攪拌速度對(duì)浮選機(jī)分選效果影響的研究

劉樹(shù)成

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467013)

攪拌速度對(duì)浮選機(jī)分選效果影響的研究

劉樹(shù)成

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，河南 平頂山 467013)

分析了攪拌在浮選機(jī)浮選過(guò)程中的作用，以精煤可燃體回收率、灰分和浮選完善指標(biāo)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察了調(diào)漿、浮選兩階段攪拌速度對(duì)浮選效果的影響。研究表明：調(diào)漿階段采用較高的攪拌速度可以強(qiáng)化氣泡的礦化過(guò)程，有利于提高可燃體回收率；浮選階段則宜采用相對(duì)較低的攪拌速度，以降低浮選槽內(nèi)的紊流對(duì)泡沫層的影響，更有利于降低精煤灰分。

機(jī)械攪拌式浮選機(jī)；調(diào)漿階段；浮選階段；攪拌速度；浮選完善指標(biāo)

近年來(lái)，隨著我國(guó)煤炭開(kāi)采機(jī)械化程度的提高，導(dǎo)致入選原煤中的原生煤泥量不斷增加，加上煤田地質(zhì)條件的惡化以及煤泥水系統(tǒng)不斷的完善，導(dǎo)致浮選煤泥粒度組成越來(lái)越細(xì)，浮選入料中<0.074 mm粒級(jí)含量通常在40%以上，個(gè)別選煤廠甚至超過(guò)70%，使煤泥粒度呈微細(xì)化，且細(xì)泥中泥質(zhì)礦物含量大，可浮性較差[1-5]。另外，隨著選煤廠大型化建設(shè)，煤泥水濃度日益增高，使煤泥分選的難度也隨之加大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)各大選煤廠煤泥含量約為15%～35%，這部分煤泥如不能得到有效分選，將對(duì)煤炭資源造成極大的浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)對(duì)選煤廠洗水閉路循環(huán)以及全廠的正常生產(chǎn)造成很大影響[6-9]。

機(jī)械攪拌式浮選機(jī)是目前浮選生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的浮選設(shè)備，其關(guān)鍵部件是機(jī)械攪拌裝置，而攪拌裝置的攪拌效果直接影響浮選效果的好壞[10-11]。為了探究攪拌速度對(duì)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)分選效果的影響，在不同的機(jī)械攪拌速度條件下進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究與分析。

1 浮選過(guò)程中的攪拌作用

煤泥浮選是依據(jù)煤與脈石礦物表面性質(zhì)差異分選的一種物理化學(xué)過(guò)程。浮選過(guò)程可分為兩個(gè)階段：一是調(diào)漿階段。在調(diào)漿階段，通過(guò)攪拌使煤泥與浮選藥劑混合接觸，使藥劑吸附于煤粒表面，增強(qiáng)疏水性。調(diào)漿是煤泥浮選的基礎(chǔ)；二是浮選階段。在浮選階段，懸浮的礦粒與氣泡碰撞-粘附形成礦化氣泡，并升浮成泡沫層。浮選分離的條件是煤粒在液相和氣相兩個(gè)界面的選擇性粘附，這個(gè)過(guò)程一方面取決于浮選機(jī)的運(yùn)動(dòng)特征，另一方面取決于它們間的相互位移速度、煤粒與氣泡的碰撞力等。

攪拌主要會(huì)對(duì)礦漿充氣均勻程度、氣泡礦化速度、礦化氣泡上的礦粒脫落、精礦泡沫層的穩(wěn)定性等方面產(chǎn)生影響。在煤泥浮選過(guò)程中，較高的攪拌速度可提供較高剪切強(qiáng)度的攪拌能，能促進(jìn)礦粒懸浮以及礦粒和氣泡在槽內(nèi)均勻分布，防止粗粒的分層和沉淀，增加礦粒和氣泡的接觸機(jī)會(huì)；可以增強(qiáng)空氣在槽內(nèi)高壓區(qū)的溶解性，增加活性微泡在低壓區(qū)的析出；可以促進(jìn)難溶藥劑的溶解和分散，加強(qiáng)藥劑與礦粒的吸附。但是，攪拌速度不宜過(guò)大，過(guò)大的攪拌速度，會(huì)產(chǎn)生以下不良影響：會(huì)促進(jìn)氣泡兼并，降低氣泡礦化幾率，影響分選的選擇性，造成精礦質(zhì)量差；會(huì)導(dǎo)致礦粒從氣泡上脫落幾率增加，難以形成穩(wěn)定泡沫層；易使分選物料過(guò)粉碎和泥化，加大細(xì)粒分選難度；同時(shí)，過(guò)大的攪拌速度還會(huì)造成電能消耗增加與浮選機(jī)各部分的損耗加大，降低使用壽命，使浮選生產(chǎn)成本進(jìn)一步增加。因此研究不同攪拌速度對(duì)物料浮選的影響，探求最適宜的攪拌速度具有重要的意義。

2 試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

試驗(yàn)研究是在實(shí)驗(yàn)室小浮選機(jī)上進(jìn)行的，浮選槽體容積為1.5 L。為研究攪拌速度對(duì)浮選效果的影響，分別對(duì)調(diào)漿階段和浮選階段的攪拌葉輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行了試驗(yàn)，葉輪轉(zhuǎn)速通過(guò)變頻器進(jìn)行調(diào)整。浮選過(guò)程為：首先將煤漿潤(rùn)濕(2 min)，之后依次加入捕收劑(攪拌1 min)、起泡劑(攪拌10 s)，將此過(guò)程視為調(diào)漿階段；接下來(lái)的充氣刮泡過(guò)程則視為浮選階段。在試驗(yàn)過(guò)程中，只改變兩個(gè)階段的攪拌速度，其他條件保持一致：礦漿濃度為60 g/L，捕收劑(煤油)用量為500 g/t，起泡劑(仲辛醇)用量為100 g/t，充氣量為0.3 m3/h，刮泡時(shí)間為3 min。

試驗(yàn)內(nèi)容主要在下述三種條件下完成：①浮選階段攪拌速度固定，改變調(diào)漿階段的攪拌速度；②調(diào)漿階段攪拌速度固定，改變浮選階段的攪拌速度；③將兩個(gè)階段設(shè)定為同一攪拌速度，同時(shí)改變攪拌速度。試驗(yàn)過(guò)程中攪拌速度范圍為1 200～2 800 r/min，變化間隔為200 r/min。以精煤灰分、可燃體回收率和浮選完善指標(biāo)作為考察分選效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 調(diào)漿階段攪拌速度試驗(yàn)

調(diào)漿階段是礦粒分散及其與藥劑吸附的過(guò)程，攪拌的主要作用為：一是使礦粒有效懸浮、藥劑充分分散，攪拌越強(qiáng)，藥劑分散度越高，浮選的效果越好，藥劑消耗量越低，經(jīng)濟(jì)效益越高；二是使油滴和煤粒產(chǎn)生強(qiáng)烈地混合和碰撞，強(qiáng)化其粘著和吸附的過(guò)程，增強(qiáng)礦粒的疏水性。加強(qiáng)攪拌將得到較高的精煤可燃體回收率，但攪拌過(guò)強(qiáng)時(shí)，指標(biāo)變化趨緩。

試驗(yàn)時(shí)，固定浮選階段的攪拌速度為1 800 r/min。從圖1可以看出，當(dāng)調(diào)漿階段攪拌速度低于2 000 r/min時(shí)，隨著攪拌強(qiáng)度增加，礦粒與藥劑接觸幾率增加，接觸越充分，煤粒表面疏水性越強(qiáng)，因此上浮煤粒越多，精煤的灰分變化較小，可燃體回收率增加，浮選完善指標(biāo)升高；當(dāng)攪拌強(qiáng)度進(jìn)一步增大，礦粒表面改性更徹底，礦粒疏水性、浮選選擇性增強(qiáng)，在精煤可燃體回收率基本保持不變的情況下，精煤灰分降低，浮選完善指標(biāo)持續(xù)增加?？梢钥闯?，高轉(zhuǎn)速、高強(qiáng)度地?cái)嚢枵{(diào)漿對(duì)浮選效果有很大影響，速度越大，調(diào)漿效果越好，精煤可燃體回收率越高，精煤灰分越低，浮選越完善。

圖1 調(diào)漿階段攪拌速度試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Result of agitation rate test in process of mixing pulp

3.2 浮選階段攪拌速度試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)，固定調(diào)漿階段的攪拌速度為1 800 r/min。從圖2可以看出，當(dāng)浮選階段攪拌速度從1 200 r/min上升到2 800 r/min時(shí)，可燃體回收率呈上升趨勢(shì)，但上升幅度較小，具體表現(xiàn)為：攪拌速度超過(guò)1 800 r/min后，可燃體回收率基本保持不變；在攪拌速度為2 000 r/min時(shí)，可燃體回收率有小幅下降，觀察浮選液面翻滾現(xiàn)象嚴(yán)重，液面很不穩(wěn)定，難以形成穩(wěn)定的泡沫層，可燃體回收率下降，但精煤灰分未下降，浮選完善指標(biāo)未增大；當(dāng)攪拌速度超過(guò)2 200 r/min后，可燃體回收率、浮選完善指標(biāo)基本不變，精煤灰分有下降趨勢(shì)，但下降趨勢(shì)沒(méi)有調(diào)漿階段明顯。分析原因主要是：在浮選階段，高轉(zhuǎn)速、高強(qiáng)度攪拌雖有利于將氣泡剪切成細(xì)小的氣泡，利于浮選，但過(guò)高強(qiáng)度地?cái)嚢璨粌H容易使吸附到氣泡上的煤粒脫落，同時(shí)也使高灰的細(xì)泥脫落率有所增加，且泡沫層難于穩(wěn)定，因此降低了可燃體回收率，浮選精煤灰分也有所下降，但浮選完善指標(biāo)基本不變。這說(shuō)明浮選階段的過(guò)高轉(zhuǎn)速、過(guò)高強(qiáng)度攪拌對(duì)浮選效果影響弊大于利，對(duì)浮選完善指標(biāo)提高影響不大，無(wú)謂地增加了動(dòng)力消耗。

圖2 浮選階段攪拌速度試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Result of agitation rate test in process of separating pulp

3.3 調(diào)漿、浮選兩階段攪拌速度試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)，兩階段的攪拌速度保持一致。從圖3能清晰地看到變化趨勢(shì)，隨著攪拌速度的增加，精煤可燃體回收率、浮選完善指標(biāo)和精煤灰分均呈上升趨勢(shì)，比調(diào)漿和浮選階段的趨勢(shì)明顯；當(dāng)攪拌速度超過(guò)2 200 r/min之后，變化趨勢(shì)趨于平緩。

3.4 攪拌過(guò)程的選擇

分別對(duì)以上三種不同方式下的可燃體回收率、精煤灰分和浮選完善指標(biāo)進(jìn)行比較，以分析不同操作方式對(duì)分選效果的影響。

圖4 不同階段不同攪拌速度對(duì)分選效果的影響Fig.4 Effect of different agitation rate on separation result at different stages

(1)從圖4(a)可以看出，攪拌速度低于1 800 r/min時(shí)，在三種情況下精煤可燃體回收率基本一致，高于1 800 r/min以后有較大差別，同一速度條件下的可燃體回收率最高，浮選階段條件下的最低。這說(shuō)明調(diào)漿階段的高轉(zhuǎn)速、高剪切攪拌有利于礦漿和藥劑充分分散，使礦漿體系處于穩(wěn)定的懸浮態(tài)，促進(jìn)了礦粒對(duì)藥劑的吸附，加強(qiáng)了礦化過(guò)程，增加了礦粒的疏水性，浮選效果較好。因此只有在增強(qiáng)調(diào)漿效果的前提下，才可能取得較高的回收率。

(2)從圖4(b)精煤灰分的變化規(guī)律看，在同一速度條件下的結(jié)果均高于其他兩種情況。低轉(zhuǎn)速時(shí)，由于調(diào)漿階段藥劑和礦漿得不到充分混合、接觸，因此雖然產(chǎn)率與其他相比基本不變，但是礦粒的選擇性不強(qiáng)，細(xì)泥仍然搶占了大量氣泡升浮成為精煤，造成精煤灰分偏高；高轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)漿階段效果有所好轉(zhuǎn)，但因?yàn)楦∵x階段過(guò)強(qiáng)的攪拌影響了浮選泡沫層的穩(wěn)定，促進(jìn)了氣泡的兼并，致使精煤質(zhì)量下降，灰分升高。

(3)從圖4(c)浮選完善指標(biāo)的變化規(guī)律看，隨攪拌速度增大，浮選完善指標(biāo)升高，當(dāng)高于2 200 r/min后趨于平穩(wěn)，且同一速度條件下的浮選完善指標(biāo)與調(diào)漿階段的結(jié)果基本一致，稍高于浮選階段高強(qiáng)度攪拌的完善指標(biāo)。這再次說(shuō)明浮選階段的高轉(zhuǎn)速、高強(qiáng)度攪拌對(duì)浮選效果影響弊大于利。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)浮選過(guò)程中調(diào)漿階段和浮選階段攪拌速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并分別對(duì)其得到的精煤灰分、可燃體回收率和浮選完善指標(biāo)進(jìn)行比較，可以看出：

(1)在不同階段，不同的攪拌速度對(duì)于浮選的影響效果不同。調(diào)漿階段需要高轉(zhuǎn)速、高剪切來(lái)混合礦漿和藥劑，促進(jìn)礦粒對(duì)藥劑的吸附，加強(qiáng)氣泡礦化過(guò)程，提高可燃體回收率；浮選階段宜采用相對(duì)較低的攪拌速度，以減少對(duì)礦漿體系的擾動(dòng)，有利于得到相對(duì)穩(wěn)定的泡沫層。采用這種方法，可以在保證可燃體回收率的前提下，盡可能降低精煤灰分，提高精煤質(zhì)量，提高浮選完善程度。

(2)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，往往設(shè)有專門(mén)的礦漿準(zhǔn)備器等調(diào)漿設(shè)備，可以設(shè)定較高的調(diào)漿攪拌速度，并適當(dāng)降低浮選機(jī)攪拌速度，可以使攪拌速度對(duì)分選效果的影響達(dá)到最佳化。當(dāng)然，在實(shí)際的浮選過(guò)程中，分選效果的好壞還需要通過(guò)調(diào)節(jié)充氣量、藥劑制度等其他因素，這些則需要在今后進(jìn)行進(jìn)一步的分析與研究。

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Study on effect of agitation rate on separation results of flotation machine

LIU Shu-cheng

(China Coal Technology & Engineering Group Beijing Huayu Engineering Co.,Ltd. ,Pingdingshan,Henan 467013,China)

Effect of agitation rate in process of mixing and separating pulp on flotation results is studied by analyzing combustible recovery of flotation concentrate,ash content and floatation perfect index as well as the important role of agitation in flotation process is explained. The result shows that the higher agitation rate is helpful to mineralize bubble and enhance combustible recovery during mixing pulp; the lower agitation is suitable for separating pulp to reduce effect of turbulent flow on froth layer in flotation cells,at the same time lower ash content of flotation concentrate effectively.

subaeration flotation machine; in process of mixing pulp; in process of flotation; agitation rate; flotation perfect index

1001-3571(2015)02-0020-04

TD943

A

2014-11-24

10.16447/j.cnki.cpt.2015.02.006

劉樹(shù)成(1979—)，男，山東省濰坊市人，工程師，從事選煤工藝設(shè)計(jì)工作。

E-mail：liushucheng79@163.com Tel：18236683991