選煤廠中射流浮選柱設(shè)計(jì)及工藝試驗(yàn)研究

張建國(guó)

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)正新煤焦有限責(zé)任公司和善煤礦， 山西 沁源 046500）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)對(duì)煤炭資源的需求量逐年增加，選煤工作任務(wù)日益繁重[1]。近年來，洗煤過程中發(fā)現(xiàn)原煤所含的高灰細(xì)泥較多，增加了選煤的難度，同時(shí)給選煤設(shè)備的性能提出了更高的要求[2]。浮選柱作為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、選煤效率較高的浮選設(shè)備，適合于分選原煤與細(xì)?；蛭⒓?xì)粒，現(xiàn)已取得了較為廣泛的應(yīng)用[3-4]。

隨著入浮煤泥粒度進(jìn)一步變細(xì)，出現(xiàn)了傳統(tǒng)浮選柱選煤效果變差的情況，使得浮選精煤回收率降低，不能適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)需求[5-6]。因此結(jié)合某選煤廠對(duì)于高效率浮選柱的需求，開展射流浮選柱設(shè)計(jì)及工藝試驗(yàn)研究工作。

1 常見浮選柱概述

浮選柱作為選煤廠主要的選煤設(shè)備，具有處理量大、富集比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行節(jié)能高效等優(yōu)勢(shì)，特別適用于原煤和細(xì)?；蛭⒓?xì)粒的分選，具有很好的分選效果。常用的浮選柱包括Jameson 浮選柱、旋流微泡浮選柱、KYZ 型浮選柱、CPT 浮選柱、CFF浮選柱、充填式浮選柱、新型不停產(chǎn)可換充氣器浮選柱、Leeds 浮選柱、Flotaire 浮選柱、電解浮選柱和磁浮選柱等。不同形式浮選柱的浮選原理存在一定的差異，但均將各自的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到了極致，在各自的領(lǐng)域取得了很好的應(yīng)用效果。為了適應(yīng)選煤廠對(duì)高產(chǎn)高效浮選柱的需求，急需研制更加先進(jìn)可靠的浮選柱設(shè)備。

2 射流浮選柱設(shè)計(jì)

2.1 浮選柱結(jié)構(gòu)

浮選柱主體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主體采用厚度5 mm的不銹鋼制備，其高度尺寸為1 800 mm，浮選柱內(nèi)部桶徑為150 mm，循環(huán)煤漿出口位置距離浮選柱的底部高度為320 mm，出口口徑為25 mm，浮選之后的雜質(zhì)出口設(shè)置在浮選柱的底部，出口口徑為25 mm。待浮選煤漿經(jīng)導(dǎo)管從浮選柱的頂端進(jìn)入浮選柱，導(dǎo)管的長(zhǎng)度尺寸為900 mm，配置四個(gè)垂直分布的分散口，口徑大小為60 mm。精煤溢流槽的孔徑大小為350 mm。

圖1 浮選柱主體結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 射流氣泡發(fā)生器

射流浮選柱使用的是射流氣泡發(fā)生器，其具體結(jié)構(gòu)及組成如下頁圖2 所示。氣泡發(fā)生器的噴嘴孔徑為5 mm，噴嘴的進(jìn)口長(zhǎng)度為25 mm，擴(kuò)散管與水平方向的夾角大小為4.5°，腔室的內(nèi)徑尺寸為45 mm，腔室長(zhǎng)度尺寸為50 mm。射流氣泡發(fā)生器作為射流浮選柱的核心部件，其制備過程中嚴(yán)格按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)完成。

圖2 射流氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 射流浮選柱系統(tǒng)

射流浮選柱的結(jié)構(gòu)組成如下頁圖3 所示，其工作原理如下：煤漿與藥劑在攪拌桶內(nèi)攪拌均勻，之后在給料泵的作用下進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，流經(jīng)流量計(jì)進(jìn)入射流氣泡發(fā)生器，與此同時(shí)，空氣被煤漿高度流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓吸入射流氣泡發(fā)生器中與煤漿液體混合在一起，在射流氣泡發(fā)生器的作用下產(chǎn)生大量空化氣泡，主要來自于液體對(duì)氣體的剪切和降壓作用?？栈瘹馀菖c循環(huán)煤漿混合射出即可實(shí)現(xiàn)原煤的預(yù)先礦化，之后經(jīng)下導(dǎo)管進(jìn)入浮選柱。煤漿在浮選柱中可以實(shí)現(xiàn)精煤的上浮，向下運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量較差的煤漿由循環(huán)泵再次打入循環(huán)系統(tǒng)，反復(fù)循環(huán)浮選，實(shí)現(xiàn)高效選煤。

圖3 射流浮選柱結(jié)構(gòu)

新型射流浮選柱具有如下優(yōu)點(diǎn)：第一是原煤漿經(jīng)過氣泡發(fā)生器可以實(shí)現(xiàn)原煤的預(yù)先礦化處理，提高后續(xù)單次浮選工作的效率；第二是浮選柱底部輸出的循環(huán)煤漿能夠再次進(jìn)入原煤漿進(jìn)行混合，之后進(jìn)入浮選柱進(jìn)行浮選；第三是浮選柱氣泡發(fā)生裝置采用的是帶腔室射流氣泡發(fā)生器，具有優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)的充氣性能；第四是給料設(shè)置浮選柱的頂端，經(jīng)下導(dǎo)管直接進(jìn)入浮選柱的底部，以此可以形成高度紊流環(huán)境，會(huì)使柱體上部泡沫層的厚度均勻穩(wěn)定。

3 射流浮選柱系統(tǒng)樣機(jī)制造

根據(jù)射流浮選柱結(jié)構(gòu)組成完成了部件的選型與設(shè)計(jì)，包括采購件、加工件、標(biāo)準(zhǔn)件等，完成各個(gè)組件采購制造之后進(jìn)入系統(tǒng)樣機(jī)的安裝調(diào)試。調(diào)試過程中主要涉及攪拌速度、流量計(jì)標(biāo)定、循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性、進(jìn)料/出料狀況等，要求達(dá)到浮選柱正常工作要求的參數(shù)范圍。

安裝調(diào)試完成的樣機(jī)如圖4 所示，其滿足最初的設(shè)計(jì)要求，具備開展工藝試驗(yàn)的條件。

圖4 射流浮選柱系統(tǒng)樣機(jī)

4 工藝試驗(yàn)

4.1 不同入料量對(duì)分選效果的影響

將射流浮選柱系統(tǒng)的入料量設(shè)置成唯一變量，分別設(shè)置為0.5 m3/h、0.7 m3/h、0.9 m3/h。固定其他參數(shù)，包括充氣量設(shè)置為0.8m3/h、循環(huán)流量設(shè)置為0.6m3/h、仲辛醇量設(shè)置為120 g/t，捕收劑使用煤油，其用量為900 g/t，煤漿的初始濃度為42 g/L。開啟射流浮選柱系統(tǒng)進(jìn)行煤炭浮選試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：入料量為0.5 m3/h 時(shí)，其精煤灰分為7.95%，精煤產(chǎn)率為10.02%，尾煤灰分為28.12%，尾煤產(chǎn)率為89.98%；入料量為0.7 m3/h 時(shí)，其精煤灰分為8.92%，精煤產(chǎn)率為12.65%，尾煤灰分為28.73%，尾煤產(chǎn)率為87.35%；入料量為0.9 m3/h 時(shí)，其精煤灰分為10.08%，精煤產(chǎn)率為12.66%，尾煤灰分為28.31%，尾煤產(chǎn)率為87.34%。由此可以看出，入料量由0.5 m3/h變化至0.7 m3/h 時(shí)，精煤灰分增加0.97%，精煤產(chǎn)率增加2.63%；而入料量由0.7 m3/h 變化至0.9 m3/h時(shí)，灰分增加了1.16%，精煤產(chǎn)率僅增加0.01%，變化趨勢(shì)不明顯。綜上所述，可以確定射流浮選柱系統(tǒng)最佳的入料量為0.7 m3/h。

4.2 不同循環(huán)流量對(duì)分選效果的影響

將射流浮選柱系統(tǒng)的循環(huán)流量設(shè)置成唯一變量，分別設(shè)置為0.5 m3/h、0.7 m3/h、0.9 m3/h。固定其他參數(shù)，包括充氣量設(shè)置為0.8m3/h、入料量設(shè)置為0.7m3/h、仲辛醇量設(shè)置為120 g/t，捕收劑使用煤油，其用量為900 g/t，煤漿的初始質(zhì)量濃度為42 g/L。開啟射流浮選柱系統(tǒng)進(jìn)行煤炭浮選試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：循環(huán)流量為0.5 m3/h 時(shí)，其精煤灰分為9.52%，精煤產(chǎn)率為12.05%，尾煤灰分為28.08%，尾煤產(chǎn)率為87.95%；循環(huán)流量為0.7 m3/h 時(shí)，其精煤灰分為10.68%，精煤產(chǎn)率為34.26%，尾煤灰分為33.86%，尾煤產(chǎn)率為65.74%；循環(huán)流量為0.9 m3/h 時(shí)，其精煤灰分為16.85%，精煤產(chǎn)率為34.75%，尾煤灰分為30.56%，尾煤產(chǎn)率為65.25%。由此可以看出，循環(huán)流量由0.5 m3/h 變化至0.7 m3/h 時(shí)，精煤灰分增加1.16%，精煤產(chǎn)率增加22.21%；而入料量由0.7 m3/h 變化至0.9 m3/h 時(shí)，精煤灰分為16.85%，不符合選煤質(zhì)量要求。綜上所述，可以確定射流浮選柱系統(tǒng)最佳的循環(huán)流量為0.7 m3/h。

4.3 不同進(jìn)氣量對(duì)分選效果的影響

將射流浮選柱系統(tǒng)的進(jìn)氣量設(shè)置成唯一變量，分別設(shè)置為0.7 m3/h、0.9 m3/h、1.1 m3/h。固定其他參數(shù)，包括循環(huán)流量設(shè)置為0.7m3/h、入料量設(shè)置為0.7m3/h、仲辛醇量設(shè)置為120 g/t，捕收劑使用煤油，其用量為900 g/t，煤漿的初始質(zhì)量濃度為42 g/L。開啟射流浮選柱系統(tǒng)進(jìn)行煤炭浮選試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：進(jìn)氣量為0.7 m3/h 時(shí)，其精煤灰分為9.81%，精煤產(chǎn)率為24.56%，尾煤灰分為31.25%，尾煤產(chǎn)率為75.44%；進(jìn)氣量為0.9 m3/h 時(shí)，其精煤灰分為12.49%，精煤產(chǎn)率為35.47%，尾煤灰分為33.89%，尾煤產(chǎn)率為64.53%；進(jìn)氣量為1.1 m3/h 時(shí)，其精煤灰分為12.56%，精煤產(chǎn)率為50.34%，尾煤灰分為43.56%，尾煤產(chǎn)率為49.66%。由此可以看出，進(jìn)氣量為0.7 m3/h時(shí)，精煤灰分為9.81%，但是精煤產(chǎn)率僅為24.56%，產(chǎn)率較低；在進(jìn)氣量由0.7 m3/h 變化至1.1 m3/h 時(shí)，精煤灰分增加2.75%，精煤產(chǎn)率增加25.78%，增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。綜上所述，可以確定射流浮選柱系統(tǒng)最佳的進(jìn)氣量為1.1 m3/h。

4.4 不同仲辛醇量對(duì)分選效果的影響

將射流浮選柱系統(tǒng)的仲辛醇量設(shè)置成唯一變量，分別設(shè)置為80 g/t、100 g/t、120 g/t。固定其他參數(shù)，包括循環(huán)流量設(shè)置為0.7 m3/h、入料量設(shè)置為0.7 m3/h、進(jìn)氣量設(shè)置為1.1 m3/h，捕收劑使用煤油，其用量為900 g/t，煤漿的初始質(zhì)量濃度為42 g/L。開啟射流浮選柱系統(tǒng)進(jìn)行煤炭浮選試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：仲辛醇量為80 g/t 時(shí)，其精煤灰分為11.54%，精煤產(chǎn)率為50.12%，尾煤灰分為40.21%，尾煤產(chǎn)率為49.88%；仲辛醇量為100 g/t 時(shí)，其精煤灰分為12.89%，精煤產(chǎn)率為61.23%，尾煤灰分為45.86%，尾煤產(chǎn)率為38.77%；仲辛醇量為120 g/t 時(shí)，其精煤灰分為15.23%，精煤產(chǎn)率為68.54%，尾煤灰分為45.56%，尾煤產(chǎn)率為31.46%。由此可以看出，仲辛醇量由80 g/t 變化至100 g/t 時(shí)，精煤灰分增加1.35%，精煤產(chǎn)率增加11.11%；仲辛醇量為120 g/t 時(shí)，精煤灰分為15.23%，不符合選煤質(zhì)量要求。綜上所述，可以確定射流浮選柱系統(tǒng)最佳的循環(huán)流量為100 g/t。

5 應(yīng)用效果

通過工藝試驗(yàn)確定了新型射流浮選柱系統(tǒng)的最佳工藝參數(shù)：入料量為0.7 m3/h，循環(huán)流量為0.7 m3/h，進(jìn)氣量為1.1 m3/h，仲辛醇量為100 g/t。將該系統(tǒng)應(yīng)用于某選煤廠，將其設(shè)置為最佳工藝參數(shù)，進(jìn)行選煤作業(yè)。結(jié)果表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，能夠滿足選煤廠產(chǎn)量和質(zhì)量需求，統(tǒng)計(jì)得出選煤廠的產(chǎn)量提高了近15%，精煤質(zhì)量能夠100%保證，選煤設(shè)備利用率提升近18%，降低了相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作量和成本。新型射流浮選柱系統(tǒng)應(yīng)用，預(yù)計(jì)能夠?yàn)檫x煤廠新增經(jīng)濟(jì)效益200 萬元/年。