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1、煤泥浮选工艺技术特点和设备发展概况*（中煤张家口煤矿机械有限责任公司，河北 张家口 075000）摘要：煤泥浮选是目前公认的用于细粒煤泥脱硫降灰最经济、最有效的分选技术和方法之一，也是选煤厂取得最佳经济效益、社会效益和环境效益的有效技术途径。浮选是煤泥性质、浮选设备工作性能、浮选药剂、工艺流程等诸多因素的综合过程。本文对浮选前煤泥调浆技术、浮选设备及工艺流程进行了系统的综述，并以南梁选煤厂煤泥浮选经济效益为例，说明了浮选技术在洗煤行业未来发展中的重要性。关键词：煤泥浮选；工艺；设备；经济效益中途分类号：TD943 文献标志码：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 benefit0 概述浮游选煤是处理细粒级煤（0.5mm）最有效的途径之一，同时也是选煤厂煤泥水处理的核心。近年来，国家对环境治理不断深入，对选煤厂的管理要求也越来越高，各个选煤厂在节能减排、降本增效的同时，也加大了煤泥处理的力度。目前选煤能力的统计表明，浮选在入选原煤总量中占到了10%以上。煤泥浮选是在多因素作用下的
6、综合过程，是在固液气三相中完成的一个极其复杂的物理化学过程，因此入浮煤泥的性质、浮选设备的性能、浮选工艺流程等都是影响浮选效果的重要因素。近年来，浮选技术随着计算机技术的发展、工艺检测技术的提高获得了长足的发展。但相对于重力分选方法的发展，浮选技术依然进度缓慢，在工业实践中出现的问题也比较突出。本文对浮选前煤泥调浆技术、浮选设备及工艺流程进行了系统的综述，为今后选煤厂建设及设备工艺改进提供了一定的的参考价值。1 煤泥调浆技术发展及设备煤泥调浆预处理是细粒煤泥浮选的基本前提，其作用是通过药剂、机械力、非机械力及其组合，将乳化药剂超细分散，并使煤粒表面活性化，以此来提高捕收剂与煤粒有效吸附概率，调
7、浆处理效果的好坏直接影响浮选工艺的整体效果。调浆处理的方式主要有叶轮搅拌式、喷射式、雾化式、管道混合式等，其中以叶轮搅拌式为主，具有代表性的设备主要是煤炭表面改质机。煤炭表面改质机实际上应用的是一种高剪切强度物理调浆技术。其原理是：通过均匀搅拌，使矿浆在叶片高速转动形成的剪切力场下充分矿化，同时煤粒体相性质发生改变，更具亲油性，进而提高煤的可浮性，稳定精煤产量。国内研究人员从矿浆分散、药剂乳化、矿浆与药剂接触到矿物表面改性，以及磁、电、声、温等外加力场在调浆作业中的应用等方面，进行了大量研究1-2。熊彦权等3通过研究磁化处理对浮选矿浆含氧量、pH、表面Zeta电位和润湿热的等性质的影响,证明磁
8、化处理能引起浮选矿浆含氧量、pH值、表面Zeta电位和润湿热的变化。赵磊4对高剪切条件下搅拌桶内流场进行了Fluent模拟及PIV测试，指出高剪切调浆可以在不增加额外浮选药剂用量的情况下，获得更好的浮选效果。目前，国内煤泥调浆预处理大多采用结构简单的单级搅拌桶或矿浆预处理器，将矿浆与浮选药剂进行简单的宏观搅拌混合，远未达到改善煤泥可浮性的目的。针对单级搅拌桶的不足，近年来多层搅拌逐渐引起重视，其相关研究也逐渐增多。苗一等5研究了多层浆搅拌槽内的宏观混合特效，结果表明，对于液体混合过程，采用多层轴流式浆要比多层径向流浆的混合效率高。胡锡文等6在375mm的搅拌釜内，对8种搅拌器进行了试验，对搅拌
9、器浆型、转速及密度等操作因素对搅拌功率和搅拌时间的影响进行了分析。图1为中煤张家口洗选工程技术有限责任公司研制的GBZ-2700多层搅拌矿浆表面改质机。其特点是：改质机采用多段卧式布置（2.1m6室，2次流隔板），并采用后掠式挠性特殊叶片，保证了很高的剪切力和高频机械效应。煤浆中不同物料颗粒在强大的剪切动能下，瞬间产生数十万次碰撞、摩擦、剪切等综合作用，使几乎所有的煤颗粒（接近100%）得到有效的改质均质作用，因而浮选精煤回收率可提高5%8%以上，并且加快了浮选速度。以入选原煤25万t/a，入浮煤泥占原煤量10%计，经表面改质机处理过后，每年浮选精煤可提高1.252万t，经济增效显著。图1 G
10、BZ-2700多层搅拌矿浆表面改质机2 浮选技术及设备发展泡沫浮选法是目前广泛应用的细粒煤分选技术，利用煤与矸石间表面物理化学性质上的差异进行分选，即煤粒因自身表面的疏水特性或经浮选药剂作用后获得的疏水（亲气或油）特性，可在液气或水油界面发生聚集。近年来，泡沫浮选技术在工业应用与科学研究中，取得了许多进展。王怀法7在国内外先进浮选柱的技术基础上，介绍了一种两段充气微泡浮选柱的设计思想及结构特点，将高气溶矿化、射流浮选及涡流立场强化浮选技术有机地融为一体，将优先浮选技术纳入浮选柱分选体系，强化了难浮颗粒的回收，有利于精矿回收率的提高。程宏志8-9提出了一种振荡浮选原理，利用设置在浮选机分离区的振
11、荡分离器减轻浮选泡沫的非选择性挟带，结果表明，振荡浮选能够明显改善浮选效果，可使浮选精煤灰分降低1.4个百分点。王泽南等10概述了FCMC系列浮选柱的工作原理及应用状况，并针对在工业应用中出现的众多问题入料粒度、煤浆量及浓度、药剂制度、浮选柱充气量和循环泵的工作压力等因素,进行了详细地分析,并提出了相应调整对策,2.1 浮选机1）机械搅拌式浮选机。目前机械搅拌式浮选机是国内广泛应用的机型。该类浮选机在其核心机构搅拌机构的作用下，完成充气气泡和煤浆混合。代表性的有XJX型、XJN型、XJM型等浮选机型，以XJM-S型浮选机为例，该机型是我国自行研制成功的浮选机，采用矩形槽体、双层伞型叶轮、自吸式
12、的吸气方式、“假底底吸，周边串料”的混合入料方式。叶轮上、下循环量均可调节，以适应不同可浮性煤泥。浮选机工作时，在叶轮旋转所产生的离心力作用下充满定子叶轮内的矿浆被甩出，同时叶轮内产生负压，经套筒和空心轴吸入空气和药剂，大部分前室入料通过假底中心吸料管进入叶轮。图2 XJM-S型浮选机示意图XJM-S型浮选机示意图如图2所示。图3 旋流微泡浮选柱示意图2）充气式浮选机。充气式浮选机与机械搅拌式浮选机相比没有传动部件，也没有机械搅拌器，煤浆的充气靠空气压缩机由外部压入空气。其中浮选柱为充气式浮选机代表。旋流微泡浮选柱如图3所示。该设备主体结构包括浮选段、旋流段和管流矿化段三部分。浮选段利用逆流碰
13、撞矿化浮选原理，在低紊流的静态分选环境中实现矿物的分离，主要作用时粗选和精选；旋流段是实现按密度的重力分选和在旋流立场下的旋流浮选，主要作用是扫选浮选段中矿，回收未被气泡矿化的精煤颗粒，以提高精煤产率；管流矿化段是将气体压入入并粉碎成微泡，形成循环中矿的气液固三相体系。3）喷射式浮选机喷射式浮选机无机械搅拌装置。以射流微泡浮选机为例，如图4所示，其工作原理是，煤浆以1520m/s的高速从喷嘴喷出，使混合室内形成负压，这时空气经吸气管进入矿化管，经喷射流的“卷裹”和“切割乳化”空气被粉碎成小气泡，并与煤浆充分接触、碰撞，使煤浆高效图4 射流微泡浮选机示意图矿化，当煤浆到达底部反射头时，桶内压力基
14、本为零。由于煤浆处于负压区内，溶解于煤浆中的空气即成过饱和状态而已微泡形式迅速析出、增大，带着煤粒上浮至浮选桶表面沿周边溢出精矿到收集槽，尾矿则从底部通过U形管进入尾矿箱排出，从而完成整个浮选过程。上述浮选设备在国内选煤厂都有广泛的应用，其中单纯的机械搅拌式浮选机正逐步被充气式和喷射式浮选机所取代。随着选煤技术的发展和选煤厂生产的需求，浮选设备正加快向大型化、高效化发展的脚步。2.2 煤泥浮选工艺技术针对入浮作业前不同的煤泥水组分、浮选设备性能以及对最终产品的要求，各选煤厂所采用的浮选工艺也多种多样。当前我国选煤厂主要采用以下三种典型浮选工艺流程。1）一次浮选工艺。煤泥水直接进入单槽或并列的多
15、槽浮选机分选，分选出精煤、精中煤、尾煤三种产品。当煤泥可浮性属于极易浮或易浮时，即可采用一次浮选工艺。当煤泥属于中等可浮时，需要查看药剂制度试验结果，进一步确定是否采用此工艺。如果浮选出的精煤灰分基本符合最终精煤产品要求时（一般不超过1%）时可采用。一次浮选工艺流程如图5所示。图5 一次浮选工艺2）二次浮选工艺。即一次浮选的精煤泡沫直接串联进入精选浮选机再次进行浮选，进一步降低精煤灰分。当煤泥属于中等可浮，当采用一次浮选工艺精煤产品灰分较高时，可根据浮选速度试验结果，如果前2min刮出的精煤灰分符合产品要求时，可采用部分二次浮选工艺；当煤泥可浮性属于难浮和极难浮时，依据选煤实验室分步释放浮选试
16、验方法（MT/T144-1997），查看分步释放试验结果。如果“产物4”的平均灰分符合产品要求，应选用全部二次浮选工艺。二次浮选工艺较一次浮选工艺适用范围广，浮选精度高，但该工艺将一次浮选精煤再次进行精选，必然会导致大量合格的精煤进行重复分选，增加了浮选药剂用量、电力消耗量等浮选成本。二次浮选工艺流程如图6所示。图6 二次浮选工艺3）二次尾矿或中矿返回浮选。该工艺仅适用于多台单槽浮选机的选煤厂。我国吕梁山煤电公司选煤厂曾应用3台WPF型喷射浮选机采用二次尾矿或中矿返回浮选工艺。工艺流程如图7所示。图7二次尾矿或中矿返回浮选工艺3 南梁煤矿选煤厂煤泥浮选技术方案和预期经济效益南梁煤矿选煤厂设计年
17、处理能力3.0Mt/a，2013年全年实际入选原煤2.5Mt。其中的煤泥（细煤泥）产率约占入选原煤的9%-10%，年干基产量超过20万吨。煤泥灰分高、水分高、发热量低，且煤泥粘滞，难以均衡配掺于精煤产品内销售。目前南梁煤矿选煤厂处理煤泥的办法是将煤泥落地晾晒后销售给当地电厂，售价约10元/t（水分约20%）；冬季时煤泥滤饼结冰，无法晾晒，电厂亦不接受。煤泥晾晒过程中，遇水流失，遇风飞扬，污染了矿区环境，不利于文明生产。且低廉的售价影响了企业经济效益的发挥。通过中国矿业大学针对南梁选煤厂的煤泥进行的一系列浮选提质实验证明该煤泥具有较高的浮选利用价值。对选煤厂进行工业化改造，加入煤泥浮选系统，采用
18、全粒级直接浮选工艺流程，设备选用2700矿浆表面改质机、FCSMC-4500旋流-静态微泡浮选柱。设备投入生产后，煤泥分选产品数质量平衡表如表3-1所示。表3-1 煤泥分选产品数质量平衡表项 目r/%Q/(万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大卡末煤售价240元/t，浮选精煤发热量按5000大卡计算，折算售价218元/t，按210元/t计。浮选尾煤泥价格为0。现不浮选煤泥晾晒后（水分约20%左右）销售给电厂的价格为10元/t，折算干基售价12.5元/t，按15元/t
19、计算。据此可以计算煤泥浮选的销售收入如表3-2。煤泥浮选后选煤厂年销售收入增加了2261万元，经济效益显著。表3-2 煤泥销售收入对比结果序号项目煤泥售价/（元/t）产量/（万吨/年）销售收入/(万元/年)1现压滤煤泥1522.50337.502浮选精煤21012.382598.753压滤煤泥010.1204增加销售收入2261.254 结语1）随着煤矿资源的枯竭和煤炭行业采煤机械化技术的发展，原煤质量逐渐变差，而细粒和超细粒煤泥在原煤中所占比例逐年增加。同时，国家加大环保力度，以及企业为了进一步提高经济效益，煤泥分选设备与工艺的研究和应用越来越重要。2）浮选前煤泥调浆对精煤品质和回收率都有很
20、大影响，多层搅拌矿浆预处理技术有广阔的应用前景。3）煤泥浮选工艺多样，设备种类繁多，选煤厂应根据煤泥可浮性进行针对性的设计和改造，制定可行性工艺，合理选择浮选设备，并与浮选精煤脱水工艺与设备密切结合，提高精煤回收率和脱硫降灰的效果，增加企业效益。参考文献：1 史英祥, 程宏志. 利用超声波强化煤泥浮选效果的研究J. 选煤技术, 2007, (2):8-10.2 马力强, 陈清如. 煤泥调浆技术与设备的研究现状及进展J. 煤炭科学技术, 2011, 39(4):11-16.3 熊彦权, 张希梅, 胡炳双. 煤泥磁化浮选机理的研究J. 应用能源技术, 2004, (4):12-14.4 赵磊. 高
21、剪切调浆煤泥浮选试验研究及机理分析D. 太原理工大学. 2013,57-60.5 苗一, 潘家祯, 牛国瑞,等. 多层桨搅拌槽内的宏观混合特性J. 华东理工大学学报：自然科学版, 2006, 32(3):357-360.6 胡锡文, 林兴华, 刘海洋,等. 8种搅拌器搅拌特性的实验研究J. 化工机械, 2005, 32(5):259-262.7 王怀法. 两段充气式微泡浮选柱的设计思想与工业应用C. 2005年全国选煤学术会议论文集, 2005.8 程宏志. 振荡分离高选择性浮选的研究J. 煤炭科学技术, 2005, 33(1):53-55.9 程宏志. 振荡浮选原理及分选效果C. 第十届全国煤炭分选及加工学术研讨会, 2004.10 王泽南, 谢广元, 张悦秋. FCMC系列浮选柱实践应用分析J. 煤炭科学技术, 2005, 33(8):69-72.作者简介：
