煤泥分级浮选工艺探讨
摘要：为了改善现有一次浮选过程的各种弊端，提出了分级浮选工艺，通过从工艺，入料，设备等方面综合阐述了分级浮选的优势，通过采用分级浮选工艺，可以显著提高煤泥浮选的精度和产率，提高选煤厂的综合效益。
关键字：煤泥 分级浮选 粒度 高灰细泥
我国煤泥浮选的特点是：多为难浮煤种，浮选成本高,入浮粒度比大,细粒级含量高；浮选流程单一，多为一次选流程；尾煤压滤产品销路不畅。虽然煤泥混合浮选流程以其简单的工艺、并且易于管理,在世界范围内得到广泛应用[1,3]。但是近年来,随着采煤机械化程度的提高、开采深度的加深，原煤质量逐渐变差,细粒和超细粒煤泥在原煤中所占的比例逐年增加,以及市场对产品质量的日益苛求,煤泥混合浮选凸现出致命弱点[1,3]：分选粒度范围过宽、高灰细泥夹带污染精煤,导致浮选精煤灰分高、尾煤灰分低。因此必须改革原有浮选流程，采用先进高效煤泥分选设备及技术措施，从而改变煤泥浮选技术的现状。为此提出了分级浮选工艺：采用分级旋流器组对浮选入料中粗细煤泥进行分级,根据粗、并根据粗细煤泥表现出的不同可浮性和过滤特性[5,7]，采用不同的浮选和脱水设备以及不同的加药制度，充分发挥各自在不同粒度范围内的分选与脱水优势，实现粗、细煤泥高精度分选和高效脱泥[2,8,9]，使企业获得最大的经济效益。
1.常用浮选工艺流程
目前，选煤厂常用的浮选工艺流程有浓缩机底流大排放浮选流程和直接浮选流程[3]。浓缩机底流大排放浮选流程是基于浓缩浮选流程，通过改变操作制度而形成的。其特点是通过控制浓缩机底流的浓度，使底流与精煤滤液混合后能达到浮选入料的浓度要求，依据此从而提高了入料浓度和整个入浮物料系统的稳定性，这样就可以减少浮选和过滤过程中设备台数，并降低电力和对浮选药剂消耗。然而，其也存在许多缺点：浮选过程和主选过程不能同时开停，当整个过程中细粒含量较高时，大量微细颗粒物料在浓缩机中不易沉降，会集中在溢流中往复循环，在生产过程中严重影响重介质分选、浮选等各环节的分选效果。
直接浮选，顾名思义重介质分选过程后的煤泥水直接去浮选的工艺流程，其优点在于消除了细泥积聚，缩短了煤泥与水的接触时间，避免了煤泥在水中的过度氧化，浮选过程与主选过程可以同时开停机，实现清水选煤，同时简化生产流程，减少作业环节，便于实际操作管理。然而其也存在许多不足之处：入浮物料的浓度过低，并增加了浮选和过滤设备台数，对动力的依赖性大、药剂用量大；尤其是在大型选煤厂中，由于煤泥水量大，人浮浓度低，致使浮选设备过多，动力消耗过大，在经济投资上很不合理[3,4]。
这两种浮选流程在性质上都属于一次浮选流程的范畴，即其只有精煤和尾煤两种产品，而在实际生产过程中，要提高精煤质量就难以保证尾煤灰分，要提高尾煤灰分必然带来精煤灰分的增加[2]。这两者很难兼得，在对于可浮性差的煤泥时，洗选效果很难达到预期的要求。经过研究发现，其主要原因是浮选系统中物料颗粒的的分选粒度范围过宽，致使高灰细泥无选择性地溢流到精煤产品中，产生机械夹带而污染精煤，造成一次浮选工艺分选精度低[2,3]。
2.浮选入料分析
煤泥粒度越细，灰分越高，说明矸石越易泥化。细粒的浮游性好、选择性差,粗粒的浮游性差，选择性好[1，3，8]。不同粒级煤泥可浮性选择性对比如表一
粒级/mm 粒度划分 选择性 可浮性
+0.25 粗煤泥 好 中等
0.25-0.074 适宜粒度 好 好
0.074-0.01 细粒泥 差 一般
-0.01 超细粒 差 差
表一：不同粒级煤泥可浮性选择性对比
根据以上表格的对比分析，我们可以知道，在煤泥混合浮选中，宽粒级的浮选行为与窄粒级浮选明显不同，因此，混合浮选过程必然产生气泡争斗现象[1, 8]，即可浮性好的煤粒抢先占据气泡,使得一些本来窄级别浮选时能快速浮起的煤粒由于缺少气泡而无法快速浮起，并且由于水流的夹带作用，使得﹤0.075mm的细粒快速溢流到精煤产品中，产生机械夹带，高灰细粒污染精煤产品，导致精煤灰分高，而，理想高的尾煤灰分却难以达到。一般情况下,高灰细泥通过3个途径进入精煤中[1,2,6]：一是机械夹带,通常是浮选速度越快或形成的泡沫越粘,夹带现象越严重;二是在煤粒或气泡表面形成覆盖层,细粒级表面积大,覆盖的细泥自然也多;三是随水流夹带进入精煤中。由于粗粒煤泥没有得到充分选择的机会，造成尾煤灰分低，并且精煤损失，不利于企业效益，并使宝贵的资源白白浪费。然而，在实验过程中发现，随着捕收剂用量的进一步增大，精煤产率不仅不增大，反而精煤灰分逐渐增大，这说明增加捕收剂用量提高粗颗粒煤泥回收率的能力是有限的，并不能从根本上改变这一现状，通过研究发现，入浮物料过宽的分选粒度范围是造成这种现象的根本原因。要想从根本上改善浮选效果，提高浮选或整个厂的煤泥回收效率，最有效的途径是缩小入浮粒度的范围。
3分级浮选工艺与设备
根据煤泥浮选时的最佳粒度范围(0.25~0.074mm)，可将入浮物料中大于0.25 mm粒级的煤泥分离出来，单独进行处理。为此提出了分级浮选工艺，即通过采用分级旋流器组对浮选人料进行分级，采用不同浮选设备，在不同加药制度下进行浮选行为，以充分发挥各设备在不同粒度范围内的分选优势，实现粗、细煤泥的高精度分选及回收，提高精煤产率，降低浮选精煤产品的灰分，分级浮选是解决现行浮选入料粒级宽的最彻底方法。
3.1分级浮选工艺流程
根据对浮选入料性质的分析及浮选生产中实际存在的问题,建议采用煤泥分级浮选工艺流程，该流程的优点是可以减少浮选精煤污染，并提高水洗精煤产率。煤泥分级浮选工艺流程见图1，其特点是煤泥水先经过水力旋流器进行分级, 小于0.125mm粒级的物料去浮选柱处理，浮选柱的特点在于对细粒煤泥分选效果非常好，并且高灰细泥的机械夹带现象远比普通的浮选机要少的多；大于0.125mm粒级的物料去浮选机处理。由于已经去掉了大部分高灰细泥，浮选效果也将大大改善，因此,就可以通过这项改善提高总 图1.建议采用的煤泥分级浮选工艺流程
的浮精煤质量，进而提高销售精煤的质量和
整体的稳定性。通过采用煤泥分级浮选工艺流程，可以使浮选效果得到大幅度的改善,并在保证浮选精煤产率不变的情况下，可以使浮选精煤灰分降低，并能够解决重选精煤替浮选精煤“背灰”的问题，从而提高精煤产率。
3.2分级浮选主要设备
3.2.1分级旋流器组
分级浮选能够正常运行的关键是分级，选用水力分级旋流器组可实现有效的煤泥分级[5]。实际操作过程中，分级粒度与分级旋流器组的结构参数和操作参数有着密切的关系，应根据生产情况及具体煤泥水特性灵活选择和调整，以实现浮选机和浮选柱入料量的最佳分配。提高入料压力，使溢流中煤泥含量减少，分级粒度降低；通过缩小分级旋流器的锥角，可以减小分级粒度；扩大底流口直径，可以增加底流排放量，相应地减小分级粒度；增加溢流管高度和柱体高度，可减小分级粒度和提高分级效率；旋流器的直径越小，分级粒度也越细[2,4,5]。
3.2.2旋流微泡浮选柱
旋流微泡浮选柱主要由:浮选段、旋流段和气泡发生器三部分构成。旋流微泡浮选柱具有以下优点[6,7]:
(1)浮选原理和重选原理(旋流力场)相配合,提高了分选效率。
(2)单位容积处理能力大，工艺指标先进，由于浮选柱集浮选和重选于一体，在一个柱体内能够完成粗选、精选和扫选，所以高灰细泥对精煤的污染小，从而实现浮选精煤的高产率低灰分的总体要求，完全适用于﹤0.5mm级煤泥的浮选，尤其适合于灰分高、粒度细(﹤0.045mm)的难选煤泥浮选。
(3)机体外配置的射流自吸式节能微泡发生器充气量大，气泡质量好，且不堵塞并易调节，工作过程稳定，易维护和更换。
(4)采用合理的柱体结构, 可随时开、停机，而无须排空，物料不会发生沉积堵塞。
(5)动力消耗小，节能明显，比相同处理能力的常规浮选机节能1/3。
(6)能使用普通浮选药剂，用量也基本相同。
4.两种浮选流程对比
分级浮选与一次浮选相比具有以下的优点:
(1)浮选入料由宽粒级变为窄粒级
分级浮选以0.125mm为分级标准，对入浮物料通过采用分级旋流器组进行水力分级，大于0.125mm物料进入浮选机，小于0.125mm部分进入浮选柱，充分发挥浮选机和浮选柱在不同粒度范围内的分选优势，最终使较粗颗粒煤泥在浮选机中有足够的机会与药剂碰撞，被携带进入泡沫产品，减少了一次浮选过程的“跑粗”现象；高灰细颗粒煤泥在浮选柱中经过多次强化精选，从而减少了高灰细泥对精煤的污染，降低了浮选对重选的“背灰”现象[8,9,10]。
(2)提高了设备处理量
分级浮选由于高灰细泥部分得到了有效分选，因此煤泥表面新鲜，使得可浮性改善，进而使浮选机分选精度、处理量都得到提高[10,11]。
(3)提高了工艺的可操作性
对于浮选机，为了加大处理量，可以提高入浮浓度，还可以适当增加捕收剂用量。对于浮选柱，可以适当增加起泡剂用量，提高微泡的坚固性和流动性，并且可以通过加喷淋水，使清洗泡沫层进一步强化精选作用。
(4)减少滤液循环量
采用分级浮选可以减少细泥在洗选系统中的循环量，并使洗水浓度保持在一个较低水平，改善了选煤厂整个选煤工艺效果[11,13,14]。
(5)降低了选煤成本
分级浮选甩掉了大量高能耗的浮选机和过滤机，使洗煤成本进一步降低。
5，结论及展望
1.粗、细粒煤泥有着不同的浮选特性，入浮粒度越宽，浮选效果越差。分级浮选从根本上解决了人料粒度过宽的弊端。通过缩小入浮煤泥的粒度范围，可以消除高灰细泥的污染，改善细颗粒的选择性，强化粗颗粒的可浮性，改善整个选煤过程，综合提升产品质量，全面提高企业经济效益。
2展望将来，分级浮选工艺流程的将会不断改进和发展，在设备大型化、自动化，适应各种煤质的煤泥，等方面都会有更好的发展潜力，煤泥处理技术会前进一大步。
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