选煤厂煤泥浮选及干燥技术探讨

摘要：随着选煤工艺的不断进步，选煤厂煤泥的浮选、干燥、压滤等工艺也在不断的发展和完善。煤泥浮选是将细粒级的煤分选成中粒级的产品，是选煤厂的重要生产工艺，在工业生产中应用广泛，煤泥干燥则是将煤泥中水分降低到一定范围内，减少对后续产品脱水的影响，提高精煤产率。基于此，本文简单介绍选煤厂煤泥浮选及干燥的作用，深入探讨选煤厂煤泥浮选要点和煤泥干燥技术，以供参考。

关键词：药剂；干燥技术；浮选

DOI：10.12433/zgkjtz.20240141

选煤厂煤泥的处理是既降低选煤成本，又保证选煤厂正常生产的重要环节。但由于煤泥中含有大量的水分，如果不对其进行处理，煤泥中的水分就会逐渐升高，影响选煤厂煤泥的质量和处理效率，增加运输成本，并造成安全隐患。因此，如何降低煤泥中的水分是一个重要的问题。

一、选煤厂煤泥浮选及干燥的作用

（一）提高浮选效果

煤泥水分越高，其在浮选过程中的表面张力就越大，不利于浮选药剂的分散和气泡与颗粒的附着，从而影响浮选效果。如果浮选机内煤泥水分过大，在浮选时易造成泡沫过湿，不仅会降低泡沫的稳定性和附着能力，还会使泡沫容易在浮选机内生成“针眼”和“过湿”现象。在浮选机内煤泥水分过低时，气泡与颗粒的附着能力会降低。如果煤泥水分过小，会影响气泡与颗粒的附着能力，降低泡沫稳定性，减少泡沫层厚度。同时，随着煤中水分的减少，煤泥中细颗粒含量增加，浮选时易造成泡沫过湿或过干。当浮选机内煤泥水分较高时，泡沫层厚度较大、泡沫稳定性差、易发生溢流“针眼”现象、浮选机容易发生磨损等现象。因此，在浮选前降低煤中水分对提高煤泥浮选效果具有重要意义。

（二）降低煤泥泥化程度

煤泥泥化程度过高不仅会造成浮选药剂用量过大，还会造成煤泥浮选不彻底，从而影响精煤质量，甚至造成跳汰分选或浮选设备损坏，阻碍生产的正常运行。在对煤泥浮选前，需要对煤泥进行干燥处理，干燥后的煤泥中水分降低到一定范围内，可避免煤泥与药剂之间的剧烈反应，减少药剂用量，提高精煤产率。在煤泥干燥过程中，水分主要由煤中的自由水和吸附水构成。当煤中自由水含量较高时，会导致其在干燥过程中产生较多的水分，而当煤中吸附水含量较高时，会导致其在干燥过程中难以消除。因此为了提高煤泥的干燥效果，需要对煤进行适当脱水处理或降低煤的水分含量。

二、选煤厂煤泥浮选要点

（一）浮选过程

起泡：用药剂使悬浮液中的气泡浮出，所使用的药剂称为起泡剂。起泡剂在气泡表面上吸附，并将其表面粘附的细泥或气泡包裹起来，形成泡沫层。浮出的泡沫层越厚，其含泥量就越低。浮选过程中起泡的主要作用是：抑制煤泥的再悬浮，防止悬浮液中形成泡沫层；将空气与煤粒表面接触，使足够的氧气与煤粒表面发生氧化反应，降低煤粒表面能，破坏其疏水性；增加悬浮液中的气泡数量，使之具有良好的流动性，改善矿浆在空气中的扩散速度，加快煤粒从空气中脱离出来的速度；使矿浆中产生气泡或气泡周围产生泡沫层，将矿浆和空气隔开。因此，起泡过程是一个选择性分离和泡沫层控制过程。起泡过程可分为两个阶段：第一阶段：将气泡包裹在煤粒表面，并使其粘附在表面；第二阶段：使泡沫层稳定，防止悬浮液中的气泡过多释放。

浮选：将悬浮液中的煤粒分离出来，将浮选精煤与煤泥一起进入分选设备进行分选。在浮选过程中，粗颗粒主要靠机械搅拌、空气搅拌和药剂搅拌进行分选。粗颗粒浮选后进入煤泥浓缩池浓缩至－0.35 mm以下。泡沫层形成过程是指在浮选过程中，在矿浆中不断有气泡产生并粘附在颗粒表面上，或当浮选机的给矿量或浮选入料浓度超过浮选精煤的产率时，会出现泡沫层现象。浮选机可以控制泡沫层厚度和厚度，从而控制煤泥的产率和灰分。

（二）浮选机溢流液位控制

浮选机溢流液位控制主要有人工手动操作、自动化控制系统、 PLC自动控制三种方式。对于人工手动操作，无法实现自动控制，主要是对药剂投加量、药剂添加顺序和入料浓度等进行人为手动调节，很难达到最佳的药剂投放效果。对于自动化控制，目前主要采用液位传感器进行人工检测和人工手动调整浮选机溢流液位。自动化控制系统则通过 PLC程序实现自动控制，能在一定程度上解决上述问题。但PLC控制系统的程序编写较复杂，对操作员的操作水平需求较高，需要熟练掌握 PLC程序编写技术。此外，当浮选机出现故障时，人工调整液位难度较大。

（三）浮选药剂自动添加

浮选药剂添加是浮选工艺中的关键环节，浮选药剂自动添加系统可对浮选工艺进行自动控制，具有运行可靠、操作方便等特点。主要功能包括：根据浮选机入料浓度、入料压力、浮选药剂浓度及用量，自动计算浮选机各道工序所需药剂的量，并通过智能控制系统向各个加药装置（如液位调节阀、液位开关等）发送指令，实现自动加药。根据浮选药剂的量以及浮选药剂的成分及其浓度，自动控制各加药装置（如计量泵、加药泵等）的转速，使其按一定比例混合后再向各加药装置中加入浮选剂。根据浮选药剂的成分及其浓度，自动控制加药泵的流量、转速和加药量。根据浮选药剂浓度的变化情况，自动控制给药装置的工作状态，确保浮选药剂在各加药装置中均匀分布。实现浮选剂的自动添加可以提高浮选作业效率，降低人力成本和劳动强度，实现安全生产。

（四）浮选机智能控制

浮选机是煤泥浮选过程的核心设备，通过搅拌和机械搅拌产生气泡，将矿物颗粒和气泡混合在一起，提高矿物回收率。浮选机主要是对浮选机的充气量、搅拌速度、泡沫层厚度等进行控制。浮选充气量是根据生产过程中实际所需的浮选产品量计算，在实际生产中，当浮选机不能满足生产需求时，要增加充气量，否则会影响产品质量。目前，用于浮选机控制的充气量调节方法主要包括：在浮选机上安装浮选充气量调节阀调节充气量、通过调节搅拌速度控制充入矿浆中气泡的数量、通过调节搅拌桨转速控制充入矿浆中气泡的数量。

赵军华等人基于模糊控制和专家控制设计了一种浮选机充气量模糊控制器，实现了对浮选机充气量的在线监测。该控制器可根据生产现场实际情况调整参数，实现对浮选机充气量的智能控制。由于泡沫层厚度会直接影响着浮选效果，因此需要准确测量泡沫层厚度并通过神经网络算法预测泡沫层厚度，可以在浮选机上安装泡沫层厚度在线测量系统，并利用该系统进行浮选充气量的智能控制。另外，为了实现对煤泥水处理系统中泡沫层厚度的监测和控制，在工业生产中使用泡沫层厚度在线测量系统。浮选机搅拌速度是影响矿物回收率的重要因素之一。采用模糊控制方法可以根据实际情况调节搅拌速度。例如，在实际生产中，由于煤泥水中含有大量煤泥和较多的水分，会导致搅拌速度不能快速调整。因此，将模糊控制与自适应模糊控制相结合以调节搅拌速度来调节矿浆浓度是一种有效的方法。

三、选煤厂煤泥干燥技术

（一）传统干燥方法

选煤厂煤泥干燥技术的研究是近年来的一项重要课题，传统的干燥方法是利用燃烧蒸发煤泥中的水分，而这种方法具有较大的局限性。由于燃烧过程中产生的热空气量较少，难以实现充分利用能源的目的，且燃烧过程中会产生大量污染物，不仅造成环境污染，还会影响空气质量，甚至对设备和工作人员造成严重伤害，这都是传统干燥方法无法克服的缺陷。因此，必须对煤泥干燥技术进行改进，提高干燥效率。

目前，国内采用的煤泥干燥方法主要有：利用重力排出水分、利用高温水蒸气蒸发、利用热风吹干水分、利用热泵烘干。其中，前三种方法可以有效降低煤泥中的水分含量，但还存在一些局限性：重力排出水分虽然操作简单方便，但耗能较大；高温水蒸气蒸发虽然可以使煤泥中的水分蒸发，但成本高；热泵烘干虽然操作简单方便、成本低、节能效果好，但存在投资较大、占地面积大等缺点。

（二）自然晾干

自然晾干是一种经济、环保的煤泥处理方式，具有投资小、建设周期短、占地面积小等优点，但其缺点也很明显，例如，设备运行能耗大、人工操作工作量大、煤泥水分不易控制等。煤泥自然晾干的基本原理是将煤泥在适宜的温度、湿度环境下进行干燥，使其水分降低到自然状态下的10%以下，再堆放或外运。主要工艺流程为：煤泥与水混合后在一定温度下自然晾干，或在不低于20℃的温度条件下将煤泥摊开在干燥室内，通过自然风干。根据自然晾干方式的不同，一般分为三种类型：

第一，翻晒式。该方式采用人工翻晒的方式，将煤泥摊在地面上，在阳光下曝晒，使水分降低到10%以下。主要存在的问题包括：没有设备辅助烘干，造成能源浪费；对煤泥中水分进行控制较困难；无法避免太阳照射对煤泥质量的影响。

第二，烘干式。该方式是通过烘干设备将煤泥中的水分烘干至10%以下。存在的问题包括：需要燃料等辅助材料；烘干过程中温度变化大，容易导致煤泥质量变差；对煤泥中水分的控制不够准确。

第三，晾晒式。该方式是通过阳光照射，使煤泥中的水分蒸发掉。优势包括：操作简单；投资小，可以节省较多的人力成本；可以控制煤泥中的水分，避免水分过高造成煤泥质量变差或堵塞等问题。晾晒式自然晾干又可以分为单铺式和双铺式两种。单铺式晾晒法指的是将煤泥均匀地铺在地面上或地面上，双铺式晾晒法指的是在地面上铺设一层薄布或麻袋片等材料来实现对煤泥中水分的控制。相比于传统晾晒方式，晾晒式自然晾干具有明显优势：可以有效控制煤泥中的水分，提高煤炭质量、提高煤炭运输效率、减少运输成本。晾干式自然晾干方法虽然有诸多优点，但在应用方面仍存在一些问题，因此仍需要综合考虑多方面因素选择合适的晾干法。

（三）微波干燥

微波是一种电磁波，是由不同频率的电磁波组成的。不同频率的电磁波在介质中传播时，其作用效果也会不同，其中，最强的电磁波是微波。由于微波具有穿透性和加热快的特点，在干燥中将煤泥进行快速加热，并提高水分含量。微波干燥主要是利用煤颗粒吸收微波后发生热变形产生大量热量，从而达到干燥煤泥的目的。微波干燥具有以下特点：第一，微波能穿透物料并使其内部发生热效应。第二，微波能破坏物料中的有机分子和无机离子。第三，使物料中的水分快速汽化。因此，在煤泥干燥过程中，应用微波技术可以有效降低煤泥中的水分含量。另外，由于煤泥是一种有机物和无机物混合的物质，因此在干燥过程中可以同时对有机物和无机物进行干燥处理。煤泥是一种热敏性物质，在微波加热过程中容易发生自燃现象，因此在应用微波干燥技术时一定要注意安全。目前，国内外有不少学者对煤泥微波干燥进行了研究和开发，例如，吴志华等人提出了一种利用微波对煤泥进行加热、干燥的方法，李刚等人提出了一种利用微波对煤泥进行加热、干燥的方法。

（四）超声波干燥

超声波干燥技术是将超声波设备应用到干燥领域，原理是将超声波传递到固体表面，使其吸收超声波能量，从而降低固体表面温度，最终实现干燥。实验表明：超声波干燥能有效降低煤泥中的水分，但在干燥过程中煤泥的水分会随着时间的延长而增加。随着温度和压力的增加，煤泥中水分会不断蒸发。此外，超声波干燥技术不能将水分全部干燥，还需要其他方法除去煤泥中的水分。目前已有研究表明：超声波与其他技术联合使用可提高煤泥干燥效率，超声波能增强煤泥水分子间的相互作用力，促进煤泥水分子扩散，改变煤泥表面性质，促进煤泥中水分蒸发。在实际应用中，根据具体情况选择合适的设备和方法降低煤泥水分子之间的相互作用力。

四、结语

新时代，选煤厂对煤泥进行浮选和干燥有着重要意义，需要结合实际情况，了解煤泥浮选和干燥的作用，并掌握超声波干燥、微波干燥、浮选精煤产品的灰分、浮选机型和设计等一系列要点，确保煤泥浮选和干燥有效进行，并推动可持续发展。

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作者简介：田丰亮（1987），男，山西省介休市人，本科，助理工程师，主要研究方向为煤泥浮选。