中國噴射式浮選機(jī)與美國浮選柱在桑德斯選煤廠應(yīng)用效果對比

張賢賢，張羽末，吳朝蕩，吳大為

(北京國華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300)

桑德斯(Saunders)選煤廠位于美國賓夕法尼亞州，是一座設(shè)計(jì)能力為4.20 Mt/a的煉焦煤選煤廠。該廠于2013年9月投入生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝原則流程為：原料煤分級后，塊原煤由淺槽重介分選機(jī)處理，末原煤脫泥后由兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選；脫泥篩篩下水由水力旋流器分級，底流由螺旋分選機(jī)處理，溢流進(jìn)入水力分級旋流器脫除部分細(xì)泥后，由一臺CPT型浮選柱分選[1-2]。2017年1月，該廠擴(kuò)能改造工程投產(chǎn)，選煤廠處理能力提高到4.70 Mt/a。在此次浮選系統(tǒng)的擴(kuò)能改造過程中，該廠采用了一臺具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)[3-4]，與系統(tǒng)原有的CPT型浮選柱平行運(yùn)行，共同完成煤泥的分選工作。為評價(jià)浮選系統(tǒng)的運(yùn)行效果，該廠委托西弗吉尼亞州貝克利鎮(zhèn)精密測量實(shí)驗(yàn)室有限公司(PRECISION TESTING LABORATORY,INC.)于2017年3月24日對噴射式浮選機(jī)和浮選柱同時(shí)進(jìn)行了生產(chǎn)測試。文章根據(jù)檢測單位提交的原始數(shù)據(jù)，按我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理與分析，采用浮選完善指標(biāo)、浮選精煤數(shù)量指數(shù)、精煤可燃體回收率三個(gè)指標(biāo)對兩種設(shè)備的工藝效果進(jìn)行了評定[5-6]。

1 浮選工藝原則流程及設(shè)備

1.1 浮選工藝原則流程

桑德斯選煤廠浮選系統(tǒng)原則流程(圖1)為：脫泥篩篩下水由水力旋流器分級，攜帶粗粒級原生煤泥的底流用螺旋分選機(jī)處理，攜帶細(xì)粒級原生煤泥的溢流經(jīng)水力旋流器脫除部分細(xì)泥后作為浮選入料，由泵輸送至噴射式浮選機(jī)或浮選柱分選。

圖1 桑德斯選煤廠浮選系統(tǒng)原則流程

在實(shí)際生產(chǎn)中，末原煤脫泥篩未篩凈的原生煤泥隨篩上物進(jìn)入重介質(zhì)旋流器，分選后隨精煤脫介篩、矸石脫介篩篩下水進(jìn)入磁選機(jī)，磁選機(jī)尾礦則自流至原煤分級篩作為篩分前的潤濕沖水，因此磁選尾礦中的一些次生煤泥也可能匯入浮選入料之中，但數(shù)量不多。因此該廠浮選設(shè)備分選的主要還是原生煤泥中的部分細(xì)粒級。

1.2 浮選設(shè)備

1.2.1 FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)

FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)由3個(gè)單室組成，每個(gè)單室容積為12 m3，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。該設(shè)備由充氣式攪拌裝置、浮選槽、刮泡機(jī)構(gòu)、入料箱、尾礦箱、液面調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。在每個(gè)浮選室內(nèi)，對稱布置有4個(gè)充氣攪拌裝置，充氣攪拌裝置由噴射室、噴嘴、喉管及吸氣管組成。浮選機(jī)噴嘴內(nèi)鑄有葉片，煤漿經(jīng)葉片導(dǎo)流后，從噴嘴呈螺旋擴(kuò)大狀高速噴出，可強(qiáng)化抽吸作用；同時(shí)空氣經(jīng)吸氣管吸入，經(jīng)煤漿射流卷裹剪切后，被分散為氣泡；含氣煤漿通過短喉管沿360°圓周斜射到假底，然后折向反射，形成“W”形煤漿流動方式[7-8]。

1—槽體； 2—吸氣管；3—噴射室；4—噴嘴；5—短喉管；6—分配室；7—中心入料管；8—刮泡器；9—循環(huán)煤漿管；10—假底；11—篦子

FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)第一室配置一臺循環(huán)泵，后兩室共用一臺循環(huán)泵。工作時(shí)，入浮煤漿由入料箱進(jìn)入浮選機(jī)的第一室，其中一部分煤漿直接經(jīng)充氣攪拌實(shí)現(xiàn)有選擇性的礦化，礦化氣泡上升至液面聚集成泡沫層，由刮泡機(jī)構(gòu)刮出，成為浮選精煤；另一部分煤漿由假底至循環(huán)煤漿口，經(jīng)循環(huán)泵加壓后，通過中心入料管和分配室，到達(dá)裝有噴嘴的噴射室，再次實(shí)現(xiàn)充氣攪拌；未礦化的顆粒通過兩室之間的流通孔，到第二室分選，如此進(jìn)行，直到最后一室，親水性礦物雜質(zhì)從尾礦箱排出，成為浮選尾煤。圖3所示為煤漿在浮選機(jī)內(nèi)循環(huán)示意圖。

1—槽箱；2—循環(huán)泵；3—閥門；4—入料箱；5—尾礦箱

FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)充氣攪拌裝置過流部件采用耐磨材質(zhì)，假底上鋪有鑄石板，使設(shè)備的整體耐磨性大大提高。此外，假底與槽底之間設(shè)有金屬篦網(wǎng)，其網(wǎng)孔尺寸小于噴嘴出口直徑，基本消除了雜物堵塞現(xiàn)象。

1.2.2 CPT型浮選柱

CPT型浮選柱為Eriez(義利)公司制造的設(shè)備，浮選柱直徑為4.6 m(15英尺)、高度為7.3 m(24英尺)，總?cè)莘e為120 m3。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 CPT型浮選柱結(jié)構(gòu)示意圖

CPT浮選柱屬于逆流式浮選設(shè)備。工作時(shí)，經(jīng)浮選劑處理后的煤漿從距柱頂部1～2 m的入料口給入，在浮選柱底部安裝有可從設(shè)備外部拆裝檢修的SlamJet氣體分散系統(tǒng)；氣體分散系統(tǒng)共有8個(gè)均勻布置的氣體噴射管，它們所產(chǎn)生的氣泡在浮力作用下上升，而煤漿中的顆粒在重力作用下沉降，在捕收區(qū)與氣泡逆向接觸碰撞，從而實(shí)現(xiàn)有選擇性地氣泡礦化；礦化氣泡繼續(xù)上升至精選區(qū)，并在浮選柱頂部聚集形成泡沫層，泡沫層由清洗水噴淋沖洗，使粘附在氣泡上的高灰細(xì)泥脫落，以提高精煤質(zhì)量；最終，泡沫自溢進(jìn)入泡沫槽，尾煤從柱體底部排出。

這里需要指出的是，CPT型浮選柱只是依靠氣體分散系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)純粹的風(fēng)力攪拌，設(shè)備內(nèi)并無煤漿循環(huán)。而中國開發(fā)的多種浮選柱則是借助含氣循環(huán)煤漿實(shí)現(xiàn)水力攪拌。

2 浮選入料分析

2.1 粒度組成

美國采用重介分選工藝的煉焦煤選煤廠一般均采用選前脫泥工藝。桑德斯選煤廠的浮選入料主要是原生煤泥的細(xì)粒級部分[9-10]，其粒度組成見表1。

表1 桑德斯選煤廠浮選入料粒度組成

由表1可以看出：

(1)桑德斯選煤廠浮選入料中>0.25 mm粒級產(chǎn)率為3.80%，表明該廠在浮選入料粒度上限控制方面做得不好。并且該粒級灰分為5.87%，高于0.25～0.15 mm粒級的灰分，這是美國的煤泥性質(zhì)造成的。

(2)對于<0.25 mm的三個(gè)粒級，隨粒徑變小，灰分增高的趨勢非常明顯，其中：0.25～0.15、0.15～0.045 mm兩個(gè)粒級增灰幅度相對平緩；然而<0.045 mm粒級細(xì)泥的灰分驟然增至63.49%，這說明細(xì)泥中富集了大量高灰礦物雜質(zhì)。

(3)累計(jì)產(chǎn)率為61.57%的>0.045 mm粒級累計(jì)灰分為4.92%，已是比較純凈的質(zhì)量合格的“精煤”，對于這一部分，浮選的目的應(yīng)是回收；而對于產(chǎn)率為38.43%的<0.045 mm粒級細(xì)泥，浮選的目的則是有效分選，以避免高灰礦物帶來的負(fù)面影響。

(4)該廠的浮選入料以0.045 mm為分界點(diǎn)，>0.045 mm粒級是“精煤”，而<0.045 mm粒級從灰分上看已屬浮選尾煤范疇，可見該廠浮選入料兩極分化嚴(yán)重，這種情況在中國幾乎沒有。從這點(diǎn)來看，該廠應(yīng)預(yù)先脫泥浮選。

2.2 實(shí)驗(yàn)室浮選試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室浮選試驗(yàn)的目的有多種，其中一類是通過浮選將煤泥分離成不同灰分的多個(gè)組分，以此來分析、評定煤泥的可浮性及預(yù)測在工業(yè)生產(chǎn)時(shí)的指標(biāo)。

2.2.1 釋放評價(jià)試驗(yàn)

釋放評價(jià)試驗(yàn)是對粗選精煤在精選的過程中采用調(diào)整浮選劑添加量和充氣量的方法，將煤泥分離成不同的組分。按照GB/T 30046.3—2013《煤粉(泥)浮選試驗(yàn)第3部分：釋放評價(jià)試驗(yàn)方法》[11](我國已頒布實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)，但未見其應(yīng)用情況的公開報(bào)道)，對桑德斯選煤廠浮選入料進(jìn)行釋放評價(jià)試驗(yàn)，結(jié)果見表2。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，繪制出精煤產(chǎn)率與灰分的關(guān)系曲線，如圖5所示。

表2 桑德斯選煤廠釋放評價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

圖5 精煤產(chǎn)率與灰分的關(guān)系曲線

由表2、圖5可知：

(1)灰分為27.61%的入浮煤泥經(jīng)過粗選，可以得到灰分高達(dá)90.43%的尾煤和灰分低至4.23%的精煤。綜合考慮浮選入料粒度組成，可以進(jìn)一步推測，這部分高灰尾煤絕大部分是<0.045 mm的細(xì)泥，而灰分為4.23%的粗選精煤則主要集中在>0.045 mm粒級。

(2)經(jīng)過精選，產(chǎn)率為72.88%的粗選精煤首先獲得了產(chǎn)率為51.78%、灰分僅為2.60%的浮選精煤，這表明這些“純凈”精煤，因其灰分低、疏水性極好，故僅需很小的充氣量和起泡劑即可浮起。

(3)尾煤2是精選的尾煤，其產(chǎn)率僅為0.38%，但灰分高達(dá)72.88%。在粗選時(shí)，這部分高灰細(xì)泥易無選擇性地混入粗選精煤中，使精煤灰分增高了0.36個(gè)百分點(diǎn)，這表明高灰細(xì)泥的負(fù)面影響比較顯著。

2.2.2 浮選速度試驗(yàn)

浮選速度試驗(yàn)是根據(jù)煤粒灰分越低、疏水性越好、浮選速度越快的原理，將煤泥分選成若干組分。桑德斯選煤廠浮選入料浮選速度試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 桑德斯選煤廠浮選速度試驗(yàn)結(jié)果

中美兩國的實(shí)驗(yàn)室浮選速度試驗(yàn)的方法和步驟相似，但是具體操作條件存在差異。按照GB/T 4757—2013《煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》的規(guī)定，浮選速度試驗(yàn)的總時(shí)間為5 min。在很多情況下，應(yīng)該浮起的煤泥在前3 min基本上都已成為泡沫產(chǎn)物，而美國的浮選速度試驗(yàn)的總時(shí)間竟達(dá)8 min。從表3中可以看出，浮選前2 min精煤產(chǎn)率不到60%，而灰分已達(dá)4.43%，這比釋放評價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果要差。

在進(jìn)行浮選速度試驗(yàn)時(shí)，高灰細(xì)泥混雜在泡沫中的主要原因有兩個(gè)：一是細(xì)泥比表面積大，吸附能力強(qiáng)，無選擇性地粘附在氣泡上；二是細(xì)泥均勻分散在水體中，隨之混入泡沫[12-13]。需要注意的是，由于煤泥疏水性極好，這兩個(gè)試驗(yàn)室試驗(yàn)均不添加捕收劑，工業(yè)生產(chǎn)也不添加捕收劑。

3 噴射式浮選機(jī)和浮選柱的指標(biāo)對比

對同一時(shí)間、相等入料量條件下平行運(yùn)行的噴射式浮選機(jī)和浮選柱分選指標(biāo)進(jìn)行測試，結(jié)果見表4。根據(jù)此基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按中國MT 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評定方法》[14]作一一換算和分析，并將結(jié)果列于表4之中。

表4 噴射式浮選機(jī)和浮選柱的指標(biāo)對比 Table 4 Comparison of performances of jet flotation cell and flotation column %

3.1 生產(chǎn)指標(biāo)

在符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下，該廠噴射式浮選機(jī)精煤產(chǎn)率比浮選柱要高7.87個(gè)百分點(diǎn)，噴射式浮選機(jī)的尾煤灰分達(dá)81.33%，比后者高16.75個(gè)百分點(diǎn)。泡沫濃度決定了后續(xù)作業(yè)的功耗，噴射式浮選機(jī)泡沫濃度為31.72%，即1 t精煤(以干煤計(jì))帶水量2.2 t；浮選柱泡沫濃度為11.27%，即1 t精煤帶水量7.8 t。

3.2 工藝效果

我國的評定指標(biāo)有以下兩項(xiàng)：

3.2.1 浮選完善指標(biāo)

該指標(biāo)的含義是，在浮選作業(yè)中所獲得的精煤可燃體越多越好的同時(shí)，精煤中非可燃體的混雜率越少越好。精煤可燃體回收率Ej計(jì)算式為：

(1)

式中：γj為浮選精煤產(chǎn)率，%；Aj為浮選精煤灰分，%；Ar為浮選入料灰分，%。

精煤非可燃體混雜率EW計(jì)算式為：

(2)

那么，根據(jù)浮選完善指標(biāo)ηwf計(jì)算式

ηwf=Ej-EW，

(3)

即可計(jì)算出浮選柱的浮選完善指標(biāo)ηwf=為74.03%。如此高的數(shù)值在中國的選煤廠尚未出現(xiàn)，這是因?yàn)橄裆５滤惯x煤廠煤泥那樣單體解離程度完美、低灰分煤粒疏水性極強(qiáng)的浮選入料在中國尚未發(fā)現(xiàn)。而中國的噴射式浮選機(jī)的浮選完善指標(biāo)比美國的浮選柱還要高3.03個(gè)百分點(diǎn)。

3.2.2 浮選精煤數(shù)量指數(shù)ηif

該指標(biāo)的含義是，實(shí)際生產(chǎn)的浮選精煤產(chǎn)率與相同精煤灰分的標(biāo)準(zhǔn)精煤產(chǎn)率的百分比值。其中標(biāo)準(zhǔn)精煤產(chǎn)率是在實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)繪制的精煤灰分與產(chǎn)率關(guān)系曲線上取得的。承擔(dān)此次檢測的公司進(jìn)行的是釋放評價(jià)試驗(yàn)，故暫且用其來代替分步釋放試驗(yàn)，以便于兩種浮選設(shè)備的對比。浮選精煤數(shù)量指數(shù)ηif計(jì)算式為：

ηif=γj/γj′×100，

式中：γj為實(shí)際生產(chǎn)的浮選精煤產(chǎn)率，%；γj′為精煤灰分相同條件下的標(biāo)準(zhǔn)精煤產(chǎn)率，%。

由圖5、表4可查得：噴射式浮選機(jī)的精煤灰分為5.89%，實(shí)際生產(chǎn)精煤產(chǎn)率γj=72.12%，標(biāo)準(zhǔn)精煤產(chǎn)率γj′=75.00%，得ηif=96.16%；浮選柱的精煤灰分為4.70%，實(shí)際生產(chǎn)精煤產(chǎn)率γj=64.25%，標(biāo)準(zhǔn)精煤產(chǎn)率γj′=73.50%，得ηif=87.42%。兩設(shè)備浮選精煤數(shù)量指數(shù)之差為8.74個(gè)百分點(diǎn)，差距顯著。

3.3 各粒級的分選效果

兩種浮選設(shè)備的分選產(chǎn)物、計(jì)算入料的粒度組成分別見表5、表6，據(jù)此可計(jì)算出各粒級的工藝指標(biāo)。

表5 噴射式浮選機(jī)分選產(chǎn)物和計(jì)算入料的粒度組成

表6 浮選柱分選產(chǎn)物和計(jì)算入料的粒度組成

由表5、表6可知：

(1)精煤粒度組成與計(jì)算入料組成對比可從下述兩個(gè)方面進(jìn)行分析：①為達(dá)到回收低灰分的>0.045 mm粒級的目的，精煤中這些粒級的產(chǎn)率(占本級)是否大于計(jì)算入料中對應(yīng)粒級的產(chǎn)率。實(shí)際上，噴射式浮選機(jī)的確如此，而浮選柱精煤中>0.25 mm粒級產(chǎn)率卻減少了，這表明在浮選柱中>0.25 mm精煤有較大的損失；②為實(shí)現(xiàn)脫除高灰細(xì)泥的目的，兩種浮選設(shè)備精煤中<0.045 mm粒級產(chǎn)率和灰分較計(jì)算入料均大幅降低。

(2)尾煤粒度組成與計(jì)算入料粒度組成對比也可從兩個(gè)方面進(jìn)行分析：①浮選柱的尾煤中>0.25 mm粒級產(chǎn)率(占本級)大于計(jì)算入料中相應(yīng)的產(chǎn)率，同樣表明了這些低灰粗粒的損失；②兩種設(shè)備的尾煤中，<0.045 mm粒級產(chǎn)率(占本級)較計(jì)算入料的產(chǎn)率和灰分都有顯著增加，表明在入料中灰分高達(dá)60%以上的<0.045 mm細(xì)泥均得到了有效分選，但噴射式浮選機(jī)尾煤中的細(xì)泥灰分比浮選柱高了7.94個(gè)百分點(diǎn)。

(3)精煤中各粒級的可燃體回收率對比如圖6所示。對于>0.25 mm粗粒，噴射式浮選機(jī)可燃體回收率為90.11%，這與國內(nèi)操作正常的浮選機(jī)的指標(biāo)相一致；而浮選柱可燃體回收率僅為61.07%，這意味著有近40%的粗粒損失，這也與國內(nèi)同類設(shè)備情況相吻合。對于0.25～0.15 mm粒級和0.15～0.045 mm粒級，兩種分選設(shè)備均獲得了很高的精煤可燃體回收率，尤其是噴射式浮選機(jī)，超過了99.5%，其微量損失分別以尾煤灰分58.67%和78.26%的形式表現(xiàn)出來。

圖6 精煤中各粒級可燃體回收率對比圖

(4)對于灰分高達(dá)60%以上的<0.045 mm粒級細(xì)泥，兩種浮選設(shè)備均能對之進(jìn)行有效地分選，尤其是噴射式浮選機(jī)，浮選完善指標(biāo)高達(dá)54.68%。但需要指出的是，為進(jìn)一步提高浮選精煤質(zhì)量，這樣的高灰細(xì)泥應(yīng)該盡可能避免混入浮選作業(yè)。

4 結(jié)果分析

在桑德斯選煤廠，兩種浮選設(shè)備對比試驗(yàn)中不排除兩項(xiàng)不可比因素：一是浮選柱是已有設(shè)備，可能有設(shè)備老化的影響；二是噴射式浮選機(jī)剛投入使用，存在著新設(shè)備操作經(jīng)驗(yàn)尚未熟練的影響。然而，對于桑德斯選煤廠，浮選柱的各項(xiàng)指標(biāo)均不如噴射式浮選機(jī)，且差距較大，分析原因有以下幾方面。

4.1 浮選設(shè)備深寬比

業(yè)界人士有一種觀點(diǎn)，認(rèn)為淺槽的浮選設(shè)備可節(jié)省充氣攪拌功耗，縮短泡沫升浮距離，對提高設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有利。因此，可浮性好或較好的煤泥推薦使用淺槽浮選設(shè)備，可浮性差或極差的煤泥可以采用適度的深槽設(shè)備。FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)槽深1.5 m，刮泡側(cè)槽寬3.6 m，深寬比為0.42，屬于淺槽型，因而更適用于像桑德斯選煤廠可浮性極好的煤泥的分選。而浮選柱的深寬比(指柱高7.32 m與柱斷面直徑4.57 m的比值)為1.60，過大的深寬比不利于低灰粗粒煤分選，原因在于：

(1)因浮選設(shè)備內(nèi)煤漿擾動，使升浮距離大的粗煤粒從氣泡上脫落的概率增大。

(2)氣泡上升的過程是靜水壓力減少的過程，隨著靜水壓力的減小，氣泡內(nèi)部氣體隨之膨脹。對于FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)，氣泡體積膨脹不超過13%；而對于浮選柱，氣泡體積膨脹至少在65%以上。因此浮選柱泡沫層中氣泡體積要比浮選機(jī)大得多。粗粒上浮是借助于氣絮團(tuán)形式的泡沫，即小氣泡、煤粒、浮選劑組成的較為穩(wěn)定的集合體，而氣泡的過度膨脹、兼并，會嚴(yán)重影響氣絮團(tuán)的穩(wěn)定性，可使部分氣泡在上浮過程中自行破裂。

4.2 浮選流程

在該廠使用的FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)第一室獨(dú)自采用一臺循環(huán)泵，第二、三室共用一臺循環(huán)泵，即為二段浮選。從浮選流程來看(圖3)，第一段為粗選，第二段是將粗選不合格的尾煤再行分選，為掃選(圖7)。我國選煤廠使用的機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，每個(gè)浮選室為一段，即一室視為粗選，余后各室可認(rèn)為是多段掃選，因此只要浮選機(jī)容積與處理量相匹配，在一般條件下，生產(chǎn)中是能夠同時(shí)保證精煤、尾煤兩項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)的。而單獨(dú)一臺浮選柱為單段浮選，即一次粗選，因此對于我國難浮的煤泥或極難浮煤泥而言，僅靠單段浮選既要保證精煤質(zhì)量，又要減少資源損失(提高尾煤灰分)是不可能的，這也已在實(shí)踐中得到了證明。因此，為提高浮選精煤產(chǎn)率，要求桑德斯選煤廠的浮選柱將尾煤灰分提高到80%以上是不可行的。

4.3 單位容積充氣量

泡沫浮選是依靠氣泡作為載體將精煤分選出來的。因此，浮選設(shè)備的充氣量大小對處理能力而言是至關(guān)重要的。我國浮選設(shè)備充氣量大小常用單位面積充氣量來衡量，即在每平方米充氣面積上，每分鐘能有多少立方米的氣體通過，其單位是m3/(m2·min)。一些業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，充氣量達(dá)到0.5 m3/(m2·min)就夠了，并非越大越好，如果突破了某個(gè)臨界點(diǎn)，氣泡將兼并為氣流，整個(gè)浮選設(shè)備液面會處于“沸騰”狀態(tài)，嚴(yán)重破壞浮選生產(chǎn)過程。

圖7 FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)浮選流程示意圖

實(shí)際上，浮選過程是在設(shè)備容積空間中實(shí)現(xiàn)的，而不在液面進(jìn)行，因此用單位容積充氣量大小表征浮選設(shè)備的處理能力大小更為貼近實(shí)際。

該廠使用的FJCA12-3型噴射式浮選機(jī)充氣液面面積為3×(2.6×3.6)=28.1 m2。按單位面積充氣量0.5 m3/(m2·min)計(jì)算，設(shè)備總充氣量為14.1 m3/min，浮選機(jī)總?cè)莘e為36 m3，則單位容積充氣量為0.39 m3/(m3·min)。

而容積為120 m3、直徑為4.57 m的浮選柱也按相同的單位面積充氣量計(jì)算，單位容積充氣量為0.07 m3/(m3·min)，僅是前者的17.9%。因此該廠浮選柱精煤產(chǎn)率比噴射式浮選機(jī)低7.87個(gè)百分點(diǎn)的原因之一可能是單位容積充氣量過小，致使實(shí)際處理能力不足，浮選時(shí)間不夠。

4.4 泡沫分離方式

對于大多數(shù)浮選機(jī)，集聚在液面的泡沫層是用刮泡器強(qiáng)行刮出的，而浮選柱是采用泡沫自溢方式，因此必須提高泡沫層的流動性，為達(dá)到此目的，最常用的方式是多加起泡劑。桑德斯選煤廠生產(chǎn)時(shí)不添加捕收劑，只添加起泡劑，浮選柱的起泡劑添加量為10.2 L/h，是噴射式浮選機(jī)的2.5倍。添加起泡劑后，不但使泡沫粘性增大，且不易消泡，給后續(xù)作業(yè)加大了難度，并且起泡劑的雜極性分子定向吸附在氣液界面，其極性基朝向水，對水分子有較強(qiáng)的吸附力，因此添加過多的起泡劑必然使泡沫的含水量增大。

浮選柱泡沫濃度低的另兩個(gè)原因是：①在過高的浮選柱內(nèi)，氣泡上升時(shí)，減壓幅度大，眾多氣泡膨脹后，演變成大而虛的泡沫層，這類泡沫層比浮選機(jī)致密的泡沫層含水量大；②對于聚集在液面上的泡沫層，如果用清水噴淋，也勢必降低其濃度。值得注意的是，浮選柱這類設(shè)備是由柱形機(jī)體底部的充氣器將空氣吸入，與煤漿實(shí)現(xiàn)充氣攪拌的，而機(jī)體底部是尾煤聚集區(qū)，因此氣泡一經(jīng)產(chǎn)生，其表面就很可能會被高灰細(xì)泥無選擇性地粘附，這些被污染的氣泡上升，再與入浮煤漿中新鮮的煤粒逆向?qū)崿F(xiàn)礦化，其分選的精度必然會受到影響。

另外需要提及的是，國內(nèi)開發(fā)的多數(shù)浮選柱采用的是充氣循環(huán)煤漿作為水力攪拌，而該廠使用的CPT浮選柱僅是風(fēng)力攪拌，因此充氣攪拌能力較弱，從而使煤泥無法得到再次循環(huán)進(jìn)行分選的機(jī)會。

5 結(jié)語

具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的FJCA型噴射式浮選機(jī)作為中國首批出口到美國的浮選設(shè)備，在桑德斯選煤廠與美制的浮選柱同時(shí)進(jìn)行平行生產(chǎn)測試，其檢測結(jié)果必然引起業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。在浮選精煤質(zhì)量合格的條件下，噴射式浮選機(jī)精煤產(chǎn)率為72.12%，尾煤灰分為81.33%，分別比浮選柱高7.77個(gè)百分點(diǎn)和17.12個(gè)百分點(diǎn)。按中國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評定，噴射式浮選機(jī)浮選完善指標(biāo)為77.09%，浮選數(shù)量指數(shù)為96.16%，分別比浮選柱高3.06個(gè)百分點(diǎn)和8.74個(gè)百分點(diǎn)。對于>0.045 mm低灰粒級的精煤可燃體回收率和<0.045 mm高灰細(xì)泥的浮選完善指標(biāo)，噴射式浮選機(jī)比浮選柱分別提高了4.16個(gè)百分點(diǎn)和11.72個(gè)百分點(diǎn)。這表明噴射式浮選機(jī)不但適用于國內(nèi)可浮性極難的煤泥分選，也適用于單體解離極好、疏水性極強(qiáng)的煤泥分選，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于美國本土的CPT浮選柱。

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