PAD型重力流态式矿浆预处理器的研究与应用

王微微，刘雨苗，陈立龙

(唐山森普工程设计有限公司，河北 唐山 064000)

PAD型重力流态式矿浆预处理器的研究与应用

王微微，刘雨苗，陈立龙

(唐山森普工程设计有限公司，河北 唐山 064000)

阐述了PAD型重力流态式矿浆预处理器的结构、工作原理、技术特点，并介绍了其在山西临汾新绛矿区一座选煤厂的应用情况。在入选原煤煤质不变及浮选产品指标基本相同的条件下，重力流态式矿浆预处理器比叶轮搅拌式矿浆预处理器浮选完善指标提高1.43百分点，吨原煤浮选药剂费用降低48.53%，每年节电约2.5万kW·h，可有效地降低选煤厂生产成本。

浮选；矿浆预处理；PAD型重力流态式矿浆预处理器；叶轮搅拌式矿浆预处理器；浮选完善指标；药剂用量

浮选法是目前细粒和极细粒煤泥分选应用最多、最有效的一种分选方法。在浮选生产中，浮选入料不仅需要有合适、稳定的入料浓度，并且需要与浮选药剂有一定的接触时间，因此浮选作业前一般需要设置调浆设备，即矿浆预处理设备。目前，选煤厂普遍应用的矿浆预处理设备主要有搅拌桶、矿浆准备器、管道预处理器和矿浆预处理器等等[1]。搅拌桶是新中国成立后我国选煤厂使用最广泛的一种设备，它通过叶轮转动来混合煤浆和药剂，混合时间短，效果差，目前已很少使用；矿浆准备器于上世纪80年代开始应用于我国选煤厂，其分散效果好，但工作可靠性差，药剂乳化喷嘴易堵塞；近年来推广的管道预处理器占地少，不需要动力消耗，但其混合均匀程度取决于它的结构参数和煤浆流速，并且由于混合时间有限，混合效果也不理想；矿浆预处理器工艺效果差，动力消耗高，浮选药剂耗量高，混合效果差。基于上述设备存在的问题，迫切需要一种雾化效果好，浮选药剂能与煤浆充分混合的设备，为此研发了PAD型重力流态式矿浆预处理器。

1 PAD型重力流态式矿浆预处理器

目前在选煤生产中普遍应用的叶轮搅拌式矿浆预处理器(图1)主要由进料口、稀释水入口、桶体、锥形循环筒、叶轮定子混合器、进气管、加药嘴和排料口组成[1]。其工作原理为：叶轮定子组呈伞形分为上下两层，工作时上层叶轮吸入浮选剂和空气，形成气溶胶;下层叶轮具有大流量特征,从底部吸进入浮煤浆,并促进矿粒循环与悬浮，并同时完成预矿化。与叶轮搅拌式矿浆预处理器不同，PAD重力流态式矿浆预处理器是利用矿浆自身的重力和流体流变特性来实现矿浆预处理过程的技术。PAD型重力流态式矿浆预处理器是基于重力流态式矿浆预处理技术，结合煤泥浮选预处理工艺要求设计的，现有PAD-1500、PAD-2000、PAD-2500、PAD-3000和PAD-3500五种规格产品投入使用，与我国煤用浮选机相匹配。

图1 叶轮机械搅拌式矿浆预处理器结构示意图

1.1 结构

PAD型重力流态式矿浆预处理器由高压气流引射雾化装置和浮选药剂流态混合装置组成。其中：浮选药剂高压气流引射雾化装置作用是使浮选药剂分散，由加药管路1和雾化器2组成；流态混合装置则用于混合矿浆，由矿浆入料口3、箱体4、矿浆均分器5、流态混合单元6、出料口7和支腿8组成。

PAD型重力流态式矿浆预处理器结构简图如图2所示[2]。

1.2 工作原理

工作时，压缩空气进入浮选药剂雾化器2中，经喷嘴高速喷出，在喷射室内产生负压，形成抽吸作用，将加药管路1中的浮选药剂快速吸入、分散、雾化，使雾状浮选药剂弥散在箱体内；矿浆从入料口3给入到箱体4内，首先进入矿浆均分器5，通过二次溢流，沿圆周均匀分配到最上层流态混合单元6；之后，矿浆在自身重力的作用下，从上至下沿各层流态混合单元向下运动，在运动过程中与雾状浮选药剂接触混合，并且在运动过程中，受流态混合单元紊流堰的作用，不断地上下起伏翻滚，提高了矿浆的紊流程度；由于各层流态混合单元横截面为圆形，当矿浆沿流态混合单元从中心向周边运动时，流态混合单元上的矿浆流层随之变薄，当矿浆沿流态混合单元从周边向中心运动时，流态混合单元上的煤浆流层随之逐渐变厚，如此往复，矿浆在运动中不断地扩散、聚合[4]，从而形成了大量二次流和涡流，矿浆相互不断碰撞、摩擦，提高了矿浆紊流程度，强化了混合效果[5]；最后，矿浆到达处理器底部，从出料口7流出，进入浮选机分选。

1—加药管路；2—浮选药剂雾化器；3—矿浆入料口；4—箱体；5—矿浆均分器；6—流态混合单元；7—出料口；8—支腿；

1.3 技术特点

PAD型重力流态式煤浆预处理器技术特点为：

(1)压缩空气喷射引流式雾化器结构简单，雾化效果好，浮选剂雾化后，雾滴粒度均匀、直径小，具有明显的降耗效果[3]，一般可节省浮选剂用量20%左右。

(2)流态混合单元上设有紊流堰，矿浆沿流态混合单元向下运动的过程中，受紊流堰的作用，紊流程度提高，强化了混合效果。

(3)设备自身没有运转部件，无噪声，故障率低，可靠性好，维护工作量小。

(4)采用重力流态式矿浆跌落混合技术，不需动力。药剂高压气流引射雾化分散所需压缩空气量很小，功耗极低[6]。

2 实际应用

2.1 入浮煤泥性质

试验煤样为山西临汾新绛矿区一选煤厂浮选入料。试验参照GB/T477—2008《煤炭筛分试验方法》[7]、GB/T4757—2013《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》[8]和MT/T144—1997《选煤试验室分步释放浮选试验方法》[9]进行。浮选入料的筛分试验与分步释放浮选试验结果列于表1、表2，浮选速度试验结果列于表3。试验煤浆浓度为80 g/L，轻柴油用量为1.0 kg/t，仲辛醇用量为0.1 kg/t。

表1 浮选入料筛分试验结果

表2 浮选入料分步释放浮选试验结果

由表1可见，浮选入料的主导粒级为<0.045 mm粒级，且灰分较其他各粒级高很多。这部分物料比表面积大，吸附药剂的能力强，浮选选择性差。

图3为根据表3数据绘制的可浮性曲线图，计算可得，当浮选精煤灰分为11.0%时，精煤产率为68.28%，可燃体回收率为75.68%，依据MT/T 259—1991《煤炭可浮性评定方法》[10]可判定该浮选入料可浮性等级为“中等可浮”。

表3 浮选入料浮选速度试验结果

最开始的15 s刮出的精煤灰分为9.89%，接下来的15 s刮出的精煤灰分为11.27%，两者仅相差1.38个百分点，说明该浮选入料的浮选速度快，选择性差。这主要是由于浮选入料中含有大量的高灰细泥造成的，与筛分试验的结果是吻合的。

β—精煤产率-灰分曲线；ν—尾煤产率-灰分曲线；τ—浮选时间-精煤产率曲线

2.2 PAD型重力流态式矿浆预处理器与叶轮搅拌式矿浆预处理器效果对比

2.2.1 单机检测

表4列出了山西临汾新绛矿区两座使用PAD型重力流态式、叶轮搅拌式矿浆预处理器的浮选单机检查结果对比。

表4 PAD型重力流态式、叶轮搅拌式矿浆处理器浮选单机检查指标Table 4 Performances of PAD the gravity-flow and impeller agitated pulp preprocessors

注：浮选精煤灰分要求10.50%～11.00%

从表4可知：使用PAD型重力流态式矿浆预处理器的选煤厂在表征浮选总体技术指标的浮选完善指标高4.06个百分点的情况下，捕收剂和起泡剂用量仅为使用叶轮搅拌式预处理器选煤厂的60%。

2.2.2 生产统计数据

在入选相同原煤的情况下，两座选煤厂的浮选技术经济指标、生产数据统计结果见表5。

表5 PAD型重力流态式、叶轮搅拌式矿浆处理器浮选经济技术指标

注：浮选精煤灰分要求10.50%～11.00%。

从表5可知：与使用叶轮搅拌式预处理器的选煤厂相比，使用PAD型重力流态式矿浆预处理器的选煤厂在浮选完善指标提高1.43百分点的情况下，吨原煤浮选药剂费用降低48.53%，节省浮选药剂效果明显，可有效降低选煤厂的生产成本。

3 效果分析

3.1 节能效果

生产实践表明，PAD-2000型重力流态式矿浆预处理器投入使用后，在入选原煤煤质没有变化，浮选指标基本相同的情况下，比采用叶轮搅拌式矿浆预处理器时的吨原煤浮选药剂费用降低48.53%，降耗效果明显，该厂每年洗选原煤60万t，则每年可节约浮选药剂成本19.80万元。此外，叶轮搅拌式矿浆预处理器的配套电动机功率为5.5 kW，而PAD型煤浆预处理器无配套电机，每年还可节电约2.5万kW·h。

3.2 降耗效果

PAD-2000型重力流态式矿浆预处理器投入使用后，在浮选指标基本相同的情况下，吨原煤捕收剂、起泡剂用量仅为叶轮搅拌式预处理器60%，降耗效果明显。另外，PAD型重力流态式矿浆预处理器本身没有运动部件，不需供电运行，不需注油润滑，几乎没有维护工作量。

4 结语

山西临汾新绛矿区选煤厂PAD-2000型重力流态式矿浆预处理器的生产实践表明：使用PAD-2000型重力流态式矿浆预处理器后,浮选生产所需的捕收剂、起泡剂用量仅为叶轮搅拌式预处理器的60%，浮选药剂用量大大减少，每年还可节约浮选药剂成本19.80万元,从而大大降低了选煤生产成本，提高了选煤厂的经济效益。此外,PAD系列煤浆预处理器结构简单,本身无动力消耗, 每年可节电2.5万kW·h,生产管理费用低廉。目前，PAD系列煤浆预处理器已在通化八宝、灵石兴庆、枣庄付村等十余座选煤厂得到推广与应用。

[1] 谢广元.选矿学[M].徐州:中国矿业大学出版社，2001:491-494.

[2] 朴正武，江明东，宋永平，等.PAD-2000型重力流态式矿浆预处理器应用效果分析[J].选煤技术，2015(3):40-42.

[3] 周 伟，朱金波，肖 敏，等.浮选过程煤浆预处理技术的研究[J].选煤技术,2014(4):89-92.

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[5] 张 硕.可调式跌水网格混合器的混合性能研究[J].中国给水排水,2009，25(11):93-103.

[6] 张立华，周国亮，朱金波，等.煤浆预处理器的综合评述[J].选煤技术,2011(5):65-70.

[7] GB/T 477—2008 煤炭筛分试验方法[S].

[8] GB/T 4757—2013 煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法 [S].

[9] MT/T 144—1997 选煤试验室分步释放浮选试验方法 [S].

[10] MT/T 259—1991煤炭可浮性评定方法[S].

Research and application of the PAD gravity-flow type flotation pulp preprocessor

WANG Wei-wei, LIU Yu-miao, CHEN Li-long

(Tangshan Shenzhou Engineering Design Co., Ltd., Tangshan 064000, Hebei, China)

An introduction is made in the paper of the structure, working principle and technical features of the PAD gravity-flow type flotation pulp preprocessor as well as the result of its application at a coal preparation plant in Xinjiang Mining Area, Linfeng, Shanci Province. Under the conditions of treating a raw coal with the same property and basically identical product indices, as compared with the impeller-agitated type of pulp processor, the use of the gravity-flow version can lead to an increase of flotation perfection index by 1.43 percentage points, a drop of the cost of agents per ton of raw coal treated by 48.53 percentage points and a save of power by 25 000 kW·h per year, effectively reducing, as a result, the operating cost of the plant.

flotation; feed pulp preprocessing; PAD gravity-flow type pulp preprocessor; impeller agitated type pulp preprocessor; flotation perfection index; consumption of flotation reagent

1001-3571(2016)04-0022-04

TD943

A

2016-07-31

10.16447/j.cnki.cpt.2016.04.006

王微微(1979—),女，山东省枣庄市人，工程师，从事选煤工艺和设备的研究工作。

E-mail：www@tssenpu.cn Tel：18833335480

王微微，刘雨苗，陈立龙. PAD型重力流态式矿浆预处理器的研究与应用[J]. 选煤技术,2016(4):22-25.