影響煤泥浮選工藝效果的主要因素分析

楊秀秀

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.天地(唐山)礦業(yè)科技有限公司，河北 唐山 063012；3.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

浮選是實(shí)現(xiàn)<0.5(0.3)mm粒級(jí)煤泥分選最有效的方法[1-2]，在國內(nèi)外煉焦煤選煤廠得到了廣泛應(yīng)用。自1910年浮選技術(shù)問世以來，已經(jīng)得到100多年的發(fā)展，期間出現(xiàn)了種類繁多的浮選設(shè)備，在我國現(xiàn)場(chǎng)仍可見到的國內(nèi)外浮選設(shè)備有十余種[3]。隨著浮選技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，與煤泥浮選工藝效果有關(guān)的藥劑制度、浮選工藝、操作條件等因素也得到了研究者關(guān)注。

煤泥浮選是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的工藝過程，影響煤泥浮選工藝效果的因素很多，大體可以分為六種，即煤泥性質(zhì)、煤漿性質(zhì)、藥劑制度、浮選工藝、浮選設(shè)備性能、操作條件，這些因素之間既相互聯(lián)系又相互制約，對(duì)煤泥浮選工藝效果有著不同程度的影響。只有深入了解各種因素并掌握其內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)在最大程度上保持其相對(duì)穩(wěn)定，才能取得良好的浮選工藝效果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[4]。為此，對(duì)煤泥性質(zhì)、煤漿性質(zhì)、藥劑制度、浮選工藝、浮選設(shè)備性能、操作條件六種因素進(jìn)行分析，并總結(jié)出不同因素的影響規(guī)律。

1 煤泥性質(zhì)

煤泥可浮性是指通過浮選技術(shù)提高其質(zhì)量的難易程度，影響煤泥可浮性的決定性因素是煤泥性質(zhì)，它是客觀存在的自然屬性，包括煤的變質(zhì)程度、煤表面的氧化程度、煤巖組分、礦物雜質(zhì)、粒度組成等。

1.1 煤的變質(zhì)程度

煤按變質(zhì)程度由年輕到年老分為低階煤、氣煤、氣肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤、貧煤、無煙煤，其中，中等變質(zhì)程度的焦煤疏水性最好，即可浮性最好。由該焦煤向兩側(cè)，各種煤的疏水性均逐漸變差，低階煤和年老無煙煤的疏水性最差。

各種煤的疏水性可以通過三相接觸角表征，三相接觸角越大，其疏水性越好；反之，三相接觸角越小，其疏水性越差。中等變質(zhì)程度的焦煤三相接觸角最大，接近90°，年輕氣煤的三相接觸角在65°～72°之間，年老無煙煤的三相接觸角為73°，故年輕氣煤和年老無煙煤的疏水性最差。此外，煤的疏水性與其表面孔隙率有關(guān)，疏水性越好(接觸角越大)，則孔隙率越小，需要的浮選劑越少，甚至不需要藥劑；相反，疏水性越差(接觸角越小)，則孔隙率越大，需要更多的浮選劑來提高其疏水性。

1.2 煤表面的氧化程度

煤表面發(fā)生氧化的形式有兩種：一種是在風(fēng)化過程中被氧化，另一種是在水中浸泡被氧化。氧化初期，氧氣在煤粒表面只是物理吸附，有助于提高煤粒的疏水性，即提高煤泥可浮性；此后，氧氣在煤粒表面發(fā)生化學(xué)吸附，煤粒的疏水性降低，煤泥可浮性變差。

生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：與煤在空氣中的氧化相比，煤在水中的氧化更加劇烈，故煤在水中浸泡時(shí)間越長，對(duì)煤泥可浮性的不良影響越大。因此，應(yīng)盡量避免煤長時(shí)間暴露在空氣中，更不能使其長時(shí)間滯留在水中。

1.3 煤巖組分

煤巖組分分為鏡煤、亮煤、暗煤、絲炭四種，一般煤泥可浮性按鏡煤、亮煤、暗煤、絲炭依次遞減。低密度煤泥中多為鏡煤和亮煤，灰分低，疏水性好，可浮性好；高密度煤泥中多為暗煤和絲炭，灰分高，疏水性差，可浮性差；中間密度的煤泥含量越高，煤泥可浮性越差。

密度組成在一定程度上能反映煤泥可浮性，但不同于重力選煤，浮選是根據(jù)煤與雜質(zhì)表面潤濕性差異進(jìn)行分選的，煤泥的密度組成只能在一般情況下對(duì)其做出大致判斷，并不能成為其可浮性的判斷依據(jù)。

1.4 礦物雜質(zhì)

1.4.1 易泥化礦物雜質(zhì)

易泥化的礦物雜質(zhì)主要指高嶺土、泥質(zhì)頁巖等黏土類物質(zhì)，這類礦物雜質(zhì)在浮選過程中由于受水浸和攪拌，極易碎散為親水性的細(xì)微顆粒吸附于煤粒表面，隨著煤粒浮起而混入精煤，造成浮選精煤污染；同時(shí)煤粒表面被細(xì)泥覆蓋后，也降低了煤粒的疏水性，阻礙了煤粒與氣泡的吸附，從而使之損失在尾煤中，降低了尾煤灰分。此外，這些細(xì)泥由于具有很大的比表面積，能夠搶先吸附浮選劑，因此加大了浮選劑消耗量，使得煤粒不能吸附足夠的浮選劑，造成浮選精煤灰分升高，尾煤灰分降低的情況。當(dāng)入浮煤泥中含有大量的泥化礦物雜質(zhì)時(shí)，必須采取適當(dāng)措施來減輕或消除這類礦物的不利影響，如脫泥浮選、降低入料煤漿濃度或粗選泡沫再精選等方法。

1.4.2 硫化物

煤中硫化物通常以兩種形式存在，有機(jī)硫和無機(jī)硫。有機(jī)硫來自于成煤植物，是煤的結(jié)構(gòu)成分，均勻分布在煤炭中，目前采用任何方法都不能將其除去。無機(jī)硫主要指硫鐵礦硫，通?？刹捎靡种苿﹣硪种屏蜩F礦的浮起。

1.5 粒度組成

在煤泥浮選過程中不同粒徑的煤粒產(chǎn)率不同。粒度越粗或越細(xì)，產(chǎn)率均較低，只有中等粒級(jí)的煤粒才有較高的產(chǎn)率。這是因?yàn)橘|(zhì)量過大的煤粒在浮選過程中更容易受到漩渦離心力的影響而從氣泡上脫落；質(zhì)量過小的煤粒更容易吸附在氣泡表面，隨礦化氣泡進(jìn)入泡沫層污染精煤。除粒度外，煤粒的幾何形狀對(duì)浮選效果也有一定影響，若表面較光滑或呈球形，則難以破壞水化層，附著幾率??；若表面較不規(guī)則，則更容易破壞水化層，從而使氣泡與煤粒接觸附著。因此，在浮選過程中，應(yīng)避免對(duì)煤漿進(jìn)行長時(shí)間攪拌，以免使煤粒棱角磨掉而影響其可浮性。

2 煤漿性質(zhì)

煤漿性質(zhì)主要包括煤漿中的無機(jī)電解質(zhì)、殘存的浮選劑和絮凝劑、酸堿度等，這些因素都對(duì)浮選工藝效果有影響。對(duì)于這些影響因素的研究，目前僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段，還沒有應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

(2)殘存浮選劑。為提高煤泥浮選效果，浮選時(shí)添加有浮選劑(捕收劑和起泡劑)[5-6]，而部分浮選劑隨尾礦排出，經(jīng)處理后隨循環(huán)水重新回到浮選系統(tǒng)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，不僅新加浮選劑在起作用，殘余浮選劑也在發(fā)揮作用，所以浮選精煤、尾煤的質(zhì)量是兩者共同作用的結(jié)果。

(3)殘余絮凝劑。絮凝劑被廣泛應(yīng)用在浮選尾煤水的澄清作業(yè)中，澄清的循環(huán)水中必然含有殘余絮凝劑。這些絮凝劑隨著循環(huán)水返回浮選系統(tǒng)后，也對(duì)煤泥浮選工藝效果有一定影響。

(4)酸堿度。我國絕大多數(shù)選煤廠的生產(chǎn)用水屬于中性或接近中性，對(duì)煤泥浮選效果沒有顯著的不利影響。當(dāng)入選原煤屬于高硫煤時(shí)，生產(chǎn)用水呈酸性，此時(shí)一般采用燒堿或石灰作為添加劑來中和酸性，這不但有利于煤泥浮選，而且在一定程度上能夠阻止設(shè)備、管道等被腐蝕。

3 藥劑制度

在煤泥浮選過程中，為強(qiáng)化煤與矸石的分離效果，必須添加一定量的浮選劑。選煤廠常用的浮選劑有兩種，一種是捕收劑，另一種是起泡劑。捕收劑的作用是提高煤粒在氣泡表面的附著強(qiáng)度，起泡劑的作用包括使空氣在煤漿中分散成小氣泡，提高泡沫的穩(wěn)定性，減小氣泡的升浮速度，延長氣泡在煤漿中的停留時(shí)間等。浮選藥劑制度主要是從藥劑種類、加藥方式、藥劑分散性等方面，提高煤泥的浮選效果。

3.1 藥劑種類

藥劑種類的選擇取決于煤泥性質(zhì)和所含雜質(zhì)的種類及數(shù)量。簡(jiǎn)單來說，如果煤泥可浮性為易浮，則對(duì)捕收劑的要求可以適當(dāng)放寬；如果煤泥可浮性為難浮，則必須選用捕收能力較強(qiáng)的捕收劑。如果煤泥中的高灰細(xì)泥較多，則應(yīng)當(dāng)選擇具有良好性能的浮選劑。

3.2 加藥方式

加藥方式是指將浮選劑一次或分段添加到浮選設(shè)備內(nèi)，一次加藥是將全部浮選劑添加到煤漿預(yù)處理裝置內(nèi)，分段加藥是將浮選劑分別添加到煤漿預(yù)處理裝置和某幾個(gè)浮選室內(nèi)。

一次加藥易使浮選機(jī)前段的高灰細(xì)泥礦物通過機(jī)械夾帶方式上浮，導(dǎo)致浮選精煤灰分升高；浮選末期由于起泡劑濃度降低，沒有足夠的氣泡攜帶煤粒上浮，導(dǎo)致浮選精煤產(chǎn)率降低。對(duì)于粒度組成較為均勻或可浮性為易浮的煤泥，一般采用一次加藥方式。

分段加藥適用于較難浮的煤泥，一般在煤漿預(yù)處理裝置內(nèi)加入藥劑總量的60%～70%，其余部分分批加入適當(dāng)位置。分段加藥能使粗顆粒表面吸附足夠的油類捕收劑，進(jìn)而加快煤泥浮選速度，提高浮選精煤可燃體回收率；同時(shí)能避免細(xì)顆粒和細(xì)泥過多吸附藥劑，從而減少浮選劑的用量；此外，還能使整個(gè)浮選過程中的浮選劑濃度保持均勻，進(jìn)而提高難浮煤泥的選擇性。

3.3 藥劑分散性

浮選劑在水中的分散性很差，在外力作用下才能分散成無數(shù)個(gè)直徑很小的油滴。在體積相同的情況下，油滴(藥劑團(tuán))直徑越小，數(shù)量就越多，在煤漿中分散越均勻，與煤粒接觸的機(jī)會(huì)也越多，既可以提高浮選速度，又可以節(jié)省浮選劑。

浮選劑主要有三種分散方式，即機(jī)械分散、乳化分散和霧化分散。機(jī)械分散是浮選劑分散的常規(guī)方式，浮選劑通過導(dǎo)管給入浮選機(jī)葉輪下方，通過葉輪攪拌將其分散；乳化分散就是以水作為介質(zhì)，通過某種手段形成乳濁液；霧化分散就是以空氣作為介質(zhì)，通過某些手段形成氣溶膠。

4 浮選工藝

浮選工藝是影響煤泥浮選工藝效果的重要因素之一，它的制定取決于煤漿性質(zhì)和對(duì)精煤、尾煤質(zhì)量的要求。浮選工藝分為粗選工藝、精選工藝和分級(jí)浮選工藝三種，其中精選工藝又分為全部精選、部分精選和二次浮選三種工藝。

4.1 粗選工藝

粗選工藝是指煤漿僅需經(jīng)過一次分選就能得到合格產(chǎn)品的工藝，煤漿通過入料箱進(jìn)入浮選機(jī)的浮選室，各室的精礦泡沫匯集后成為最終精煤，尾礦從最后一室的尾礦箱排出，這是我國最常見的浮選工藝。該工藝簡(jiǎn)單，處理量大，適用于粒度組成偏細(xì)、可浮性較好的煤泥。

4.2 精選工藝

精選工藝是對(duì)混入浮選精煤的主導(dǎo)粒級(jí)細(xì)泥(≤0.30 mm)進(jìn)行再次分選的工藝，其目的是降低浮選精煤灰分。該工藝分為全部精選、部分精選、二次浮選三種，全部精選是指上游浮選機(jī)的精煤產(chǎn)品全部進(jìn)入下游浮選機(jī)再次分選的工藝；部分精選是指上游浮選機(jī)前幾室的精煤產(chǎn)品進(jìn)入下游浮選機(jī)再次分選的工藝，由于其流程復(fù)雜，單位處理能力小，電耗和水耗較高，僅在分選難浮、極難浮煤泥[7]或生產(chǎn)低灰精煤時(shí)選用；二次浮選[8-9]是指上游浮選機(jī)的精煤產(chǎn)品經(jīng)過沉降過濾式離心脫水機(jī)脫水回收后，離心液和濾液再由其他浮選機(jī)單獨(dú)分選的工藝。

由于入料中的高灰細(xì)泥大部分以氣絮團(tuán)的形式混入精煤泡沫，無論采用怎樣的精選工藝，也不能大幅降低浮選精煤灰分。目前，在我國煤泥精選工藝中，采用全部精選工藝的占多數(shù)，部分精選和二次浮選工藝只在個(gè)別選煤廠有所應(yīng)用。

4.3 分級(jí)浮選工藝

分級(jí)浮選工藝[10]是指將浮選入料以0.125 mm作為分級(jí)粒度，粗粒級(jí)(>0.125 mm)采用機(jī)械攪拌式浮選機(jī)分選，細(xì)粒級(jí)(≤0.125mm)采用浮選柱或噴射式浮選機(jī)分選的工藝[11-12]。這樣能夠充分發(fā)揮不同浮選設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而保證浮選精煤產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求。

5 浮選設(shè)備性能

浮選設(shè)備的性能也是影響浮選工藝效果的重要因素，具體包括兩個(gè)方面，即浮選設(shè)備的種類及其磨損情況。目前，我國的浮選設(shè)備主要有機(jī)械攪拌式浮選機(jī)、噴射式浮選機(jī)、浮選柱(床)，不同浮選設(shè)備有著不同的適用條件，其中機(jī)械攪拌式浮選機(jī)適應(yīng)性最強(qiáng)，不但適用于疏水性好、粒度細(xì)的煤泥，而且對(duì)疏水性差、粒度粗的煤泥有著較好的分選效果；噴射式浮選機(jī)、浮選柱(床)等浮選設(shè)備對(duì)疏水性好、粒度細(xì)的煤泥浮選效果良好。

由于長時(shí)間的運(yùn)行，浮選設(shè)備的零部件會(huì)有不同程度的磨損，嚴(yán)重影響其充氣量，進(jìn)而對(duì)煤泥浮選效果產(chǎn)生不利影響。就機(jī)械攪拌式浮選機(jī)來看，易于磨損的零部件主要包括葉輪、定子、導(dǎo)向片等。當(dāng)關(guān)鍵零部件磨損到一定程度后，浮選設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)就會(huì)被破壞，進(jìn)而無法保證煤泥浮選工藝效果，此時(shí)應(yīng)該及時(shí)更換新的零部件。

6 操作條件

操作條件主要指浮選設(shè)備的操作條件，包括煤漿流量、煤漿濃度、充氣量、泡沫層厚度等。煤漿流量直接影響浮選設(shè)備的處理能力，是一項(xiàng)考核浮選設(shè)備處理能力的重要指標(biāo)，也是一個(gè)影響浮選過程的主要因素。為了充分發(fā)揮浮選設(shè)備的處理能力，在保證各項(xiàng)浮選指標(biāo)全面、均衡的前提下，要盡量增加浮選設(shè)備的煤漿流量(給料量)。

煤漿濃度是操作條件中的一個(gè)重要因素，它不但影響浮選精煤的數(shù)質(zhì)量，而且影響浮選劑的消耗量和浮選設(shè)備的處理能力等。通常情況下，適當(dāng)提高煤漿濃度，精煤、尾煤灰分也相應(yīng)增加；但過高的煤漿濃度易使精煤灰分增加，尾煤灰分降低，精煤產(chǎn)率下降。適當(dāng)降低煤漿濃度，可以消除細(xì)泥污染，降低精煤灰分；但過低的煤漿濃度易使精煤、尾煤水分增加，導(dǎo)致后續(xù)脫水作業(yè)困難。此外，降低煤漿濃度還可以提高浮選選擇性，但會(huì)引起浮選劑用量增加，浮選設(shè)備處理能力下降，電耗和稀釋水用量增大，致使選煤生產(chǎn)成本增加。

浮選設(shè)備的充氣量直接影響煤泥浮選工藝效果，如果充氣量過大，則氣泡容易兼并，并形成氣流，導(dǎo)致液面“翻花”，進(jìn)而無法形成穩(wěn)定的泡沫層；如果充氣量過小，則疏水性好的低灰物料不能隨氣泡上浮而損失在尾煤中，進(jìn)而影響浮選精煤產(chǎn)率。因此，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)將充氣量控制在合適的范圍內(nèi)。

泡沫層厚度可以通過調(diào)整液面高度來調(diào)節(jié)，如果液面高度過低，則礦化氣泡不能及時(shí)被刮出，并流失在尾煤中，進(jìn)而影響浮選精煤產(chǎn)率；反之，如果液面高度過高，則二次富集作用下的高灰細(xì)泥易隨礦化氣泡被刮出，導(dǎo)致浮選精煤灰分增加，進(jìn)而污染最終精煤產(chǎn)品。

7 結(jié)語

影響煤泥浮選工藝效果的因素眾多，可總結(jié)成煤泥性質(zhì)、煤漿性質(zhì)、藥劑制度、浮選工藝、浮選設(shè)備性能、操作條件六種，它們之間既相互影響，又相互聯(lián)系。其中，煤泥性質(zhì)是其固有特性，也是客觀存在的既定因素，不可改變；其余因素是后期人為制定的因素，可歸納為生產(chǎn)條件和操作條件，是可以調(diào)控的因素。只有全面了解這些因素，并掌握其內(nèi)在聯(lián)系，才能在實(shí)際生產(chǎn)過程中及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，進(jìn)而得到最佳的浮選效果。