逐漸增多。苗一等5研究了多層漿攪拌槽內(nèi)的宏觀混合特效，結(jié)果表明，對(duì)于液體混合過(guò)程，采用多層軸流式漿要比多層徑向流漿的混合效率高。胡錫文等6在375mm的攪拌釜內(nèi)，對(duì)8種攪拌器進(jìn)行了試驗(yàn)，對(duì)

9、攪拌器漿型、轉(zhuǎn)速及密度等操作因素對(duì)攪拌功率和攪拌時(shí)間的影響進(jìn)行了分析。圖1為中煤張家口洗選工程技術(shù)有限責(zé)任公司研制的GBZ-2700多層攪拌礦漿表面改質(zhì)機(jī)。其特點(diǎn)是：改質(zhì)機(jī)采用多段臥式布置（2.1m×6室，2次流隔板），并采用后掠式撓性特殊葉片，保證了很高的剪切力和高頻機(jī)械效應(yīng)。煤漿中不同物料顆粒在強(qiáng)大的剪切動(dòng)能下，瞬間產(chǎn)生數(shù)十萬(wàn)次碰撞、摩擦、剪切等綜合作用，使幾乎所有的煤顆粒（接近100%）得到有效的改質(zhì)均質(zhì)作用，因而浮選精煤回收率可提高5%8%以上，并且加快了浮選速度。以入選原煤25萬(wàn)t/a，入浮煤泥占原煤量10%計(jì)，經(jīng)表面改質(zhì)機(jī)處理過(guò)后，每年浮選精煤可提高1.252萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)增

10、效顯著。圖1 GBZ-2700多層攪拌礦漿表面改質(zhì)機(jī)2 浮選技術(shù)及設(shè)備發(fā)展泡沫浮選法是目前廣泛應(yīng)用的細(xì)粒煤分選技術(shù)，利用煤與矸石間表面物理化學(xué)性質(zhì)上的差異進(jìn)行分選，即煤粒因自身表面的疏水特性或經(jīng)浮選藥劑作用后獲得的疏水（親氣或油）特性，可在液氣或水油界面發(fā)生聚集。近年來(lái)，泡沫浮選技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用與科學(xué)研究中，取得了許多進(jìn)展。王懷法7在國(guó)內(nèi)外先進(jìn)浮選柱的技術(shù)基礎(chǔ)上，介紹了一種兩段充氣微泡浮選柱的設(shè)計(jì)思想及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將高氣溶礦化、射流浮選及渦流立場(chǎng)強(qiáng)化浮選技術(shù)有機(jī)地融為一體，將優(yōu)先浮選技術(shù)納入浮選柱分選體系，強(qiáng)化了難浮顆粒的回收，有利于精礦回收率的提高。程宏志8-9提出了一種振蕩浮選原理，利用設(shè)置在

11、浮選機(jī)分離區(qū)的振蕩分離器減輕浮選泡沫的非選擇性挾帶，結(jié)果表明，振蕩浮選能夠明顯改善浮選效果，可使浮選精煤灰分降低1.4個(gè)百分點(diǎn)。王澤南等10概述了FCMC系列浮選柱的工作原理及應(yīng)用狀況，并針對(duì)在工業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)的眾多問(wèn)題入料粒度、煤漿量及濃度、藥劑制度、浮選柱充氣量和循環(huán)泵的工作壓力等因素,進(jìn)行了詳細(xì)地分析,并提出了相應(yīng)調(diào)整對(duì)策,2.1 浮選機(jī)1）機(jī)械攪拌式浮選機(jī)。目前機(jī)械攪拌式浮選機(jī)是國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的機(jī)型。該類(lèi)浮選機(jī)在其核心機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)構(gòu)的作用下，完成充氣氣泡和煤漿混合。代表性的有XJX型、XJN型、XJM型等浮選機(jī)型，以XJM-S型浮選機(jī)為例，該機(jī)型是我國(guó)自行研制成功的浮選機(jī)，采用矩形槽體、雙層

12、傘型葉輪、自吸式的吸氣方式、“假底底吸，周邊串料”的混合入料方式。葉輪上、下循環(huán)量均可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同可浮性煤泥。浮選機(jī)工作時(shí)，在葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作用下充滿定子葉輪內(nèi)的礦漿被甩出，同時(shí)葉輪內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，經(jīng)套筒和空心軸吸入空氣和藥劑，大部分前室入料通過(guò)假底中心吸料管進(jìn)入葉輪。圖2 XJM-S型浮選機(jī)示意圖XJM-S型浮選機(jī)示意圖如圖2所示。圖3 旋流微泡浮選柱示意圖2）充氣式浮選機(jī)。充氣式浮選機(jī)與機(jī)械攪拌式浮選機(jī)相比沒(méi)有傳動(dòng)部件，也沒(méi)有機(jī)械攪拌器，煤漿的充氣靠空氣壓縮機(jī)由外部壓入空氣。其中浮選柱為充氣式浮選機(jī)代表。旋流微泡浮選柱如圖3所示。該設(shè)備主體結(jié)構(gòu)包括浮選段、旋流段和管流礦化段三部分。

13、浮選段利用逆流碰撞礦化浮選原理，在低紊流的靜態(tài)分選環(huán)境中實(shí)現(xiàn)礦物的分離，主要作用時(shí)粗選和精選；旋流段是實(shí)現(xiàn)按密度的重力分選和在旋流立場(chǎng)下的旋流浮選，主要作用是掃選浮選段中礦，回收未被氣泡礦化的精煤顆粒，以提高精煤產(chǎn)率；管流礦化段是將氣體壓入入并粉碎成微泡，形成循環(huán)中礦的氣液固三相體系。3）噴射式浮選機(jī)噴射式浮選機(jī)無(wú)機(jī)械攪拌裝置。以射流微泡浮選機(jī)為例，如圖4所示，其工作原理是，煤漿以1520m/s的高速?gòu)膰娮靽姵?，使混合室?nèi)形成負(fù)壓，這時(shí)空氣經(jīng)吸氣管進(jìn)入礦化管，經(jīng)噴射流的“卷裹”和“切割乳化”空氣被粉碎成小氣泡，并與煤漿充分接觸、碰撞，使煤漿高效圖4 射流微泡浮選機(jī)示意圖礦化，當(dāng)煤漿到達(dá)底部反射

14、頭時(shí)，桶內(nèi)壓力基本為零。由于煤漿處于負(fù)壓區(qū)內(nèi)，溶解于煤漿中的空氣即成過(guò)飽和狀態(tài)而已微泡形式迅速析出、增大，帶著煤粒上浮至浮選桶表面沿周邊溢出精礦到收集槽，尾礦則從底部通過(guò)U形管進(jìn)入尾礦箱排出，從而完成整個(gè)浮選過(guò)程。上述浮選設(shè)備在國(guó)內(nèi)選煤廠都有廣泛的應(yīng)用，其中單純的機(jī)械攪拌式浮選機(jī)正逐步被充氣式和噴射式浮選機(jī)所取代。隨著選煤技術(shù)的發(fā)展和選煤廠生產(chǎn)的需求，浮選設(shè)備正加快向大型化、高效化發(fā)展的腳步。2.2 煤泥浮選工藝技術(shù)針對(duì)入浮作業(yè)前不同的煤泥水組分、浮選設(shè)備性能以及對(duì)最終產(chǎn)品的要求，各選煤廠所采用的浮選工藝也多種多樣。當(dāng)前我國(guó)選煤廠主要采用以下三種典型浮選工藝流程。1）一次浮選工藝。煤泥水直接進(jìn)

15、入單槽或并列的多槽浮選機(jī)分選，分選出精煤、精中煤、尾煤三種產(chǎn)品。當(dāng)煤泥可浮性屬于極易浮或易浮時(shí)，即可采用一次浮選工藝。當(dāng)煤泥屬于中等可浮時(shí)，需要查看藥劑制度試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步確定是否采用此工藝。如果浮選出的精煤灰分基本符合最終精煤產(chǎn)品要求時(shí)（一般不超過(guò)1%）時(shí)可采用。一次浮選工藝流程如圖5所示。圖5 一次浮選工藝2）二次浮選工藝。即一次浮選的精煤泡沫直接串聯(lián)進(jìn)入精選浮選機(jī)再次進(jìn)行浮選，進(jìn)一步降低精煤灰分。當(dāng)煤泥屬于中等可浮，當(dāng)采用一次浮選工藝精煤產(chǎn)品灰分較高時(shí)，可根據(jù)浮選速度試驗(yàn)結(jié)果，如果前2min刮出的精煤灰分符合產(chǎn)品要求時(shí)，可采用部分二次浮選工藝；當(dāng)煤泥可浮性屬于難浮和極難浮時(shí)，依據(jù)選煤實(shí)驗(yàn)

16、室分步釋放浮選試驗(yàn)方法（MT/T144-1997），查看分步釋放試驗(yàn)結(jié)果。如果“產(chǎn)物4”的平均灰分符合產(chǎn)品要求，應(yīng)選用全部二次浮選工藝。二次浮選工藝較一次浮選工藝適用范圍廣，浮選精度高，但該工藝將一次浮選精煤再次進(jìn)行精選，必然會(huì)導(dǎo)致大量合格的精煤進(jìn)行重復(fù)分選，增加了浮選藥劑用量、電力消耗量等浮選成本。二次浮選工藝流程如圖6所示。圖6 二次浮選工藝3）二次尾礦或中礦返回浮選。該工藝僅適用于多臺(tái)單槽浮選機(jī)的選煤廠。我國(guó)呂梁山煤電公司選煤廠曾應(yīng)用3臺(tái)WPF型噴射浮選機(jī)采用二次尾礦或中礦返回浮選工藝。工藝流程如圖7所示。圖7二次尾礦或中礦返回浮選工藝3 南梁煤礦選煤廠煤泥浮選技術(shù)方案和預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益南梁

17、煤礦選煤廠設(shè)計(jì)年處理能力3.0Mt/a，2013年全年實(shí)際入選原煤2.5Mt。其中的煤泥（細(xì)煤泥）產(chǎn)率約占入選原煤的9%-10%，年干基產(chǎn)量超過(guò)20萬(wàn)噸。煤泥灰分高、水分高、發(fā)熱量低，且煤泥粘滯，難以均衡配摻于精煤產(chǎn)品內(nèi)銷(xiāo)售。目前南梁煤礦選煤廠處理煤泥的辦法是將煤泥落地晾曬后銷(xiāo)售給當(dāng)?shù)仉姀S，售價(jià)約10元/t（水分約20%）；冬季時(shí)煤泥濾餅結(jié)冰，無(wú)法晾曬，電廠亦不接受。煤泥晾曬過(guò)程中，遇水流失，遇風(fēng)飛揚(yáng)，污染了礦區(qū)環(huán)境，不利于文明生產(chǎn)。且低廉的售價(jià)影響了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。通過(guò)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)針對(duì)南梁選煤廠的煤泥進(jìn)行的一系列浮選提質(zhì)實(shí)驗(yàn)證明該煤泥具有較高的浮選利用價(jià)值。對(duì)選煤廠進(jìn)行工業(yè)化改造，加入煤

18、泥浮選系統(tǒng)，采用全粒級(jí)直接浮選工藝流程，設(shè)備選用2700礦漿表面改質(zhì)機(jī)、FCSMC-4500旋流-靜態(tài)微泡浮選柱。設(shè)備投入生產(chǎn)后，煤泥分選產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量平衡表如表3-1所示。表3-1 煤泥分選產(chǎn)品數(shù)質(zhì)量平衡表項(xiàng) 目r/%Q/(萬(wàn)t/a)Ad/%Mt/ %入 料100.0022.5040.00精 煤55.0012.3810.0024.00尾 煤45.0010.1276.67-按照南梁5500大卡末煤售價(jià)240元/t，浮選精煤發(fā)熱量按5000大卡計(jì)算，折算售價(jià)218元/t，按210元/t計(jì)。浮選尾煤泥價(jià)格為0?，F(xiàn)不浮選煤泥晾曬后（水分約20%左右）銷(xiāo)售給電廠的價(jià)格為10元/t，折算干基售價(jià)12.5元/

19、t，按15元/t計(jì)算。據(jù)此可以計(jì)算煤泥浮選的銷(xiāo)售收入如表3-2。煤泥浮選后選煤廠年銷(xiāo)售收入增加了2261萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。表3-2 煤泥銷(xiāo)售收入對(duì)比結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目煤泥售價(jià)/（元/t）產(chǎn)量/（萬(wàn)噸/年）銷(xiāo)售收入/(萬(wàn)元/年)1現(xiàn)壓濾煤泥1522.50337.502浮選精煤21012.382598.753壓濾煤泥010.1204增加銷(xiāo)售收入2261.254 結(jié)語(yǔ)1）隨著煤礦資源的枯竭和煤炭行業(yè)采煤機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展，原煤質(zhì)量逐漸變差，而細(xì)粒和超細(xì)粒煤泥在原煤中所占比例逐年增加。同時(shí)，國(guó)家加大環(huán)保力度，以及企業(yè)為了進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益，煤泥分選設(shè)備與工藝的研究和應(yīng)用越來(lái)越重要。2）浮選前煤泥調(diào)漿對(duì)精煤品質(zhì)和回收率都有很大影響，多層攪拌礦漿預(yù)處理技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景。3）煤泥浮選工藝多樣，設(shè)備種類(lèi)繁多，選煤廠應(yīng)根