聚丙烯酰胺對(duì)水介質(zhì)旋流器分選性能的影響規(guī)律研究

劉愛(ài)榮，樊民強(qiáng)

（太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024）

水介質(zhì)旋流器作為細(xì)粒煤的分選設(shè)備之一，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，易管理，使用壽命長(zhǎng)，分選成本低等優(yōu)勢(shì)，在細(xì)粒煤分選方面具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。作為按密度進(jìn)行分選的重選設(shè)備，水介質(zhì)旋流器的分選性能受顆粒粒度的影響很大，隨著粒度逐漸減小，分選效率逐漸降低，-0.125 mm微細(xì)粒的分選效果相對(duì)較差[2]。在重力、離心力等宏觀作用力場(chǎng)，微細(xì)粒礦物是很難實(shí)現(xiàn)高效分選的，近年來(lái)人們開始注意到顆粒間的表面力作用有利于提高微細(xì)粒重選的分選效率[3]。胡筱敏等[4]曾對(duì)微細(xì)粒弱磁性赤鐵礦的磁種團(tuán)聚-高分子絮凝-水力旋流器分離工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明高分子絮凝所得絮團(tuán)更為密實(shí)，粒度粗，強(qiáng)度大，適于重選設(shè)備分離。

絮凝劑聚丙烯酰胺在微細(xì)粒重選中的應(yīng)用主要是對(duì)細(xì)粒級(jí)礦物選擇性絮凝，使被分選礦粒選擇性地形成絮團(tuán)以增大顆粒的粒徑，為實(shí)現(xiàn)重選創(chuàng)造粒度條件[5]。那么，聚丙烯酰胺對(duì)于細(xì)粒煤離心力場(chǎng)重選會(huì)有怎樣的影響，目前還沒(méi)有看到這方面的報(bào)道。本文主要考查聚丙烯酰胺作為輔助藥劑對(duì)水介質(zhì)旋流器在分選細(xì)粒煤時(shí)分選性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 煤樣性質(zhì)

本試驗(yàn)采用的是屯蘭選煤廠原煤，經(jīng)破碎、篩分（1mm）、混勻裝袋后備用。試驗(yàn)用煤樣的篩分結(jié)果見表1，＋0.125mm粒級(jí)的浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 煤樣小篩分分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

表2 ＋0.125mm粒級(jí)原煤浮沉試驗(yàn)結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

從表1可以看出，試驗(yàn)所用煤樣中約有40%為-0.074mm粒級(jí)的微細(xì)粒煤泥。從表2可以看出，當(dāng)精煤灰分9.67%時(shí)，累計(jì)產(chǎn)率可達(dá)到72.77%，該煤樣中＋0.125mm粒級(jí)屬于易選煤。

1.2 試驗(yàn)方法

取一定量的非離子型聚丙烯酰胺粉末，分子量800萬(wàn)，配制聚丙烯酰胺溶液，藥劑用量按噸干煤泥量1，5，10，25g／t向攪拌桶內(nèi)分別添加，調(diào)漿，待分選工況穩(wěn)定后，同時(shí)接取旋流器溢流與底流，然后將溢流與底流進(jìn)行篩分、過(guò)濾、烘干、稱重并化驗(yàn)各粒級(jí)物料灰分。

試驗(yàn)中水介質(zhì)旋流器型號(hào)為?75mm，溢流管直徑、底流口直徑、溢流管插入深度分別為22，8，70 mm，旋流器給料壓力為0.15MPa，礦漿固體濃度為100g／L。試驗(yàn)系統(tǒng)見圖1。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 PAM對(duì)水介質(zhì)旋流器分選結(jié)果的影響

由圖2可以看出，PAM添加后旋流器溢流各粒級(jí)的回收率隨著加藥量的增大逐漸降低，在加藥量25g／t時(shí)＋0.074mm粒級(jí)的產(chǎn)率又迅速增大。

由圖3可以看出，添加PAM后，溢流＋0.074 mm粒級(jí)的灰分隨著加藥量的增大逐漸降低，在加藥量25g／t時(shí)又迅速增大。PAM對(duì)-0.074mm粒級(jí)的溢流灰分影響很小。當(dāng)藥劑用量過(guò)大時(shí)，在絮團(tuán)中可能包裹了一些親水性顆粒進(jìn)入溢流產(chǎn)品，導(dǎo)致溢流灰分增大。

由圖4可以看出，PAM的添加對(duì)各粒級(jí)底流灰分的影響是不同的，對(duì)于＋0.25mm粒級(jí)隨著藥劑用量的增加底流灰分逐漸降低，而-0.25mm粒級(jí)則隨著藥劑用量的增加底流灰分逐漸增大而后降低，在藥劑用量25g／t時(shí)又迅速增大。

圖2 PAM用量對(duì)溢流回收率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的影響

圖3 PAM用量對(duì)溢流灰分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的影響

圖4 PAM用量對(duì)底流灰分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的影響

2.2 PAM對(duì)水介質(zhì)旋流器分選效率的影響

為綜合評(píng)定PAM對(duì)旋流器分選效果的影響，采用漢考克效率作為評(píng)定指標(biāo)，漢考克效率計(jì)算公式見公式（1），根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算不同加藥量下各粒級(jí)漢考克效率見圖5所示。

式中：Ac與Af分別為精煤灰分與入料灰分；Yc為精煤產(chǎn)率。

圖5 PAM用量對(duì)各粒級(jí)綜合效率的影響

從圖5可以看出，水介質(zhì)旋流器中PAM的添加，可以提高＋0.074m粒級(jí)的分選效率，且隨著加藥量的增大，分選效率逐漸增大，在加藥量達(dá)10g／t時(shí)，＋0.074mm粒級(jí)的提高幅度較大，特別是0.25～0.125mm粒級(jí)可提高22%左右。但當(dāng)藥劑用量25 g／t時(shí)各粒級(jí)分選效率有所降低，這說(shuō)明PAM用量存在著最佳值，加藥量過(guò)大后不利于分選。

3 絮凝劑PAM提高旋流器分選性能的機(jī)理分析

由上述試驗(yàn)結(jié)果與討論可知，PAM的添加可大幅度提高-0.25mm粒級(jí)細(xì)粒煤的分選效率。為了弄清楚旋流器入料中添加PAM可提高分選效率的機(jī)理，單獨(dú)對(duì)-0.25mm粒級(jí)的原煤在絮凝前（不加PAM）、絮凝后（PAM 用量5g／t）進(jìn)行了水介質(zhì)旋流器分選試驗(yàn)，采用激光粒度分析儀分別對(duì)旋流器入料、溢流、底流進(jìn)行了粒度組成分析，見圖6，圖7。

由圖6可以看出，-0.25mm粒級(jí)旋流器入料添加PAM后，-0.1mm粒級(jí)的百分含量降低，＋0.1 mm粒級(jí)的百分含量大幅度增加，這說(shuō)明PAM對(duì)入料進(jìn)行了絮凝，形成了絮團(tuán)，顆粒的表觀粒度增大。由圖7可以看出，絮凝后的礦漿經(jīng)渣漿泵給入旋流器進(jìn)行分選，旋流器溢流和底流的粒度組成與絮凝前的溢流和底流相比細(xì)粒級(jí)的百分含量略有降低，粗粒級(jí)的百分含量略有升高，這說(shuō)明旋流器入料絮凝后再進(jìn)行分選，其溢流和底流中均存在著絮團(tuán)，PAM高分子長(zhǎng)鏈對(duì)顆粒進(jìn)行了絮凝，增大了顆粒的表觀粒度，根據(jù)斯托克斯公式可知，顆粒沉降速度與顆粒的直徑的平方成正比，那么絮團(tuán)的存在為重選創(chuàng)造了分離條件，所以向水介質(zhì)旋流器入料中添加PAM可提高旋流器的分選效率。

圖6 -0.25mm原煤絮凝前后粒度組成

圖7 旋流器溢流、底流絮凝前后的粒度組成

4 結(jié)論

1）水介質(zhì)旋流器入料中添加PAM，在0～10 g／t范圍內(nèi)，隨著藥劑用量的增加，＋0.074mm粒級(jí)溢流灰分大幅度降低，底流中-0.25mm粒級(jí)的灰分有所增大。

2）對(duì)旋流器入料礦漿絮凝后重力分選，可提高＋0.074mm粒級(jí)的分選效率，尤其是0.25～0.125 mm粒級(jí)的分選效率得到大幅度提高，可高達(dá)22%左右。

3）通過(guò)對(duì)水介質(zhì)旋流器分選產(chǎn)品的粒度組成對(duì)比，證實(shí)了絮凝劑作為輔助藥劑可提高細(xì)粒煤重選分選效率的原因主要是提高了細(xì)粒煤的表觀粒度。

[1]Yunkai Xia，JianGuang Li.Fine coal circuitry considerations in treatment of soft coal with difficult washabilities[J].Fuel Processing Technology 2007，88（8）：759-769.

[2]樊民強(qiáng)，董連平，韓曉恒，等.新型水介質(zhì)旋流器分選粗煤泥的試驗(yàn)研究與工業(yè)應(yīng)用[J].選煤技術(shù)，2007（4）：25-29.

[3]劉四清，莊故章.表面力與微細(xì)粒礦物分選研究現(xiàn)狀及展望[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，22（2）：32-35.

[4]胡筱敏，羅蒨，張維慶.赤鐵礦的磁種團(tuán)聚一高分子絮凝及其重選分離的研究[J].金屬礦山，1991（12）：41-43.

[5]張明旭.選擇性絮凝技術(shù)及其在煤炭分選中的應(yīng)用[J].東北煤炭技術(shù)，1998（3）：48-52.