煤泥浮選技術(shù)發(fā)展概況

煤泥浮選技術(shù)發(fā)展概況

董立周;劉繼紅;王俊濤;李芳

【摘 要】煤泥浮選是目前公認(rèn)的用于細(xì)煤泥脫硫降灰最經(jīng)濟(jì)、最有效的分選技術(shù)

之一,也是選煤廠取得最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、環(huán)境效益的有效技術(shù)途徑.入浮煤

泥性質(zhì)、浮選設(shè)備性能、浮選工藝流程、浮選藥劑制度等因素對(duì)浮選效果均有重要

影響,文章就浮選前的煤泥調(diào)漿技術(shù)、浮選設(shè)備、浮選工藝發(fā)展概況進(jìn)行評(píng)述,并以

南梁選煤廠煤泥浮選經(jīng)濟(jì)效益為例,說(shuō)明浮選技術(shù)在選煤行業(yè)未來(lái)發(fā)展中的重要作

用.

【期刊名稱】《選煤技術(shù)》

【年(卷),期】2015(000)005

【總頁(yè)數(shù)】5頁(yè)(P96-100)

【關(guān)鍵詞】煤泥;浮選;工藝;設(shè)備;經(jīng)濟(jì)效益

【作 者】董立周;劉繼紅;王俊濤;李芳

【作者單位】中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司,河北張家口075000;中煤張家口

煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司,河北張家口075000;中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司,河

北張家口075000;中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司,河北張家口075000

【正文語(yǔ)種】中 文

【中圖分類】TD943

浮選是處理細(xì)煤泥(<0.5 mm粒級(jí))最有效的途徑之一，同時(shí)也是選煤廠煤泥水處

理的核心。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)環(huán)境治理力度不斷加大，對(duì)選煤廠的管理要求也越來(lái)越

高，各個(gè)選煤廠在節(jié)能減排、降本增效的同時(shí)，也加大了對(duì)煤泥處理的力度。目前

我國(guó)的選煤能力統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，浮選物料量占入選原煤總量的10%以上。

煤泥浮選是在多因素綜合作用下的分選過程，是在固-液-氣三相中完成的一個(gè)極其

復(fù)雜的物理化學(xué)過程，入浮煤泥性質(zhì)、浮選設(shè)備性能、浮選工藝流程、浮選藥劑制

度等因素都會(huì)對(duì)浮選效果產(chǎn)生重要影響。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及檢測(cè)技

術(shù)的提高，浮選技術(shù)獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步。文章對(duì)浮選前的煤泥調(diào)漿技術(shù)、浮選設(shè)備、

浮選工藝發(fā)展概況進(jìn)行了較系統(tǒng)的評(píng)述，可為今后選煤廠的建設(shè)和浮選設(shè)備、浮選

工藝的改進(jìn)提供一定參考。

調(diào)漿是細(xì)煤泥浮選的基本前提，其作用是通過藥劑、機(jī)械力、非機(jī)械力及其組合，

將乳化藥劑細(xì)化、分散，并使煤粒表面活化，以提高捕收劑與煤粒的有效吸附概率，

因此，調(diào)漿效果的好壞直接影響浮選工藝的整體效果。調(diào)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。其工作原理是

通過均勻攪拌，使礦漿在葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)形成的剪切力場(chǎng)下充分礦化，同時(shí)使煤粒體

相性質(zhì)發(fā)生改變，更具親油性，進(jìn)而提高其可浮性，保證浮選精煤產(chǎn)率穩(wěn)定。

國(guó)內(nèi)研究人員從礦漿分散、藥劑乳化、礦漿與藥劑接觸、礦物表面改性以及磁、電、

聲、溫等方面，對(duì)煤泥調(diào)漿效果進(jìn)行了大量研究[1-2]。鄭光軍等[3]對(duì)磁化處理后

的煤、黃鐵礦、煤矸石三種單礦物在不同介質(zhì)中的含氧量、PH值、表面電位、表

面濕潤(rùn)性變化進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)磁化處理能夠提高煤粒的可浮性。馬力強(qiáng)等[4]

研究了調(diào)漿剪切強(qiáng)度對(duì)煤泥浮選效果的影響規(guī)律，結(jié)果表明：經(jīng)高效調(diào)漿機(jī)處理后，

浮選精煤可燃體回收率可提高9.63個(gè)百分點(diǎn)。苗一等[5]研究了多層漿在攪拌槽內(nèi)

的宏觀混合特效，認(rèn)為在液體混合過程中多層軸流式漿比多層徑向流漿的混合效率

高。胡錫文等[6]在直徑小于375 mm的攪拌釜內(nèi)，采用八種攪拌器進(jìn)行攪拌試驗(yàn)，

并就攪拌器的槳型、轉(zhuǎn)速、密度等操作因素對(duì)攪拌功率和攪拌時(shí)間的影響進(jìn)行了分

析。

GBZ-2700多層攪拌礦漿表面改質(zhì)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該改質(zhì)機(jī)采用多段

臥式布置，并選用后掠式撓性特殊葉片，能夠提供很高的剪切力和高頻機(jī)械效應(yīng)。

煤漿中的不同顆粒在強(qiáng)大的剪切動(dòng)能下，瞬間產(chǎn)生數(shù)十萬(wàn)次的碰撞、摩擦、剪切等

綜合作用，幾乎可使全部煤粒得到有效改質(zhì)，即均質(zhì)作用明顯，因而可使浮選精煤

產(chǎn)率提高5～8個(gè)百分點(diǎn)，且浮選速度更快。以處理能力為2.50 Mt/a的選煤廠為

例，在入浮煤泥量占原煤總量10%的情況下，煤泥經(jīng)表面改質(zhì)機(jī)處理過后，浮選

精煤量每年可提高1.25～2.00萬(wàn)t，精煤產(chǎn)量顯著提高。

泡沫浮選是目前廣泛應(yīng)用的細(xì)煤泥分選技術(shù)，通過煤與矸石表面的物理化學(xué)性質(zhì)差

異進(jìn)行分選。煤粒因自身表面的疏水特性或經(jīng)浮選藥劑作用后獲得疏水特性，進(jìn)而

在液-氣或水-油界面發(fā)生聚集；而矸石的親水能力較強(qiáng)，下沉后成為尾礦。

近年來(lái)，泡沫浮選技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用與科學(xué)研究中取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。王懷法[7]介紹

了兩段充氣微泡浮選柱的設(shè)計(jì)思想與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將高氣溶射流礦化浮選技術(shù)和渦流

力場(chǎng)強(qiáng)化浮選技術(shù)有機(jī)地融為一體，并將優(yōu)先浮選技術(shù)納入浮選柱分選體系。程宏

志[8-9]提出了振蕩浮選原理，即利用設(shè)置在浮選機(jī)分離區(qū)的振蕩分離器來(lái)降低浮

選泡沫的非選擇性挾帶，研究結(jié)果表明：振蕩浮選能夠明顯改善浮選效果，可使浮

選精煤灰分下降1.40個(gè)百分點(diǎn)。梁龍等[10]將細(xì)煤泥按密度分組，通過試驗(yàn)研究

了不同密度級(jí)細(xì)煤泥對(duì)粗煤泥浮選的促進(jìn)與抑制程度。李彥君等[11]研究了近年來(lái)

國(guó)內(nèi)外使用的煤泥浮選藥劑，并對(duì)煤用浮選藥劑的未來(lái)發(fā)展提出了建議。史英祥等

[12]闡述了以煤泥可浮性試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，合理選擇和制定浮選工藝的思路和方法。

牛勇等[13]闡述了難浮煤泥的特點(diǎn)及改善浮選效果的主要方法，并通過試驗(yàn)證明分

支浮選可在滿足精煤灰分的要求下，提高浮選精煤產(chǎn)率。

(1)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)。目前，機(jī)械攪拌式浮選機(jī)是國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的浮選機(jī)，包括

XJX型、XJN型、XJM型等。該類浮選機(jī)在其核心機(jī)構(gòu)——攪拌機(jī)構(gòu)的作用下，

完成充氣、氣泡彌散與礦化。以XJM-S型浮選機(jī)為例，其選用矩形槽體和雙層傘

型葉輪，通過自吸空氣、“假底底吸，周邊串料”的方式給料，且葉輪上下循環(huán)量

均可調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)不同可浮性煤泥的浮選要求。浮選機(jī)工作時(shí)，在葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生

的離心力作用下，充滿定子葉輪的煤漿被甩出，同時(shí)在其內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，空氣和藥

劑經(jīng)套筒進(jìn)入其中，而大部分前室入料通過假底中心吸料管進(jìn)入葉輪。XJM-S型

浮選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

(2)浮選柱。浮選柱沒有傳動(dòng)部件，也沒有機(jī)械攪拌機(jī)構(gòu)，空氣通過噴射器產(chǎn)生的

負(fù)壓吸入或者由空氣壓縮機(jī)壓入。目前，以旋流微泡浮選柱(圖3)為代表的浮選柱

在我國(guó)應(yīng)用較廣泛，其主體結(jié)構(gòu)包括浮選段、旋流段、管流礦化段三部分。浮選段

根據(jù)逆流碰撞礦化原理，在低紊流的靜態(tài)分選環(huán)境中實(shí)現(xiàn)礦物的分離，主要作用是

粗選和精選；旋流段是煤泥實(shí)現(xiàn)重力分選和旋流浮選的場(chǎng)所，主要作用是掃選浮選

段的中礦，回收未被礦化的精煤粒；管流礦化段的作用是將空氣吸入并粉碎成微泡，

進(jìn)而形成循環(huán)中礦的氣-液-固三相體系。

(3)噴射式浮選機(jī)。噴射式浮選機(jī)無(wú)機(jī)械攪拌裝置，以射流微泡浮選機(jī)(圖4)為例，

其工作原理是：煤漿以15～20 m/s的高速?gòu)膰娮靽姵觯够旌鲜覂?nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，空

氣經(jīng)吸氣管進(jìn)入礦化管，經(jīng)射流的“卷裹”和“切割乳化”后形成小氣泡，并與煤

漿充分接觸，使其高度礦化；當(dāng)煤漿到達(dá)底部反射頭時(shí)，桶內(nèi)壓力基本為零。由于

煤漿位于負(fù)壓區(qū)內(nèi)，溶解在其中的空氣呈過飽和狀態(tài)，并以微泡形式迅速析出、增

大，攜帶煤粒的氣泡上浮至浮選桶表面，沿其周邊溢出并進(jìn)入精礦收集槽，而尾礦

通過底部U形管進(jìn)入尾礦箱，此時(shí)，整個(gè)浮選過程完成。

上述浮選設(shè)備在我國(guó)選煤廠都得到了廣泛應(yīng)用，隨著選煤技術(shù)的進(jìn)步和選煤生產(chǎn)現(xiàn)

場(chǎng)的需要，浮選設(shè)備正加快向大型化、高效化方向發(fā)展。

由于浮選入料組分、浮選設(shè)備性能及對(duì)最終產(chǎn)品的要求不同，各選煤廠選用的浮選

工藝也存在差異。當(dāng)前我國(guó)選煤廠主要采用的典型浮選工藝有三種，即一次浮選工

藝、二次浮選工藝、二次尾礦或中礦返回浮選工藝。

(1)采用一次浮選工藝時(shí)，煤泥水直接進(jìn)入單槽或多槽浮選機(jī)，分選出精煤、中煤、

尾煤三種產(chǎn)品。當(dāng)煤泥可浮性為極易浮或易浮時(shí)，可采用一次浮選工藝；當(dāng)煤泥可

浮性為中等可浮時(shí)，需要根據(jù)藥劑制度試驗(yàn)結(jié)果確定，如果浮選精煤灰分基本滿足

最終精煤產(chǎn)品的質(zhì)量要求，則可采用該浮選工藝。煤泥一次浮選原則流程如圖5

所示。

(2)二次浮選，即一次浮選精礦泡沫直接進(jìn)入精選浮選機(jī)，對(duì)其再次進(jìn)行分選，以

降低浮選精煤灰分。當(dāng)煤泥可浮性為難浮或極難浮時(shí)，依據(jù)MT/T144—1997《選

煤實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法》，進(jìn)行煤泥分步釋放試驗(yàn)，如果“產(chǎn)物4”的累

計(jì)平均灰分滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，則可選用全部二次浮選工藝(圖6(a))；當(dāng)煤泥可浮

性為中等可浮，且一次浮選精煤灰分較高時(shí)，可根據(jù)浮選速度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步判斷，

如果前2 min刮出的精煤灰分符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，則可選用部分二次浮選工藝(圖

6(b))。煤泥二次浮選原則流程如圖6所示。

與一次浮選工藝相比，二次浮選工藝適用范圍廣，浮選精度高，但二次浮選必然會(huì)

使大量合格精煤被重復(fù)分選，導(dǎo)致浮選藥劑用量和電能消耗等增加，進(jìn)而使浮選成

本升高。

(3)二次尾礦返回浮選是將二次浮選尾礦引入一次浮選入料(圖7(a))，二次中礦返回

浮選即將二次浮選中礦引入二次或一次浮選入料(圖7(b))，對(duì)其繼續(xù)進(jìn)行分選，以

提高浮選精煤產(chǎn)率。該浮選工藝僅適用于采用多臺(tái)單槽浮選機(jī)的選煤廠，呂梁山煤

電公司選煤廠以三臺(tái)WPF型噴射浮選機(jī)進(jìn)行二次尾礦或中礦返回浮選，取得了良

好的分選效果。

南梁煤礦選煤廠設(shè)計(jì)能力為3.00 Mt/a，2013年實(shí)際洗選原煤2.50 Mt，其中細(xì)

煤泥產(chǎn)率為9%～10%，干基產(chǎn)量超過20萬(wàn)t。由于煤泥灰分高、水分高(約

20%)、發(fā)熱量低、粘性大，難以均勻摻入精煤產(chǎn)品銷售。除冬季外，該選煤廠將

煤泥落地晾曬后銷售給當(dāng)?shù)仉姀S，售價(jià)約為10元/t；而冬季煤泥濾餅容易結(jié)冰，

無(wú)法銷售。在煤泥晾曬過程中，遇水流失，遇風(fēng)飛揚(yáng)，嚴(yán)重污染礦區(qū)環(huán)境，不利于

文明生產(chǎn)，且低廉的銷售價(jià)格影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

針對(duì)南梁煤礦選煤廠煤泥的一系列浮選試驗(yàn)表明：該煤泥具有較高的浮選利用價(jià)值。

可行性分析結(jié)果表明：對(duì)該選煤廠進(jìn)行技術(shù)改造，增加煤泥浮選系統(tǒng)，選用粗選、

精選二次浮選工藝可使精煤得到最大限度的回收。為此，選用GBZ-2700礦漿表

面改質(zhì)機(jī)、WPF4000射流微泡浮選機(jī)、KZG500/2000-U浮選精煤壓濾機(jī)構(gòu)建浮

選系統(tǒng)，對(duì)煤泥進(jìn)行浮選提質(zhì)。浮選系統(tǒng)投入生產(chǎn)后，煤泥浮選效果較好，產(chǎn)品數(shù)

質(zhì)量平衡表如表1所示。

該選煤廠發(fā)熱量23.01 MJ/kg的末煤銷售價(jià)格為240元/t，浮選尾煤不計(jì)價(jià)，浮

選精煤發(fā)熱量按照20.92 MJ/kg計(jì)算，折算的銷售價(jià)格為210元/t。煤泥經(jīng)晾曬

后銷售給電廠的價(jià)格為10元/t，折算的干基銷售價(jià)格為12.50元/t。綜合分析，

煤泥浮選系統(tǒng)投入運(yùn)行后每年可為選煤廠增加銷售收入2 318.55萬(wàn)元(表2)，經(jīng)

濟(jì)效益顯著。

隨著煤炭資源的不斷開采和采煤機(jī)械化程度的提高，原煤煤質(zhì)逐漸變差，細(xì)粒煤、

超細(xì)粒煤在原煤中所占比例逐年增加。在國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)力度加大，企業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)效

益要求提高的情況下，煤泥分選設(shè)備與工藝的研究和應(yīng)用越來(lái)越重要。

煤泥調(diào)漿效果對(duì)精煤質(zhì)量和產(chǎn)量均有很大影響，就實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)說(shuō)，多層攪拌礦

漿預(yù)處理技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。煤泥浮選工藝和設(shè)備具有多樣性，各選煤廠應(yīng)

根據(jù)煤泥可浮性試驗(yàn)結(jié)果，合理制定浮選工藝，科學(xué)選擇浮選設(shè)備，且需要與浮選

精煤脫水系統(tǒng)密切結(jié)合，以提高精煤產(chǎn)量和脫硫降灰效果，進(jìn)而提高企業(yè)效益。

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