影響浮選機浮選效果的操作因素分析

李紅旗，張 鵬

(1.中煤科工集團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研究中心，河北 唐山 063012)

影響浮選機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研究中心，河北 唐山 063012)

為適應浮選作業(yè)的復雜性，確保浮選機持續(xù)、穩(wěn)定地工作，對影響浮選效果的三個操作因素—充氣量、藥劑制度、入料濃度進行研究，為操作者根據生產情況和快速檢查結果等，有針對性地對其進行及時、恰當地調整提供理論依據。

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)，對實現洗水閉路循環(huán)、合理利用礦產資源起著重要作用[1-2]。隨著采煤機械化程度的提高和煤質的不斷惡化，入選原煤中的煤泥含量越來越多，煤泥的可浮性越來越差，浮選作業(yè)的負擔越來越重[3-5]。

煤泥浮選是一個復雜的工藝過程，眾多因素相互影響，相互制約。為適應浮選作業(yè)的復雜性，使浮選機能夠持續(xù)、穩(wěn)定地工作，浮選司機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，還要熟知浮選機的結構、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充氣量、藥劑制度、入料濃度等操作因素對浮選效果的影響狀況，并做到運用以上知識有針對性地處理問題，避免工作的盲目性。

1 充氣量對浮選效果的影響

煤泥浮選過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，從而實現煤與矸石的分離[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，氣泡數量增多，浮選速度加快，浮選機處理量增大。如果充氣速率過大，浮選室液面容易翻花，進而無法形成穩(wěn)定的泡沫層，致使精煤灰分升高；如果充氣速率過小，浮選室氣泡數量不足，浮選速度減慢，浮選機處理能力下降，導致煤粒不能及時浮出而流失于尾礦中，進而出現尾礦跑煤的問題。所以，浮選作業(yè)過程中，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、設備參數下，采用實驗室XFD-12型浮選機進行單元浮選試驗，考察浮選速度、精煤產率、精煤灰分、浮選效率與充氣速率的關系[8]，結果如圖1、圖2所示。

圖1 浮選速度和精煤產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：當充氣速率從0.54 m3/(m2·min)增大至0.80 m3/(m2·min)時，浮選速度明顯增大，精煤產率顯著增加；繼續(xù)增大充氣速率，浮選速度出現下降趨勢，精煤產率無明顯增加，這說明過高的充氣速率不利于浮選速度的提高，也不能使精煤產率增大。

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，當充氣速率由0.54 m3/(m2·min)增大至0.80 m3/(m2·min)時，精煤灰分明顯增大；繼續(xù)增大充氣速率至1.06 m3/(m2·min)時，精煤灰分略有增加。當充氣速率從0.54 m3/(m2·min)增大至1.06 m3/(m2·min)時，浮選效率呈下降趨勢，即浮選選擇性變差，說明過高的充氣速率會使浮選效率明顯下降，浮選效果變差。

2 藥劑制度對浮選效果的影響

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于保證浮選精煤產品質量，提高浮選精煤可燃體回收率有著至關重要的意義。

2.1 加藥方式的影響

加藥方式分為單點加藥、多點加藥兩種，實際生產過程中，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)單點加藥，即將浮選藥劑全部添加在礦漿預處理設備內。采用單點加藥方式時，浮選初期礦漿中藥劑濃度較高，由于細顆粒的比表面積大，吸附藥劑多，粗顆粒的比表面積小，吸附藥劑少，大量細粒、極細粒煤優(yōu)先上浮，且浮選速度快，泡沫量大，細泥夾帶多，導致浮選選擇性差，泡沫層的二次富集作用被削弱，進而造成精煤灰分偏高且質量不合格。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，致使精煤產率下降，精煤、尾煤產品指標均難以保證。一般情況下，對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的處理量，可考慮采用單點加藥方式。

(2)多點加藥(虧量加藥)，即將浮選藥劑按一定比例分段添加在礦漿預處理設備和浮選機特定的浮選室內，多點加藥方式適用于較難浮選的煤泥。一般在礦漿預處理設備內加入藥劑總量的70%左右，其余藥劑加在浮選機特定的浮選室內。多點加藥在一定程度上能增強浮選選擇性，但加藥點不宜過多，一般以三個為宜。因為加藥點越多，各點加藥量就越少，計量越不準確。

多點加藥的優(yōu)點在于：由于藥劑在礦漿預處理設備內的添加量減少，處于虧量狀態(tài)，抑制了細粒、極細粒煤的浮選速度[9]，浮選時間延長，細泥夾帶對精煤造成的污染減輕，精煤灰分降低，產品質量得到保證。在浮選機浮選過程中逐步添加藥劑，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?，保持浮選機浮選室的藥劑濃度適中，既有利于減輕細泥對精煤的污染，又能保證難浮煤的產率和產品質量。

2.2 藥劑用量的影響

藥劑用量過大或過小時，浮選中出現的情況不同，操作者應根據浮選機的泡沫層狀態(tài)、尾煤情況及快速檢查的精煤灰分、尾煤灰分來判斷藥劑用量是否合適。

當藥劑用量過小時，尾煤水呈黑色，浮選機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。

當起泡劑用量過大時，各室會出現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，手上無殘余煤粒；這些泡沫有時發(fā)粘，刮入泡沫收集槽后不易消除且流動性差，甚至會從精礦槽中冒出。當浮選入料中細泥含量高或起泡劑分子的碳原子數多時，這種現象尤為突出。

當捕收劑用量過大時，浮選室會產生許多致密如蠶豆般的小亮泡，且泡上附有油滴[10]，泡沫層流動性很差。此時，尾煤水呈灰白色或黃褐色，并夾帶堅韌、不易破滅的氣泡。

3 入料濃度對浮選效果的影響

3.1 入料濃度對浮選精煤數質量的影響

浮選精煤的數質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。適當提高入料濃度，可節(jié)省浮選藥劑，增加精煤產率和尾煤灰分，但入料濃度超過120 g/ L時，精煤灰分容易升高，為保證精煤質量而減少藥劑用量，就會造成精煤產率和尾煤灰分同時下降的不良后果；適當降低入料濃度，能起到提高細粒煤選擇性，降低精煤灰分的效果，但入料濃度低于60 g/L時，浮選機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，高灰細泥濃度勢必增大，就會出現精煤灰分升高，尾煤灰分降低的現象[11]。這是因為低灰粗粒煤表面被高灰細泥覆蓋，疏水性降低，流失于尾煤中。但細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到消除或緩解細泥造成的負面影響[12]。通常對于高灰細泥含量較高的浮選入料來說，降低入料濃度是保證精煤灰分，提高精煤產率的必要措施。一般來說，對于易浮煤泥，可采用較高濃度浮選；而對于可浮性較差或細泥含量較多的煤泥，應適當降低入料濃度[13-15]。

3.2 入料濃度對浮選速度的影響

在浮選機葉輪線速度為10 m/s、充氣速率為0.8 m3/(m2·min)的條件下，采用實驗室XFD-12型浮選機進行浮選試驗，考察不同入料濃度與浮選速度的關系，結果如圖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，過低的入料濃度會使浮選速度變慢，浮選時間延長，精煤產率下降，也會導致藥劑用量增大，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，在入料濃度適宜的情況下，泡沫層的厚度從浮選機第一室向后逐漸變薄。第一、二室的泡沫層厚實，且致密、穩(wěn)定，氣泡大小均勻，具有良好的流動性；第三室能看到個別大小如蠶豆、表面發(fā)亮的氣泡，用手搓捻時有顆粒感，這是粗煤粒被浮起的原因，這些泡沫被刮入泡沫收集槽時有清脆的響聲；第四室氣泡較大，尺寸大小如鵝蛋，泡沫流動性差。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，用手搓捻時顆粒感不明顯，且泡沫上只附有少量細泥，說明尾煤中幾乎沒有跑煤。

入料濃度過高時，泡沫發(fā)粘發(fā)稠，尾煤水呈黑色且夾帶泡沫，說明尾煤中跑煤嚴重。此時即使增加藥劑用量，浮選機最后一室仍可刮出大量精礦，且泡沫落入精礦槽時沒有清脆的響聲。

入料濃度過低時，應根據其粒度組成區(qū)別處理。當入料粒度組成偏細時，浮選機前兩室有較均勻且形如鵝卵石般的粘稠泡沫，泡沫層沒有粗糙感，流動性差，刮入精礦槽時沒有清脆的響聲；浮選機后兩室有翻花現象，泡沫層很難覆蓋住液面，尾煤中沒有跑煤。當入料粒度組成均勻時，前兩室泡沫層薄，泡沫不發(fā)黏，流動性較好，刮入精礦槽時能聽到明顯的清脆響聲；浮選機后兩室泡沫發(fā)虛，泡沫層覆蓋不住液面，尾煤中無跑煤。

4 結語

煤泥的浮選效果受多種因素影響，浮選產品指標不但與工藝條件、浮選機運行狀況有關，而且與操作者的技術水平、操作經驗等有關，且操作者的技術水平、操作經驗更為重要。這就需要操作者依據入選原煤的煤質變化、生產的波動性、快速檢查結果，并結合觀察到的現象及時、準確地調整操作參數，使浮選操作條件盡快地適應各方面的變化，確保浮選機在最佳工況下運行，避免產品指標出現不必要的波動，進而保證生產持續(xù)、穩(wěn)定、高效地進行。

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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，從事浮選設備的研究、開發(fā)與推廣工作。

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