浮選工藝技術特點和設備發(fā)展概況

1、煤泥浮選工藝技術特點和設備發(fā)展概況*（中煤張家口煤礦機械有限責任公司，河北 張家口 075000）摘要：煤泥浮選是目前公認的用于細粒煤泥脫硫降灰最經(jīng)濟、最有效的分選技術和方法之一，也是選煤廠取得最佳經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益的有效技術途徑。浮選是煤泥性質、浮選設備工作性能、浮選藥劑、工藝流程等諸多因素的綜合過程。本文對浮選前煤泥調漿技術、浮選設備及工藝流程進行了系統(tǒng)的綜述，并以南梁選煤廠煤泥浮選經(jīng)濟效益為例，說明了浮選技術在洗煤行業(yè)未來發(fā)展中的重要性。關鍵詞：煤泥浮選；工藝；設備；經(jīng)濟效益中途分類號：TD943 文獻標志碼：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粒級煤（0.5mm）最有效的途徑之一，同時也是選煤廠煤泥水處理的核心。近年來，國家對環(huán)境治理不斷深入，對選煤廠的管理要求也越來越高，各個選煤廠在節(jié)能減排、降本增效的同時，也加大了煤泥處理的力度。目前選煤能力的統(tǒng)計表明，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、下的綜合過程，是在固液氣三相中完成的一個極其復雜的物理化學過程，因此入浮煤泥的性質、浮選設備的性能、浮選工藝流程等都是影響浮選效果的重要因素。近年來，浮選技術隨著計算機技術的發(fā)展、工藝檢測技術的提高獲得了長足的發(fā)展。但相對于重力分選方法的發(fā)展，浮選技術依然進度緩慢，在工業(yè)實踐中出現(xiàn)的問題也比較突出。本文對浮選前煤泥調漿技術、浮選設備及工藝流程進行了系統(tǒng)的綜述，為今后選煤廠建設及設備工藝改進提供了一定的的參考價值。1 煤泥調漿技術發(fā)展及設備煤泥調漿預處理是細粒煤泥浮選的基本前提，其作用是通過藥劑、機械力、非機械力及其組合，將乳化藥劑超細分散，并使煤粒表面活性化，以此來提高捕收劑與煤粒有效吸附概率

7、，調漿處理效果的好壞直接影響浮選工藝的整體效果。調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，具有代表性的設備主要是煤炭表面改質機。煤炭表面改質機實際上應用的是一種高剪切強度物理調漿技術。其原理是：通過均勻攪拌，使礦漿在葉片高速轉動形成的剪切力場下充分礦化，同時煤粒體相性質發(fā)生改變，更具親油性，進而提高煤的可浮性，穩(wěn)定精煤產量。國內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、溫等外加力場在調漿作業(yè)中的應用等方面，進行了大量研究1-2。熊彥權等3通過研究磁化處理對浮選礦漿含氧量、pH、表面Zeta電位和潤濕熱的等性質的影響,證

8、明磁化處理能引起浮選礦漿含氧量、pH值、表面Zeta電位和潤濕熱的變化。趙磊4對高剪切條件下攪拌桶內流場進行了Fluent模擬及PIV測試，指出高剪切調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，國內煤泥調漿預處理大多采用結構簡單的單級攪拌桶或礦漿預處理器，將礦漿與浮選藥劑進行簡單的宏觀攪拌混合，遠未達到改善煤泥可浮性的目的。針對單級攪拌桶的不足，近年來多層攪拌逐漸引起重視，其相關研究也逐漸增多。苗一等5研究了多層漿攪拌槽內的宏觀混合特效，結果表明，對于液體混合過程，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，對8種攪拌器進行了試驗，對

9、攪拌器漿型、轉速及密度等操作因素對攪拌功率和攪拌時間的影響進行了分析。圖1為中煤張家口洗選工程技術有限責任公司研制的GBZ-2700多層攪拌礦漿表面改質機。其特點是：改質機采用多段臥式布置（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械效應。煤漿中不同物料顆粒在強大的剪切動能下，瞬間產生數(shù)十萬次碰撞、摩擦、剪切等綜合作用，使幾乎所有的煤顆粒（接近100%）得到有效的改質均質作用，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t/a，入浮煤泥占原煤量10%計，經(jīng)表面改質機處理過后，每年浮選精煤可提高1.252萬t，經(jīng)濟增

10、效顯著。圖1 GBZ-2700多層攪拌礦漿表面改質機2 浮選技術及設備發(fā)展泡沫浮選法是目前廣泛應用的細粒煤分選技術，利用煤與矸石間表面物理化學性質上的差異進行分選，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，泡沫浮選技術在工業(yè)應用與科學研究中，取得了許多進展。王懷法7在國內外先進浮選柱的技術基礎上，介紹了一種兩段充氣微泡浮選柱的設計思想及結構特點，將高氣溶礦化、射流浮選及渦流立場強化浮選技術有機地融為一體，將優(yōu)先浮選技術納入浮選柱分選體系，強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，利用設置在

11、浮選機分離區(qū)的振蕩分離器減輕浮選泡沫的非選擇性挾帶，結果表明，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個百分點。王澤南等10概述了FCMC系列浮選柱的工作原理及應用狀況，并針對在工業(yè)應用中出現(xiàn)的眾多問題入料粒度、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,進行了詳細地分析,并提出了相應調整對策,2.1 浮選機1）機械攪拌式浮選機。目前機械攪拌式浮選機是國內廣泛應用的機型。該類浮選機在其核心機構攪拌機構的作用下，完成充氣氣泡和煤漿混合。代表性的有XJX型、XJN型、XJM型等浮選機型，以XJM-S型浮選機為例，該機型是我國自行研制成功的浮選機，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)量均可調節(jié)，以適應不同可浮性煤泥。浮選機工作時，在葉輪旋轉所產生的離心力作用下充滿定子葉輪內的礦漿被甩出，同時葉輪內產生負壓，經(jīng)套筒和空心軸吸入空氣和藥劑，大部分前室入料通過假底中心吸料管進入葉輪。圖2 XJM-S型浮選機示意圖XJM-S型浮選機示意圖如圖2所示。圖3 旋流微泡浮選柱示意圖2）充氣式浮選機。充氣式浮選機與機械攪拌式浮選機相比沒有傳動部件，也沒有機械攪拌器，煤漿的充氣靠空氣壓縮機由外部壓入空氣。其中浮選柱為充氣式浮選機代表。旋流微泡浮選柱如圖3所示。該設備主體結構包括浮選段、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)境中實現(xiàn)礦物的分離，主要作用時粗選和精選；旋流段是實現(xiàn)按密度的重力分選和在旋流立場下的旋流浮選，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）噴射式浮選機噴射式浮選機無機械攪拌裝置。以射流微泡浮選機為例，如圖4所示，其工作原理是，煤漿以1520m/s的高速從噴嘴噴出，使混合室內形成負壓，這時空氣經(jīng)吸氣管進入礦化管，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 射流微泡浮選機示意圖礦化，當煤漿到達底部反射

14、頭時，桶內壓力基本為零。由于煤漿處于負壓區(qū)內，溶解于煤漿中的空氣即成過飽和狀態(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U形管進入尾礦箱排出，從而完成整個浮選過程。上述浮選設備在國內選煤廠都有廣泛的應用，其中單純的機械攪拌式浮選機正逐步被充氣式和噴射式浮選機所取代。隨著選煤技術的發(fā)展和選煤廠生產的需求，浮選設備正加快向大型化、高效化發(fā)展的腳步。2.2 煤泥浮選工藝技術針對入浮作業(yè)前不同的煤泥水組分、浮選設備性能以及對最終產品的要求，各選煤廠所采用的浮選工藝也多種多樣。當前我國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

15、入單槽或并列的多槽浮選機分選，分選出精煤、精中煤、尾煤三種產品。當煤泥可浮性屬于極易浮或易浮時，即可采用一次浮選工藝。當煤泥屬于中等可浮時，需要查看藥劑制度試驗結果，進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品要求時（一般不超過1%）時可采用。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)進入精選浮選機再次進行浮選，進一步降低精煤灰分。當煤泥屬于中等可浮，當采用一次浮選工藝精煤產品灰分較高時，可根據(jù)浮選速度試驗結果，如果前2min刮出的精煤灰分符合產品要求時，可采用部分二次浮選工藝；當煤泥可浮性屬于難浮和極難浮時，依據(jù)選煤實驗

16、室分步釋放浮選試驗方法（MT/T144-1997），查看分步釋放試驗結果。如果“產物4”的平均灰分符合產品要求，應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行精選，必然會導致大量合格的精煤進行重復分選，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單槽浮選機的選煤廠。我國呂梁山煤電公司選煤廠曾應用3臺WPF型噴射浮選機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方案和預期經(jīng)濟效益南梁

17、煤礦選煤廠設計年處理能力3.0Mt/a，2013年全年實際入選原煤2.5Mt。其中的煤泥（細煤泥）產率約占入選原煤的9%-10%，年干基產量超過20萬噸。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品內銷售。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售給當?shù)仉姀S，售價約10元/t（水分約20%）；冬季時煤泥濾餅結冰，無法晾曬，電廠亦不接受。煤泥晾曬過程中，遇水流失，遇風飛揚，污染了礦區(qū)環(huán)境，不利于文明生產。且低廉的售價影響了企業(yè)經(jīng)濟效益的發(fā)揮。通過中國礦業(yè)大學針對南梁選煤廠的煤泥進行的一系列浮選提質實驗證明該煤泥具有較高的浮選利用價值。對選煤廠進行工業(yè)化改造，加入煤

18、泥浮選系統(tǒng)，采用全粒級直接浮選工藝流程，設備選用2700礦漿表面改質機、FCSMC-4500旋流-靜態(tài)微泡浮選柱。設備投入生產后，煤泥分選產品數(shù)質量平衡表如表3-1所示。表3-1 煤泥分選產品數(shù)質量平衡表項 目r/%Q/(萬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240元/t，浮選精煤發(fā)熱量按5000大卡計算，折算售價218元/t，按210元/t計。浮選尾煤泥價格為0?，F(xiàn)不浮選煤泥晾曬后（水分約20%左右）銷售給電廠的價格為10元/t，折算干基售價12.5元/

19、t，按15元/t計算。據(jù)此可以計算煤泥浮選的銷售收入如表3-2。煤泥浮選后選煤廠年銷售收入增加了2261萬元，經(jīng)濟效益顯著。表3-2 煤泥銷售收入對比結果序號項目煤泥售價/（元/t）產量/（萬噸/年）銷售收入/(萬元/年)1現(xiàn)壓濾煤泥1522.50337.502浮選精煤21012.382598.753壓濾煤泥010.1204增加銷售收入2261.254 結語1）隨著煤礦資源的枯竭和煤炭行業(yè)采煤機械化技術的發(fā)展，原煤質量逐漸變差，而細粒和超細粒煤泥在原煤中所占比例逐年增加。同時，國家加大環(huán)保力度，以及企業(yè)為了進一步提高經(jīng)濟效益，煤泥分選設備與工藝的研究和應用越來越重要。2）浮選前煤泥調漿對精煤品質和回收率都有很大影響，多層攪拌礦漿預處理技術有廣闊的應用前景。3）煤泥浮選工藝多樣，設備種類繁多，選煤廠應根