選煤廠中射流浮選柱設計及工藝試驗研究

張建國

（山西汾西礦業集團正新煤焦有限責任公司和善煤礦， 山西 沁源 046500）

引言

隨著經濟的飛速發展，我國對煤炭資源的需求量逐年增加，選煤工作任務日益繁重[1]。近年來，洗煤過程中發現原煤所含的高灰細泥較多，增加了選煤的難度，同時給選煤設備的性能提出了更高的要求[2]。浮選柱作為一種結構簡單、選煤效率較高的浮選設備，適合于分選原煤與細粒或微細粒，現已取得了較為廣泛的應用[3-4]。

隨著入浮煤泥粒度進一步變細，出現了傳統浮選柱選煤效果變差的情況，使得浮選精煤回收率降低，不能適應當前的生產需求[5-6]。因此結合某選煤廠對于高效率浮選柱的需求，開展射流浮選柱設計及工藝試驗研究工作。

1 常見浮選柱概述

浮選柱作為選煤廠主要的選煤設備，具有處理量大、富集比高、結構簡單可靠、運行節能高效等優勢，特別適用于原煤和細粒或微細粒的分選，具有很好的分選效果。常用的浮選柱包括Jameson 浮選柱、旋流微泡浮選柱、KYZ 型浮選柱、CPT 浮選柱、CFF浮選柱、充填式浮選柱、新型不停產可換充氣器浮選柱、Leeds 浮選柱、Flotaire 浮選柱、電解浮選柱和磁浮選柱等。不同形式浮選柱的浮選原理存在一定的差異，但均將各自的優勢發揮到了極致，在各自的領域取得了很好的應用效果。為了適應選煤廠對高產高效浮選柱的需求，急需研制更加先進可靠的浮選柱設備。

2 射流浮選柱設計

2.1 浮選柱結構

浮選柱主體結構如圖1 所示，主體采用厚度5 mm的不銹鋼制備，其高度尺寸為1 800 mm，浮選柱內部桶徑為150 mm，循環煤漿出口位置距離浮選柱的底部高度為320 mm，出口口徑為25 mm，浮選之后的雜質出口設置在浮選柱的底部，出口口徑為25 mm。待浮選煤漿經導管從浮選柱的頂端進入浮選柱，導管的長度尺寸為900 mm，配置四個垂直分布的分散口，口徑大小為60 mm。精煤溢流槽的孔徑大小為350 mm。

圖1 浮選柱主體結構示意圖

2.2 射流氣泡發生器

射流浮選柱使用的是射流氣泡發生器，其具體結構及組成如下頁圖2 所示。氣泡發生器的噴嘴孔徑為5 mm，噴嘴的進口長度為25 mm，擴散管與水平方向的夾角大小為4.5°，腔室的內徑尺寸為45 mm，腔室長度尺寸為50 mm。射流氣泡發生器作為射流浮選柱的核心部件，其制備過程中嚴格按照相關國家標準完成。

圖2 射流氣泡發生器結構示意圖

2.3 射流浮選柱系統

射流浮選柱的結構組成如下頁圖3 所示，其工作原理如下：煤漿與藥劑在攪拌桶內攪拌均勻，之后在給料泵的作用下進入循環系統，流經流量計進入射流氣泡發生器，與此同時，空氣被煤漿高度流動時產生的負壓吸入射流氣泡發生器中與煤漿液體混合在一起，在射流氣泡發生器的作用下產生大量空化氣泡，主要來自于液體對氣體的剪切和降壓作用。空化氣泡與循環煤漿混合射出即可實現原煤的預先礦化，之后經下導管進入浮選柱。煤漿在浮選柱中可以實現精煤的上浮，向下運動的質量較差的煤漿由循環泵再次打入循環系統，反復循環浮選，實現高效選煤。

圖3 射流浮選柱結構

新型射流浮選柱具有如下優點：第一是原煤漿經過氣泡發生器可以實現原煤的預先礦化處理，提高后續單次浮選工作的效率；第二是浮選柱底部輸出的循環煤漿能夠再次進入原煤漿進行混合，之后進入浮選柱進行浮選；第三是浮選柱氣泡發生裝置采用的是帶腔室射流氣泡發生器，具有優于其他結構的充氣性能；第四是給料設置浮選柱的頂端，經下導管直接進入浮選柱的底部，以此可以形成高度紊流環境，會使柱體上部泡沫層的厚度均勻穩定。

3 射流浮選柱系統樣機制造

根據射流浮選柱結構組成完成了部件的選型與設計，包括采購件、加工件、標準件等，完成各個組件采購制造之后進入系統樣機的安裝調試。調試過程中主要涉及攪拌速度、流量計標定、循環系統穩定性、進料/出料狀況等，要求達到浮選柱正常工作要求的參數范圍。

安裝調試完成的樣機如圖4 所示，其滿足最初的設計要求，具備開展工藝試驗的條件。

圖4 射流浮選柱系統樣機

4 工藝試驗

4.1 不同入料量對分選效果的影響

將射流浮選柱系統的入料量設置成唯一變量，分別設置為0.5 m3/h、0.7 m3/h、0.9 m3/h。固定其他參數，包括充氣量設置為0.8m3/h、循環流量設置為0.6m3/h、仲辛醇量設置為120 g/t，捕收劑使用煤油，其用量為900 g/t，煤漿的初始濃度為42 g/L。開啟射流浮選柱系統進行煤炭浮選試驗，統計結果如下：入料量為0.5 m3/h 時，其精煤灰分為7.95%，精煤產率為10.02%，尾煤灰分為28.12%，尾煤產率為89.98%；入料量為0.7 m3/h 時，其精煤灰分為8.92%，精煤產率為12.65%，尾煤灰分為28.73%，尾煤產率為87.35%；入料量為0.9 m3/h 時，其精煤灰分為10.08%，精煤產率為12.66%，尾煤灰分為28.31%，尾煤產率為87.34%。由此可以看出，入料量由0.5 m3/h變化至0.7 m3/h 時，精煤灰分增加0.97%，精煤產率增加2.63%；而入料量由0.7 m3/h 變化至0.9 m3/h時，灰分增加了1.16%，精煤產率僅增加0.01%，變化趨勢不明顯。綜上所述，可以確定射流浮選柱系統最佳的入料量為0.7 m3/h。

4.2 不同循環流量對分選效果的影響

將射流浮選柱系統的循環流量設置成唯一變量，分別設置為0.5 m3/h、0.7 m3/h、0.9 m3/h。固定其他參數，包括充氣量設置為0.8m3/h、入料量設置為0.7m3/h、仲辛醇量設置為120 g/t，捕收劑使用煤油，其用量為900 g/t，煤漿的初始質量濃度為42 g/L。開啟射流浮選柱系統進行煤炭浮選試驗，統計結果如下：循環流量為0.5 m3/h 時，其精煤灰分為9.52%，精煤產率為12.05%，尾煤灰分為28.08%，尾煤產率為87.95%；循環流量為0.7 m3/h 時，其精煤灰分為10.68%，精煤產率為34.26%，尾煤灰分為33.86%，尾煤產率為65.74%；循環流量為0.9 m3/h 時，其精煤灰分為16.85%，精煤產率為34.75%，尾煤灰分為30.56%，尾煤產率為65.25%。由此可以看出，循環流量由0.5 m3/h 變化至0.7 m3/h 時，精煤灰分增加1.16%，精煤產率增加22.21%；而入料量由0.7 m3/h 變化至0.9 m3/h 時，精煤灰分為16.85%，不符合選煤質量要求。綜上所述，可以確定射流浮選柱系統最佳的循環流量為0.7 m3/h。

4.3 不同進氣量對分選效果的影響

將射流浮選柱系統的進氣量設置成唯一變量，分別設置為0.7 m3/h、0.9 m3/h、1.1 m3/h。固定其他參數，包括循環流量設置為0.7m3/h、入料量設置為0.7m3/h、仲辛醇量設置為120 g/t，捕收劑使用煤油，其用量為900 g/t，煤漿的初始質量濃度為42 g/L。開啟射流浮選柱系統進行煤炭浮選試驗，統計結果如下：進氣量為0.7 m3/h 時，其精煤灰分為9.81%，精煤產率為24.56%，尾煤灰分為31.25%，尾煤產率為75.44%；進氣量為0.9 m3/h 時，其精煤灰分為12.49%，精煤產率為35.47%，尾煤灰分為33.89%，尾煤產率為64.53%；進氣量為1.1 m3/h 時，其精煤灰分為12.56%，精煤產率為50.34%，尾煤灰分為43.56%，尾煤產率為49.66%。由此可以看出，進氣量為0.7 m3/h時，精煤灰分為9.81%，但是精煤產率僅為24.56%，產率較低；在進氣量由0.7 m3/h 變化至1.1 m3/h 時，精煤灰分增加2.75%，精煤產率增加25.78%，增長趨勢明顯。綜上所述，可以確定射流浮選柱系統最佳的進氣量為1.1 m3/h。

4.4 不同仲辛醇量對分選效果的影響

將射流浮選柱系統的仲辛醇量設置成唯一變量，分別設置為80 g/t、100 g/t、120 g/t。固定其他參數，包括循環流量設置為0.7 m3/h、入料量設置為0.7 m3/h、進氣量設置為1.1 m3/h，捕收劑使用煤油，其用量為900 g/t，煤漿的初始質量濃度為42 g/L。開啟射流浮選柱系統進行煤炭浮選試驗，統計結果如下：仲辛醇量為80 g/t 時，其精煤灰分為11.54%，精煤產率為50.12%，尾煤灰分為40.21%，尾煤產率為49.88%；仲辛醇量為100 g/t 時，其精煤灰分為12.89%，精煤產率為61.23%，尾煤灰分為45.86%，尾煤產率為38.77%；仲辛醇量為120 g/t 時，其精煤灰分為15.23%，精煤產率為68.54%，尾煤灰分為45.56%，尾煤產率為31.46%。由此可以看出，仲辛醇量由80 g/t 變化至100 g/t 時，精煤灰分增加1.35%，精煤產率增加11.11%；仲辛醇量為120 g/t 時，精煤灰分為15.23%，不符合選煤質量要求。綜上所述，可以確定射流浮選柱系統最佳的循環流量為100 g/t。

5 應用效果

通過工藝試驗確定了新型射流浮選柱系統的最佳工藝參數：入料量為0.7 m3/h，循環流量為0.7 m3/h，進氣量為1.1 m3/h，仲辛醇量為100 g/t。將該系統應用于某選煤廠，將其設置為最佳工藝參數，進行選煤作業。結果表明，系統工作穩定可靠，能夠滿足選煤廠產量和質量需求，統計得出選煤廠的產量提高了近15%，精煤質量能夠100%保證，選煤設備利用率提升近18%，降低了相關設備的運行維護工作量和成本。新型射流浮選柱系統應用，預計能夠為選煤廠新增經濟效益200 萬元/年。