煤泥浮选技术发展概况

董立周，刘继红，王俊涛，李 芳

(中煤张家口煤矿机械有限责任公司，河北 张家口 075000)

煤泥浮选技术发展概况

董立周，刘继红，王俊涛，李 芳

(中煤张家口煤矿机械有限责任公司，河北 张家口 075000)

煤泥浮选是目前公认的用于细煤泥脱硫降灰最经济、最有效的分选技术之一，也是选煤厂取得最佳经济效益和社会效益、环境效益的有效技术途径。入浮煤泥性质、浮选设备性能、浮选工艺流程、浮选药剂制度等因素对浮选效果均有重要影响，文章就浮选前的煤泥调浆技术、浮选设备、浮选工艺发展概况进行评述，并以南梁选煤厂煤泥浮选经济效益为例，说明浮选技术在选煤行业未来发展中的重要作用。

煤泥；浮选；工艺；设备；经济效益

浮选是处理细煤泥(<0.5 mm粒级)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，我国对环境治理力度不断加大，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，也加大了对煤泥处理的力度。目前我国的选煤能力统计结果表明，浮选物料量占入选原煤总量的10%以上。

煤泥浮选是在多因素综合作用下的分选过程，是在固-液-气三相中完成的一个极其复杂的物理化学过程，入浮煤泥性质、浮选设备性能、浮选工艺流程、浮选药剂制度等因素都会对浮选效果产生重要影响。近年来，随着计算机技术的发展及检测技术的提高，浮选技术获得了长足进步。文章对浮选前的煤泥调浆技术、浮选设备、浮选工艺发展概况进行了较系统的评述，可为今后选煤厂的建设和浮选设备、浮选工艺的改进提供一定参考。

1 煤泥调浆技术

调浆是细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，将乳化药剂细化、分散，并使煤粒表面活化，以提高捕收剂与煤粒的有效吸附概率，因此，调浆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。其工作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，同时使煤粒体相性质发生改变，更具亲油性，进而提高其可浮性，保证浮选精煤产率稳定。

国内研究人员从矿浆分散、药剂乳化、矿浆与药剂接触、矿物表面改性以及磁、电、声、温等方面，对煤泥调浆效果进行了大量研究[1-2]。郑光军等[3]对磁化处理后的煤、黄铁矿、煤矸石三种单矿物在不同介质中的含氧量、PH值、表面电位、表面湿润性变化进行了对比分析，发现磁化处理能够提高煤粒的可浮性。马力强等[4]研究了调浆剪切强度对煤泥浮选效果的影响规律，结果表明：经高效调浆机处理后，浮选精煤可燃体回收率可提高9.63个百分点。苗一等[5]研究了多层浆在搅拌槽内的宏观混合特效，认为在液体混合过程中多层轴流式浆比多层径向流浆的混合效率高。胡锡文等[6]在直径小于375 mm的搅拌釜内，采用八种搅拌器进行搅拌试验，并就搅拌器的桨型、转速、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。

GBZ-2700多层搅拌矿浆表面改质机结构示意图如图1所示。该改质机采用多段卧式布置，并选用后掠式挠性特殊叶片，能够提供很高的剪切力和高频机械效应。煤浆中的不同颗粒在强大的剪切动能下，瞬间产生数十万次的碰撞、摩擦、剪切等综合作用，几乎可使全部煤粒得到有效改质，即均质作用明显，因而可使浮选精煤产率提高5～8个百分点，且浮选速度更快。以处理能力为2.50 Mt/a的选煤厂为例，在入浮煤泥量占原煤总量10%的情况下，煤泥经表面改质机处理过后，浮选精煤量每年可提高1.25～2.00万t，精煤产量显著提高。

图1 GBZ-2700多层搅拌矿浆表面改质机结构示意图

2 浮选设备与工艺

泡沫浮选是目前广泛应用的细煤泥分选技术，通过煤与矸石表面的物理化学性质差异进行分选。煤粒因自身表面的疏水特性或经浮选药剂作用后获得疏水特性，进而在液-气或水-油界面发生聚集；而矸石的亲水能力较强，下沉后成为尾矿。

近年来，泡沫浮选技术在工业应用与科学研究中取得了长足进展。王怀法[7]介绍了两段充气微泡浮选柱的设计思想与结构特点，将高气溶射流矿化浮选技术和涡流力场强化浮选技术有机地融为一体，并将优先浮选技术纳入浮选柱分选体系。程宏志[8-9]提出了振荡浮选原理，即利用设置在浮选机分离区的振荡分离器来降低浮选泡沫的非选择性挟带，研究结果表明：振荡浮选能够明显改善浮选效果，可使浮选精煤灰分下降1.40个百分点。梁龙等[10]将细煤泥按密度分组，通过试验研究了不同密度级细煤泥对粗煤泥浮选的促进与抑制程度。李彦君等[11]研究了近年来国内外使用的煤泥浮选药剂，并对煤用浮选药剂的未来发展提出了建议。史英祥等[12]阐述了以煤泥可浮性试验结果为依据，合理选择和制定浮选工艺的思路和方法。牛勇等[13]阐述了难浮煤泥的特点及改善浮选效果的主要方法，并通过试验证明分支浮选可在满足精煤灰分的要求下，提高浮选精煤产率。

2.1 浮选设备

(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浮选机，包括XJX型、XJN型、XJM型等。该类浮选机在其核心机构——搅拌机构的作用下，完成充气、气泡弥散与矿化。以XJM-S型浮选机为例，其选用矩形槽体和双层伞型叶轮，通过自吸空气、“假底底吸，周边串料”的方式给料，且叶轮上下循环量均可调节，能够适应不同可浮性煤泥的浮选要求。浮选机工作时，在叶轮旋转产生的离心力作用下，充满定子叶轮的煤浆被甩出，同时在其内部产生负压，空气和药剂经套筒进入其中，而大部分前室入料通过假底中心吸料管进入叶轮。XJM-S型浮选机结构示意图如图2所示。

图2 XJM-S型机械搅拌式浮选机结构示意图

(2)浮选柱。浮选柱没有传动部件，也没有机械搅拌机构，空气通过喷射器产生的负压吸入或者由空气压缩机压入。目前，以旋流微泡浮选柱(图3)为代表的浮选柱在我国应用较广泛，其主体结构包括浮选段、旋流段、管流矿化段三部分。浮选段根据逆流碰撞矿化原理，在低紊流的静态分选环境中实现矿物的分离，主要作用是粗选和精选；旋流段是煤泥实现重力分选和旋流浮选的场所，主要作用是扫选浮选段的中矿，回收未被矿化的精煤粒；管流矿化段的作用是将空气吸入并粉碎成微泡，进而形成循环中矿的气-液-固三相体系。

图3 旋流微泡浮选柱结构示意图

(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(图4)为例，其工作原理是：煤浆以15～20 m/s的高速从喷嘴喷出，使混合室内产生负压，空气经吸气管进入矿化管，经射流的“卷裹”和“切割乳化”后形成小气泡，并与煤浆充分接触，使其高度矿化；当煤浆到达底部反射头时，桶内压力基本为零。由于煤浆位于负压区内，溶解在其中的空气呈过饱和状态，并以微泡形式迅速析出、增大，携带煤粒的气泡上浮至浮选桶表面，沿其周边溢出并进入精矿收集槽，而尾矿通过底部U形管进入尾矿箱，此时，整个浮选过程完成。

图4 射流微泡浮选机结构示意图

上述浮选设备在我国选煤厂都得到了广泛应用，随着选煤技术的进步和选煤生产现场的需要，浮选设备正加快向大型化、高效化方向发展。

2.2 浮选工艺

由于浮选入料组分、浮选设备性能及对最终产品的要求不同，各选煤厂选用的浮选工艺也存在差异。当前我国选煤厂主要采用的典型浮选工艺有三种，即一次浮选工艺、二次浮选工艺、二次尾矿或中矿返回浮选工艺。

(1)采用一次浮选工艺时，煤泥水直接进入单槽或多槽浮选机，分选出精煤、中煤、尾煤三种产品。当煤泥可浮性为极易浮或易浮时，可采用一次浮选工艺；当煤泥可浮性为中等可浮时，需要根据药剂制度试验结果确定，如果浮选精煤灰分基本满足最终精煤产品的质量要求，则可采用该浮选工艺。煤泥一次浮选原则流程如图5所示。

图5 煤泥一次浮选原则流程

(2)二次浮选，即一次浮选精矿泡沫直接进入精选浮选机，对其再次进行分选，以降低浮选精煤灰分。当煤泥可浮性为难浮或极难浮时，依据MT/T144—1997《选煤实验室分步释放浮选试验方法》，进行煤泥分步释放试验，如果“产物4”的累计平均灰分满足产品质量要求，则可选用全部二次浮选工艺(图6(a))；当煤泥可浮性为中等可浮，且一次浮选精煤灰分较高时，可根据浮选速度试验结果进一步判断，如果前2 min刮出的精煤灰分符合产品质量要求，则可选用部分二次浮选工艺(图6(b))。煤泥二次浮选原则流程如图6所示。

图6 煤泥二次浮选原则流程

与一次浮选工艺相比，二次浮选工艺适用范围广，浮选精度高，但二次浮选必然会使大量合格精煤被重复分选，导致浮选药剂用量和电能消耗等增加，进而使浮选成本升高。

(3)二次尾矿返回浮选是将二次浮选尾矿引入一次浮选入料(图7(a))，二次中矿返回浮选即将二次浮选中矿引入二次或一次浮选入料(图7(b))，对其继续进行分选，以提高浮选精煤产率。该浮选工艺仅适用于采用多台单槽浮选机的选煤厂，吕梁山煤电公司选煤厂以三台WPF型喷射浮选机进行二次尾矿或中矿返回浮选，取得了良好的分选效果。

图7 二次尾矿或中矿返回浮选原则流程

3 煤泥浮选技术的应用

南梁煤矿选煤厂设计能力为3.00 Mt/a，2013年实际洗选原煤2.50 Mt，其中细煤泥产率为9%～10%，干基产量超过20万t。由于煤泥灰分高、水分高(约20%)、发热量低、粘性大，难以均匀掺入精煤产品销售。除冬季外，该选煤厂将煤泥落地晾晒后销售给当地电厂，售价约为10元/t；而冬季煤泥滤饼容易结冰，无法销售。在煤泥晾晒过程中，遇水流失，遇风飞扬，严重污染矿区环境，不利于文明生产，且低廉的销售价格影响企业经济效益的提高。

针对南梁煤矿选煤厂煤泥的一系列浮选试验表明：该煤泥具有较高的浮选利用价值。可行性分析结果表明：对该选煤厂进行技术改造，增加煤泥浮选系统，选用粗选、精选二次浮选工艺可使精煤得到最大限度的回收。为此，选用GBZ-2700矿浆表面改质机、WPF4000射流微泡浮选机、KZG500/2000-U浮选精煤压滤机构建浮选系统，对煤泥进行浮选提质。浮选系统投入生产后，煤泥浮选效果较好，产品数质量平衡表如表1所示。

表1 产品数质量平衡表

该选煤厂发热量23.01 MJ/kg的末煤销售价格为240元/t，浮选尾煤不计价，浮选精煤发热量按照20.92 MJ/kg计算，折算的销售价格为210元/t。煤泥经晾晒后销售给电厂的价格为10元/t，折算的干基销售价格为12.50元/t。综合分析，煤泥浮选系统投入运行后每年可为选煤厂增加销售收入2 318.55万元(表2)，经济效益显著。

表2 销售收入对比结果

4 结语

随着煤炭资源的不断开采和采煤机械化程度的提高，原煤煤质逐渐变差，细粒煤、超细粒煤在原煤中所占比例逐年增加。在国家对环境保护力度加大，企业对经济效益要求提高的情况下，煤泥分选设备与工艺的研究和应用越来越重要。

煤泥调浆效果对精煤质量和产量均有很大影响，就实际应用效果来说，多层搅拌矿浆预处理技术有着广阔的应用前景。煤泥浮选工艺和设备具有多样性，各选煤厂应根据煤泥可浮性试验结果，合理制定浮选工艺，科学选择浮选设备，且需要与浮选精煤脱水系统密切结合，以提高精煤产量和脱硫降灰效果，进而提高企业效益。

[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] 郑光军.浮选矿浆的磁化处理效应及其机制略述[J].内蒙古煤炭经济,2015(7):157.

[4] 马力强,韦鲁滨,江兴华,等.调浆剪切强度对煤泥浮选的影响[J].煤炭学报,2013,38(1):140-144.

[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]//《选煤技术》编辑部.2005年全国选煤学术会议论文集.唐山：《选煤技术》编辑部，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论文集.徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[10] 梁 龙,谭佳琨,谢广元,等.不同细泥组分对煤泥浮选的影响[J].煤炭工程,2013,45(11):105-107.

[11] 李彦君,崔广文,王加强,等.煤泥浮选药剂现状与发展[J].选煤技术,2010(5):68-70.

[12] 史英祥.煤泥浮选工艺流程的探讨[J].选煤技术,2012(5).76-78.

[13] 牛 勇,王怀法.难浮煤泥浮选工艺研究[J].洁净煤技术,2011,17(3):6-8.

Survey of the development of coal slime flotation technology

DONG Li-zhou，LIU Ji-hong，WANG Jun-tao，LI Fang

(China Coal Zhangjiakou Coal Mining Machinery Co., Ltd., Zhangjiakou, Hebei 075000, China)

Coal slime flotation is now recognized as one of the most economic and efficient separation technologies used to process fine coal slime, and it is also an efficient way for the coal preparation plant to gain the best economic, social and environmental benefit, but flotation efficiency is affected by many factors, such as equipment performance, flotation process, and flotation reagent system etc. coal slurry preparation technology, flotation equipment and the development of flotation technology are introduced, furthermore, taking economic benefit of coal slime flotation in Nanliang coal preparation plant for example to explain the importance of this technology in the future development of the coal preparation industry.

coal slime; flotation; technology; equipment; economic benefit

1001-3571(2015)05-0096-05

TD943

A

2015-07-28

10.16447/j.cnki.cpt.2015.05.026

董立周(1985—)，男，河北省晋州市人，工程师，硕士，主要从事煤炭机械设计工作。

E-mail:dlz339@163.com Tel:18732395911