预矿化式浮选柱分选粒度较粗煤泥的试验研究

张 明 谢广元 董玉蛟 倪 超

（中国矿业大学化工学院，江苏省徐州市，221008）

预矿化式浮选柱分选粒度较粗煤泥的试验研究

张 明 谢广元 董玉蛟 倪 超

（中国矿业大学化工学院，江苏省徐州市，221008）

分析了粒度较粗煤泥浮选效果差的现状，阐述了入料粒度较粗对浮选效果的影响，提出了采用预矿化式旋流微泡浮选柱分选粒度较粗煤泥的新方法，并通过试验，论证了该方法的可行性。

旋流微泡浮选柱 预矿化 粗粒浮选 煤泥

我国当前选煤工艺是粗粒主要采用大直径重介旋流器或跳汰分选，煤泥采用浮选分选，但由于较粗煤泥粒度介于重选分选粒度下限和浮选有效分选粒度上限之间，重选和浮选虽然都对其进行了一定程度的分选，但效率都较低；同时由于分级旋流器的效率问题和离心机等设备的跑粗问题，使得部分较粗煤泥进入浮选环节。因此，如何提高粒度较粗煤泥的分选效率成为了关系到整个浮选效果的重要问题。

近年来，浮选柱分选技术取得了重大突破，在众多类型的浮选柱中，旋流微泡浮选柱是我国研制的适合中国煤泥的浮选柱，具有分选精度高、技术成熟可靠、适应性强、工艺流程简洁等优点，在产业化方面取得了巨大进展，已在国内得到了广泛应用。但大多数选煤技术人员认为浮选柱（一般都认为所有浮选柱）的分选下限低，粗粒回收率不如浮选机。为研究和改善浮选柱对粒度较粗煤泥的适应性，构建了预矿化式旋流微泡浮选柱的试验系统，并给出了相关试验结果。

1 预矿化式浮选柱的设计思路和结构原理

在浮选过程中，煤粒粒度过大，可能产生4种后果：

（1）矿粒不能在气－液界面上稳定漂浮；

（2）即使矿粒与气泡粘着，但气泡已不能以一定速度将矿粒运载升浮到液面；

（3）在浮选矿浆的流体运动条件下，粘着矿粒可能由于惯性力而从气泡上脱落；

（4）粗粒煤泥与细粒煤泥在竞争性地吸附药剂时处于劣势。

结合上述分析，系统从如何提高旋流微泡浮选柱对粗颗粒粉煤的回收效果入手，采用一种预先矿化的新型给料方式，目的是形成快速浮选机制，即易浮的低灰精煤尽量减少在柱体内的停留时间，优先浮出；同时减小粗颗粒通过的路径和脱落的机会。

预矿化式浮选柱的具体给料方式和分选过程为：新鲜矿浆经给料泵加压后首先通过一个气泡发生器，之后新鲜物料在给料管路内发生管流矿化作用，矿化后的矿浆通过管路给入到浮选柱内2／3高处。在气泡的作用下矿化的矿浆上升成为精矿，而未被矿化的矿浆逆流进入柱体下部，然后利用旋流微泡浮选柱优秀的分选能力对这部分矿浆进行再次回收。由于部分矿化好的矿浆在进入柱体后即完成分选过程成为精矿，因此降低了实际进入柱体内的矿浆浓度和矿浆中粗颗粒含量，粗粒煤与气泡碰撞，矿化的干扰程度也会相应降低；同时，吸附在粗粒煤泥表面的细泥减小，有助于提高粗粒煤泥的选择性和可浮性，从而整体大幅改善了在粒度较粗条件下的浮选效果。

从结构原理上看，预矿化式浮选柱相当于一个小型詹姆森浮选柱同一个旋流微泡浮选柱的上下串联叠加，上部是詹姆森浮选柱负责粗选，下部是旋流微泡浮选柱负责扫选。采用它对粒度较粗煤泥水进行处理，研究其分选效果，并与传统给料式旋流微泡浮选柱的分选效果进行对比，初步探寻预矿化式浮选柱对粒度较粗煤泥的适应性。

2 预矿化式浮选柱的系统构建与试验准备

首先建立实验室试验模型，模型结构示意图见图1。

图1 预矿化式浮选柱试验系统示意图

预矿化式浮选柱采用一段常规结构的旋流微泡浮选柱，只是改变了入料方式。为了考察预矿化式浮选柱的分选效果，并与传统旋流微泡浮选柱的浮选结果进行对比，在对比试验过程中采用了相同的原料煤，粒度组成见表1，相同的药剂制度，捕收剂用量600g／t，起泡剂用量180g／t，分别接取浮选柱的精煤和尾煤，化验各自的灰分。

表1 入料粒度组成%

由表1可以看出：煤样的最大粒度是0.7 mm，各粒级分布比较平均，主导粒级是0.5～0.25mm，占25.95%，＋0.5mm含量占32.56%，粒度组成有利于试验研究粗颗粒的浮选效果。煤样总灰分较低，为14.37%。

3 预矿化式浮选柱系统可行性试验

3.1 预矿化式浮选柱正交试验设计

为了判断入料浓度、预矿化压力和循环压力这3个因素对浮选精煤灰分、精煤产率以及浮选完善指标影响的显著性，试验过程中每个因素选取3个水平，其中预矿化压力水平为0.08MPa、0.10 MPa、0.08MPa（采用拟水平法，将试验效果较好的0.08MPa充当第三水平，使其水平数与其他因素水平数相等）。试验条件设计见表2。

3.2 传统式浮选柱析因试验设计

为了对比预矿化式浮选柱与传统旋流微泡浮选柱浮选试验结果，重点考察预矿化压力这一因素对浮选精煤灰分、精煤产率以及浮选完善指标影响的显著性，试验过程总共考察了2个因素：入料浓度和循环压力，也选取与预矿化式相同的3个水平进行析因试验分析。试验条件设计见表2。

3.3 两种结构试验结果对比分析

预矿化式浮选柱与传统旋流微泡浮选柱浮选试验结果见表3。

为重点考察预矿化式浮选柱对于＋0.5mm粗粒的分选效果，对两种结构所得精煤进行筛分，试验结果见表4。

表2 预矿化式正交试验与传统式析因试验条件设计

表3 预矿化式与传统式浮选柱分选结果对比%

表4 预矿化式与传统式浮选柱分选＋0.5mm粗粒结果对比%

由表3和表4试验数据对比分析可以看出：

（1）浓度对精煤灰分影响较大，两种结构下精煤灰分随浓度的升高均有一定程度的升高，在同一浓度下，从整体来看，预矿化式浮选柱的精煤灰分较传统结构浮选柱精煤灰分低。

（2）对于预矿化式浮选柱，循环压力和预矿化压力对于精煤产率影响明显，在同一浓度下，循环压力低能获得更高的精煤产率；就整个试验而言，预矿化压力低能获得更高的精煤产率。

（3）对比两种结构浮选柱对＋0.5mm粗粒的分选效果可知，预矿化式较传统式浮选柱分选所得粗粒精煤灰分更低，回收率更高，浮选完善指标更好。

（4）总体上看各浓度下的浮选完善指标随结构的变化规律为预矿化柱大于传统柱。当入料浓度超过80g／L条件下，预矿化式浮选柱的浮选完善指标随浓度增加而降低的幅度要小于传统浮选柱，这说明预矿化式浮选柱对粒度较粗煤泥的处理效果要好于传统浮选柱。

3.4 三因素对预矿化式浮选柱浮选指标影响

预矿化式浮选柱精煤灰分、产率及浮选完善指标方差分析见表5～表7。

表5 精煤灰分方差分析表

表6 精煤产率方差分析表

表7 浮选完善指标方差分析表

各因素对预矿化式浮选柱浮选指标影响显著性分析如下：

由表5可以看出，浓度对精煤灰分影响十分显著；预矿化压力和循环压力对精煤灰分的影响比较显著，二者的影响显著性相同。由表6可以看出，浓度对精煤产率的影响十分显著；预矿化压力对精煤产率的影响较为显著；循环压力对精煤产率无显著影响。由表7可以看出，浓度、预矿化压力和循环压力对浮选完善指标均无显著影响。

4 结论

（1）适当降低循环泵的压力，能够降低矿浆内的紊流度，减少粗粒脱落机会。从而可以有效地提高浮选柱对于粒度较粗粒煤泥的回收率。

（2）就预矿化式浮选柱而言，浓度对精煤灰分和产率的影响都最为显著；预矿化压力对精煤灰分和产率的影响比较显著；循环压力对精煤灰分的影响比较显著，对精煤产率无显著影响；同时三者对浮选完善指标均无显著影响。

（3）预矿化式浮选柱的精煤产率和浮选完善指标高于传统浮选柱，对粒度较粗煤泥的处理效果要好于传统浮选柱，说明采用预矿化式旋流微泡浮选柱分选粒度较粗煤泥的方法具有一定的可行性。

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［6］ 刘炯天，樊民强.试验研究方法［M］.徐州：中国矿业大学出版社，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

张明（1985－），男，硕士研究生，主要研究方向为细粒煤分选与脱水。

（责任编辑 张毅玲）