聚丙烯酰胺對水介質旋流器分選性能的影響規律研究

劉愛榮，樊民強

（太原理工大學 礦業工程學院，太原 030024）

水介質旋流器作為細粒煤的分選設備之一，以其結構簡單，布置方便，無運動部件，易管理，使用壽命長，分選成本低等優勢，在細粒煤分選方面具有廣闊的應用前景[1]。作為按密度進行分選的重選設備，水介質旋流器的分選性能受顆粒粒度的影響很大，隨著粒度逐漸減小，分選效率逐漸降低，-0.125 mm微細粒的分選效果相對較差[2]。在重力、離心力等宏觀作用力場，微細粒礦物是很難實現高效分選的，近年來人們開始注意到顆粒間的表面力作用有利于提高微細粒重選的分選效率[3]。胡筱敏等[4]曾對微細粒弱磁性赤鐵礦的磁種團聚-高分子絮凝-水力旋流器分離工藝進行了系統的研究，結果表明高分子絮凝所得絮團更為密實，粒度粗，強度大，適于重選設備分離。

絮凝劑聚丙烯酰胺在微細粒重選中的應用主要是對細粒級礦物選擇性絮凝，使被分選礦粒選擇性地形成絮團以增大顆粒的粒徑，為實現重選創造粒度條件[5]。那么，聚丙烯酰胺對于細粒煤離心力場重選會有怎樣的影響，目前還沒有看到這方面的報道。本文主要考查聚丙烯酰胺作為輔助藥劑對水介質旋流器在分選細粒煤時分選性能的影響。

1 試驗

1.1 煤樣性質

本試驗采用的是屯蘭選煤廠原煤，經破碎、篩分（1mm）、混勻裝袋后備用。試驗用煤樣的篩分結果見表1，＋0.125mm粒級的浮沉試驗結果見表2。

表1 煤樣小篩分分析結果（質量分數）

表2 ＋0.125mm粒級原煤浮沉試驗結果（質量分數）

從表1可以看出，試驗所用煤樣中約有40%為-0.074mm粒級的微細粒煤泥。從表2可以看出，當精煤灰分9.67%時，累計產率可達到72.77%，該煤樣中＋0.125mm粒級屬于易選煤。

1.2 試驗方法

取一定量的非離子型聚丙烯酰胺粉末，分子量800萬，配制聚丙烯酰胺溶液，藥劑用量按噸干煤泥量1，5，10，25g／t向攪拌桶內分別添加，調漿，待分選工況穩定后，同時接取旋流器溢流與底流，然后將溢流與底流進行篩分、過濾、烘干、稱重并化驗各粒級物料灰分。

試驗中水介質旋流器型號為?75mm，溢流管直徑、底流口直徑、溢流管插入深度分別為22，8，70 mm，旋流器給料壓力為0.15MPa，礦漿固體濃度為100g／L。試驗系統見圖1。

圖1 試驗系統示意圖

2 結果與討論

2.1 PAM對水介質旋流器分選結果的影響

由圖2可以看出，PAM添加后旋流器溢流各粒級的回收率隨著加藥量的增大逐漸降低，在加藥量25g／t時＋0.074mm粒級的產率又迅速增大。

由圖3可以看出，添加PAM后，溢流＋0.074 mm粒級的灰分隨著加藥量的增大逐漸降低，在加藥量25g／t時又迅速增大。PAM對-0.074mm粒級的溢流灰分影響很小。當藥劑用量過大時，在絮團中可能包裹了一些親水性顆粒進入溢流產品，導致溢流灰分增大。

由圖4可以看出，PAM的添加對各粒級底流灰分的影響是不同的，對于＋0.25mm粒級隨著藥劑用量的增加底流灰分逐漸降低，而-0.25mm粒級則隨著藥劑用量的增加底流灰分逐漸增大而后降低，在藥劑用量25g／t時又迅速增大。

圖2 PAM用量對溢流回收率（質量分數）的影響

圖3 PAM用量對溢流灰分（質量分數）的影響

圖4 PAM用量對底流灰分（質量分數）的影響

2.2 PAM對水介質旋流器分選效率的影響

為綜合評定PAM對旋流器分選效果的影響，采用漢考克效率作為評定指標，漢考克效率計算公式見公式（1），根據試驗結果計算不同加藥量下各粒級漢考克效率見圖5所示。

式中：Ac與Af分別為精煤灰分與入料灰分；Yc為精煤產率。

圖5 PAM用量對各粒級綜合效率的影響

從圖5可以看出，水介質旋流器中PAM的添加，可以提高＋0.074m粒級的分選效率，且隨著加藥量的增大，分選效率逐漸增大，在加藥量達10g／t時，＋0.074mm粒級的提高幅度較大，特別是0.25～0.125mm粒級可提高22%左右。但當藥劑用量25 g／t時各粒級分選效率有所降低，這說明PAM用量存在著最佳值，加藥量過大后不利于分選。

3 絮凝劑PAM提高旋流器分選性能的機理分析

由上述試驗結果與討論可知，PAM的添加可大幅度提高-0.25mm粒級細粒煤的分選效率。為了弄清楚旋流器入料中添加PAM可提高分選效率的機理，單獨對-0.25mm粒級的原煤在絮凝前（不加PAM）、絮凝后（PAM 用量5g／t）進行了水介質旋流器分選試驗，采用激光粒度分析儀分別對旋流器入料、溢流、底流進行了粒度組成分析，見圖6，圖7。

由圖6可以看出，-0.25mm粒級旋流器入料添加PAM后，-0.1mm粒級的百分含量降低，＋0.1 mm粒級的百分含量大幅度增加，這說明PAM對入料進行了絮凝，形成了絮團，顆粒的表觀粒度增大。由圖7可以看出，絮凝后的礦漿經渣漿泵給入旋流器進行分選，旋流器溢流和底流的粒度組成與絮凝前的溢流和底流相比細粒級的百分含量略有降低，粗粒級的百分含量略有升高，這說明旋流器入料絮凝后再進行分選，其溢流和底流中均存在著絮團，PAM高分子長鏈對顆粒進行了絮凝，增大了顆粒的表觀粒度，根據斯托克斯公式可知，顆粒沉降速度與顆粒的直徑的平方成正比，那么絮團的存在為重選創造了分離條件，所以向水介質旋流器入料中添加PAM可提高旋流器的分選效率。

圖6 -0.25mm原煤絮凝前后粒度組成

圖7 旋流器溢流、底流絮凝前后的粒度組成

4 結論

1）水介質旋流器入料中添加PAM，在0～10 g／t范圍內，隨著藥劑用量的增加，＋0.074mm粒級溢流灰分大幅度降低，底流中-0.25mm粒級的灰分有所增大。

2）對旋流器入料礦漿絮凝后重力分選，可提高＋0.074mm粒級的分選效率，尤其是0.25～0.125 mm粒級的分選效率得到大幅度提高，可高達22%左右。

3）通過對水介質旋流器分選產品的粒度組成對比，證實了絮凝劑作為輔助藥劑可提高細粒煤重選分選效率的原因主要是提高了細粒煤的表觀粒度。

[1]Yunkai Xia，JianGuang Li.Fine coal circuitry considerations in treatment of soft coal with difficult washabilities[J].Fuel Processing Technology 2007，88（8）：759-769.

[2]樊民強，董連平，韓曉恒，等.新型水介質旋流器分選粗煤泥的試驗研究與工業應用[J].選煤技術，2007（4）：25-29.

[3]劉四清，莊故章.表面力與微細粒礦物分選研究現狀及展望[J].昆明理工大學學報，1997，22（2）：32-35.

[4]胡筱敏，羅蒨，張維慶.赤鐵礦的磁種團聚一高分子絮凝及其重選分離的研究[J].金屬礦山，1991（12）：41-43.

[5]張明旭.選擇性絮凝技術及其在煤炭分選中的應用[J].東北煤炭技術，1998（3）：48-52.