煤泥精选作业中矿浆浓度对各项指标的影响研究

程翔锐，丁光耀，庞士虎，朱再胜，倪恒球，吴大为

(1.唐山国华科技国际工程有限公司，河北 唐山063020；2.北京国华科技集团有限公司，北京101300； 3.淮南矿业(集团)有限责任公司 选煤分公司，安徽 淮南232046)

我国煤泥的可浮性较差，多数选煤厂的浮选精煤灰分都高于重选产品灰分，故生产中不得不通过降低分选密度来降低重选精煤灰分，以保证最终产品质量合格。为了解决这种技术经济上不合理的“背灰”问题，自进入21世纪以来，煤泥精选工艺逐步得到推广和应用，且已成为选煤技术发展的一个趋势。

在煤泥精选作业中，调整浮选机吸气管的开启程度即可调整充气量，调整尾矿闸板的升降幅度即可调整浮选槽内的矿浆液位，进而可以改变浮选机的刮泡量[1]，能够达到提高浮选精煤质量的目的。这两种调整方式较为简单，现场操作人员易于掌握，但是基于矿浆浓度的调整方式较为复杂[2-3]，在常规范围内不能直接观察出精煤质量的变化，而其常常又被现场忽视，导致煤泥精选作业的优势不能充分发挥。

曾有研究者在实验室对煤泥精选作业的矿浆浓度进行了研究，以探索其对各项指标的影响规律。但就设备结构来看，实验室浮选机与工业浮选机存在极大的差异，且浮选过程完全不同；前者的浮选过程为间断性的，后者的浮选过程为连续性的，故实验室研究结果并不十分贴近现场实际生产。为此，以潘一选煤厂浮选系统作为工业性测试平台，探索煤泥精选作业中矿浆浓度对各项指标的影响规律[4]。

1 浮选系统作业流程

潘一选煤厂是一座设计能力为6 Mt/a的大型炼焦煤选煤厂，共配置有8台FJCA20-5型喷射式浮选机，其中5台用于煤泥粗选作业，另外3台用于煤泥精选作业。潘一选煤厂的浮选系统工艺流程如图1所示。

图1 潘一选煤厂浮选系统工艺流程图

在实际生产过程中，一段、二段精煤泥弧形筛的筛下水和精煤泥离心脱水机的离心液汇合后成为入浮矿浆。针对矿浆内高灰细泥多的问题，先采用脱泥池预先脱除部分细泥[5-6]，再采用雾化跌落式煤浆预处理器处理；矿浆经粗选浮选机分选后产出粗选精煤，其经精选浮选机分选后产出最终浮选精煤；精选精煤由加压过滤机脱水回收，滤液返回精选作业环节，粗选、精选作业产出的尾煤和脱泥池的溢流均由一段浓缩机处理。

2 精选作业的矿浆粒度组成

潘一选煤厂煤泥精选作业入料粒度组成见表1。

表1 矿浆粒度组成

由表1可知：

(1)随着粒度的减小，各粒级灰分增高；>0.03 mm的各粒级灰分增幅小而缓，<0.03 mm粒级的灰分发生突变，突然增高了5.14个百分点。

(2)根据潘一选煤厂要求的浮选精煤灰分11%分析，>0.03 mm的各粒级产率为57.84%，灰分为10.90%，属于质量合格的“精煤”，在精选作业中应该尽可能回收；对于产率为42.16%、灰分为18.82%的<0.03 mm粒级，精选作业的目的是脱泥降灰，提高分选精度。

(3)<0.03 mm粒级灰分高的原因是煤泥中含有大量高灰泥化物，并富集在细粒物料中，其混入粗选精煤的主要途径有两种：①细泥比表面积大，吸附能力强，无选择性地粘附在矿化气泡表面；②一般粗选精煤的液固比不小于3，在液相中含有大量以胶体状态分布的微米级细泥，这些细泥必然混入粗选精煤[7]。

3 矿浆浓度与各项指标的关系

为保证试验的可靠性，采取了两项措施：在同一生产班由同一人员操作；调节稀释水阀门直至矿浆浓度适宜，并于30 min后开始采样测试。

由于精选作业的矿浆中含有大量泡沫，即在一定容积的矿浆中除固液两相外，还存在气相，故不能以固体含量作为矿浆浓度的指标，而必须采用百分浓度指标。

此次浮选试验最大的特点就是精选浮选机有足够的容积，能够适应大流量、低浓度的操作要求。当矿浆浓度由10.37%降至4.37%时，流量为前者的2.37倍，即浮选时间减少57.86个百分点。如果精选浮选机没有充足的处理能力，则浮选时间不足的负面作用必将影响矿浆浓度降低的正面效果。精选作业中不同矿浆浓度时的各项指标见表2。

由表2可知：

(1)由于4组试验的矿浆灰分十分接近，故试验结果具有很好的可比性；随着矿浆浓度的增高，部分指标值增高，其他指标值降低，并呈现出规律性的变化趋势。

(2)4组尾煤灰分接近，精煤可燃体回收率也很接近，说明>0.03 mm粒级均能得到有效回收；4组尾煤灰分均在71%以上，这是煤中伴生矿物以石英为主的缘故，这些伴生矿物基本被脱除而进入尾煤。

表2 精选作业中不同矿浆浓度时的各项指标

3.1 矿浆浓度与工艺效果指标的关系

MT/T 180—1988《选煤厂浮选工艺效果评定方法》[8]是30年前制定的，当时我国设置煤泥精选作业的选煤厂屈指可数，故该标准实际上是用于评定煤泥粗选作业工艺效果。粗选作业与精选作业的入浮矿浆性质完全不同，两者的分选目的也有极大差异，为了反映真实的分选情况，此次以精选完善指标作为综合评价指标[9]，该指标的确切含义见表3。

根据矿浆浓度和精选完善指标统计结果(表4)，对煤泥精选作业的矿浆浓度和精选完善指标的关系进行分析。设矿浆浓度为x、精选完善指标为y，则一元线性回归方程为y=a+bx。

表3 煤泥精选作业的目的和评定指标

表4 矿浆浓度和精选完善指标统计结果

回归直线的斜率(回归系数)b计算式为

b=∑(x-)(y-)∑(x-)2=-23.8121.96=-1.08。

回归直线在y轴上的截距a计算式为

a=-b=60.95。

因此，矿浆浓度与精选完善指标的回归方程为

y=a+bx=60.95-1.08x，

即ηcf=60.95-1.08C，说明精选作业中矿浆浓度每下降1个百分点，精选完善指标上升1.08个百分点。矿浆浓度与精选完善指标的回归直线(图2)，其能直观地反映两者之间的关系。

该线性回归方程的显著性通过相关系数R检验，其计算式为

R=∑(x-)(y-)∑(x-)2∑(y-)2=
-23.8121.96×26.27=-0.991 3。

回归数据总数为4，则自由度为2，通过相关系数Rα表可知：在显著性水平α=0.01时，R0.01=0.990 0。由于R=-0.991 3，故|R|>R0.01，说明矿浆浓度与精选完善指标之间存有很好的负相关关系，且在α=0.01的水平上显著，相关概率为99%。

按照上述研究方法和计算步骤，获得精煤非可燃体脱除率与矿浆浓度的一元线性回归方程，即Et=37.46-1.20C，说明矿浆浓度每下降1个百分点，精煤非可燃体脱除率上升1.20个百分点，其对应的回归直线如图2所示。

图2 矿浆浓度与工艺效果指标的回归直线

3.2 矿浆浓度与生产指标的关系

依据上述研究方法和计算步骤，可以得到矿浆浓度与精煤灰分、精煤产率的一元线性回归方程，分别为Aj=9.57+0.18C、γj=92.67+0.23C，两者对应的回归直线如图3所示。

图3 矿浆浓度与生产指标的回归直线

通过两个一元线性回归方程可知：矿浆浓度每下降1个百分点，精煤灰分下降0.18个百分点，精煤产率下降0.23个百分点。这两个方程能够精确地反映矿浆浓度调整后的生产指标变动情况，可作为生产技术管理人员的预测工具。

3.3 矿浆浓度与细粒分选工艺指标的关系

煤泥精选的实质是对细粒分选，在这个过程中粘附力较弱的高灰细泥从矿化泡沫表面脱落；对于精煤携带的水，由于矿浆已经被清水稀释，其中均匀分布的细泥相对减少[10]，从而达到脱泥降灰的目的。为了实现对其定量分析，设定了两项评定指标，即<0.03 mm粒级降灰率和<0.03 mm粒级脱泥率，两者的计算式分别为

M=A′m-A′jA′m×100%,

N=γ′m-γ′jγm×100%,式中:A′m为计算入料中<0.03 mm粒级灰分，%；A′j为精煤中<0.03 mm粒级灰分，%；γ′m为计算入料中<0.03 mm粒级产率，%；γ′j为精煤中<0.03 mm粒级产率，%。

根据表2数据，建立矿浆浓度与<0.03 mm粒级降灰率、<0.03 mm粒级脱泥率的一元线性回归方程，两者分别为M=17.55-0.40C、N=52.89-1.24C，其对应的回归直线如图4所示。

图4 矿浆浓度与<0.03 mm细粒分选工艺指标的回归直线

在精选作业过程中，降灰和脱泥是同时发生的，由两个线性回归方程可知：矿浆浓度每下降1个百分点，<0.03 mm粒级降灰率上升0.40个百分点，<0.03 mm粒级脱泥率上升1.24个百分点。

3.4 矿浆浓度与各项指标的定量关系

根据上述研究结果，可以得到六个定量描述矿浆浓度与各项指标关系的一元线性回归方程，具体见表5。

表5 矿浆浓度与各项指标的定量关系

4 结论

至今公开刊物中鲜见煤泥精选作业中矿浆浓度对各项指标影响的定量描述，该研究结论有助于选煤厂生产技术管理人员挖掘煤泥精选工艺的潜能，并可为选煤专业的工程设计、科学研究提供可靠的依据和借鉴。通过煤泥精选作业的系列工业性测试，可以得到以下结论：

(1)在工业性测试范围内，矿浆浓度与各项指标之间存在显著的线性关系；此次获得的六个回归方程中，除一个可靠性在80%外，其余皆在90%以上，最高者超过99%，故所做的定量描述是符合实际的、准确的。

(2)由于入浮矿浆的性质存在差异，不同选煤厂所得一元线性回归方程的截距和斜率必然有所不同，但是变化规律和趋势相似。煤泥精选作业的矿浆浓度优化试验在绝大多数选煤厂均可开展，建议在条件具备的情况下开展这方面的工作。

(3)对于不同选煤厂来说，能不能进行降低煤泥精选作业的矿浆浓度技术试验，还应考虑浮选设备和煤泥水澄清、浓缩设备的处理能力是否相适应。