預礦化式浮選柱分選粒度較粗煤泥的試驗研究

張 明 謝廣元 董玉蛟 倪 超

（中國礦業大學化工學院，江蘇省徐州市，221008）

預礦化式浮選柱分選粒度較粗煤泥的試驗研究

張 明 謝廣元 董玉蛟 倪 超

（中國礦業大學化工學院，江蘇省徐州市，221008）

分析了粒度較粗煤泥浮選效果差的現狀，闡述了入料粒度較粗對浮選效果的影響，提出了采用預礦化式旋流微泡浮選柱分選粒度較粗煤泥的新方法，并通過試驗，論證了該方法的可行性。

旋流微泡浮選柱 預礦化 粗粒浮選 煤泥

我國當前選煤工藝是粗粒主要采用大直徑重介旋流器或跳汰分選，煤泥采用浮選分選，但由于較粗煤泥粒度介于重選分選粒度下限和浮選有效分選粒度上限之間，重選和浮選雖然都對其進行了一定程度的分選，但效率都較低；同時由于分級旋流器的效率問題和離心機等設備的跑粗問題，使得部分較粗煤泥進入浮選環節。因此，如何提高粒度較粗煤泥的分選效率成為了關系到整個浮選效果的重要問題。

近年來，浮選柱分選技術取得了重大突破，在眾多類型的浮選柱中，旋流微泡浮選柱是我國研制的適合中國煤泥的浮選柱，具有分選精度高、技術成熟可靠、適應性強、工藝流程簡潔等優點，在產業化方面取得了巨大進展，已在國內得到了廣泛應用。但大多數選煤技術人員認為浮選柱（一般都認為所有浮選柱）的分選下限低，粗粒回收率不如浮選機。為研究和改善浮選柱對粒度較粗煤泥的適應性，構建了預礦化式旋流微泡浮選柱的試驗系統，并給出了相關試驗結果。

1 預礦化式浮選柱的設計思路和結構原理

在浮選過程中，煤粒粒度過大，可能產生4種后果：

（1）礦粒不能在氣－液界面上穩定漂浮；

（2）即使礦粒與氣泡粘著，但氣泡已不能以一定速度將礦粒運載升浮到液面；

（3）在浮選礦漿的流體運動條件下，粘著礦粒可能由于慣性力而從氣泡上脫落；

（4）粗粒煤泥與細粒煤泥在競爭性地吸附藥劑時處于劣勢。

結合上述分析，系統從如何提高旋流微泡浮選柱對粗顆粒粉煤的回收效果入手，采用一種預先礦化的新型給料方式，目的是形成快速浮選機制，即易浮的低灰精煤盡量減少在柱體內的停留時間，優先浮出；同時減小粗顆粒通過的路徑和脫落的機會。

預礦化式浮選柱的具體給料方式和分選過程為：新鮮礦漿經給料泵加壓后首先通過一個氣泡發生器，之后新鮮物料在給料管路內發生管流礦化作用，礦化后的礦漿通過管路給入到浮選柱內2／3高處。在氣泡的作用下礦化的礦漿上升成為精礦，而未被礦化的礦漿逆流進入柱體下部，然后利用旋流微泡浮選柱優秀的分選能力對這部分礦漿進行再次回收。由于部分礦化好的礦漿在進入柱體后即完成分選過程成為精礦，因此降低了實際進入柱體內的礦漿濃度和礦漿中粗顆粒含量，粗粒煤與氣泡碰撞，礦化的干擾程度也會相應降低；同時，吸附在粗粒煤泥表面的細泥減小，有助于提高粗粒煤泥的選擇性和可浮性，從而整體大幅改善了在粒度較粗條件下的浮選效果。

從結構原理上看，預礦化式浮選柱相當于一個小型詹姆森浮選柱同一個旋流微泡浮選柱的上下串聯疊加，上部是詹姆森浮選柱負責粗選，下部是旋流微泡浮選柱負責掃選。采用它對粒度較粗煤泥水進行處理，研究其分選效果，并與傳統給料式旋流微泡浮選柱的分選效果進行對比，初步探尋預礦化式浮選柱對粒度較粗煤泥的適應性。

2 預礦化式浮選柱的系統構建與試驗準備

首先建立實驗室試驗模型，模型結構示意圖見圖1。

圖1 預礦化式浮選柱試驗系統示意圖

預礦化式浮選柱采用一段常規結構的旋流微泡浮選柱，只是改變了入料方式。為了考察預礦化式浮選柱的分選效果，并與傳統旋流微泡浮選柱的浮選結果進行對比，在對比試驗過程中采用了相同的原料煤，粒度組成見表1，相同的藥劑制度，捕收劑用量600g／t，起泡劑用量180g／t，分別接取浮選柱的精煤和尾煤，化驗各自的灰分。

表1 入料粒度組成%

由表1可以看出：煤樣的最大粒度是0.7 mm，各粒級分布比較平均，主導粒級是0.5～0.25mm，占25.95%，＋0.5mm含量占32.56%，粒度組成有利于試驗研究粗顆粒的浮選效果。煤樣總灰分較低，為14.37%。

3 預礦化式浮選柱系統可行性試驗

3.1 預礦化式浮選柱正交試驗設計

為了判斷入料濃度、預礦化壓力和循環壓力這3個因素對浮選精煤灰分、精煤產率以及浮選完善指標影響的顯著性，試驗過程中每個因素選取3個水平，其中預礦化壓力水平為0.08MPa、0.10 MPa、0.08MPa（采用擬水平法，將試驗效果較好的0.08MPa充當第三水平，使其水平數與其他因素水平數相等）。試驗條件設計見表2。

3.2 傳統式浮選柱析因試驗設計

為了對比預礦化式浮選柱與傳統旋流微泡浮選柱浮選試驗結果，重點考察預礦化壓力這一因素對浮選精煤灰分、精煤產率以及浮選完善指標影響的顯著性，試驗過程總共考察了2個因素：入料濃度和循環壓力，也選取與預礦化式相同的3個水平進行析因試驗分析。試驗條件設計見表2。

3.3 兩種結構試驗結果對比分析

預礦化式浮選柱與傳統旋流微泡浮選柱浮選試驗結果見表3。

為重點考察預礦化式浮選柱對于＋0.5mm粗粒的分選效果，對兩種結構所得精煤進行篩分，試驗結果見表4。

表2 預礦化式正交試驗與傳統式析因試驗條件設計

表3 預礦化式與傳統式浮選柱分選結果對比%

表4 預礦化式與傳統式浮選柱分選＋0.5mm粗粒結果對比%

由表3和表4試驗數據對比分析可以看出：

（1）濃度對精煤灰分影響較大，兩種結構下精煤灰分隨濃度的升高均有一定程度的升高，在同一濃度下，從整體來看，預礦化式浮選柱的精煤灰分較傳統結構浮選柱精煤灰分低。

（2）對于預礦化式浮選柱，循環壓力和預礦化壓力對于精煤產率影響明顯，在同一濃度下，循環壓力低能獲得更高的精煤產率；就整個試驗而言，預礦化壓力低能獲得更高的精煤產率。

（3）對比兩種結構浮選柱對＋0.5mm粗粒的分選效果可知，預礦化式較傳統式浮選柱分選所得粗粒精煤灰分更低，回收率更高，浮選完善指標更好。

（4）總體上看各濃度下的浮選完善指標隨結構的變化規律為預礦化柱大于傳統柱。當入料濃度超過80g／L條件下，預礦化式浮選柱的浮選完善指標隨濃度增加而降低的幅度要小于傳統浮選柱，這說明預礦化式浮選柱對粒度較粗煤泥的處理效果要好于傳統浮選柱。

3.4 三因素對預礦化式浮選柱浮選指標影響

預礦化式浮選柱精煤灰分、產率及浮選完善指標方差分析見表5～表7。

表5 精煤灰分方差分析表

表6 精煤產率方差分析表

表7 浮選完善指標方差分析表

各因素對預礦化式浮選柱浮選指標影響顯著性分析如下：

由表5可以看出，濃度對精煤灰分影響十分顯著；預礦化壓力和循環壓力對精煤灰分的影響比較顯著，二者的影響顯著性相同。由表6可以看出，濃度對精煤產率的影響十分顯著；預礦化壓力對精煤產率的影響較為顯著；循環壓力對精煤產率無顯著影響。由表7可以看出，濃度、預礦化壓力和循環壓力對浮選完善指標均無顯著影響。

4 結論

（1）適當降低循環泵的壓力，能夠降低礦漿內的紊流度，減少粗粒脫落機會。從而可以有效地提高浮選柱對于粒度較粗粒煤泥的回收率。

（2）就預礦化式浮選柱而言，濃度對精煤灰分和產率的影響都最為顯著；預礦化壓力對精煤灰分和產率的影響比較顯著；循環壓力對精煤灰分的影響比較顯著，對精煤產率無顯著影響；同時三者對浮選完善指標均無顯著影響。

（3）預礦化式浮選柱的精煤產率和浮選完善指標高于傳統浮選柱，對粒度較粗煤泥的處理效果要好于傳統浮選柱，說明采用預礦化式旋流微泡浮選柱分選粒度較粗煤泥的方法具有一定的可行性。

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［4］ 謝領輝.高濃度煤泥水柱分選試驗研究［D］.徐州：中國礦業大學，2009（5）

［5］ 李振濤，謝廣元，彭耀麗.浮選柱串聯工藝改善粗顆粒煤泥浮選效果的探索［J］.煤炭工程，2011（1）

［6］ 劉炯天，樊民強.試驗研究方法［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2006

Experimental study on separation of larger size slime using pre－mineralizing flotation column

Zhang Ming，Xie Guangyuan，Dong Yujiao，Ni Chao
（School of Chemical Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

The paper analyzed the present poor status of flotation on larger size slime，and the effects of larger size slime feed on flotation performance were elaborated.Utilization of premineralizing cyclonic micro－bubble flotation column to separate the larger size slime was proposed.In the meantime，the feasibility of this method was experimentally testified.

cyclonic micro－bubble flotation column，pre－mineralizing，floatation of larger size slime，slime

TD943

A

張明（1985－），男，碩士研究生，主要研究方向為細粒煤分選與脫水。

（責任編輯 張毅玲）