煤泥浮选技术发展概况

煤泥浮选技术发展概况

董立周;刘继红;王俊涛;李芳

【摘 要】煤泥浮选是目前公认的用于细煤泥脱硫降灰最经济、最有效的分选技术

之一,也是选煤厂取得最佳经济效益和社会效益、环境效益的有效技术途径.入浮煤

泥性质、浮选设备性能、浮选工艺流程、浮选药剂制度等因素对浮选效果均有重要

影响,文章就浮选前的煤泥调浆技术、浮选设备、浮选工艺发展概况进行评述,并以

南梁选煤厂煤泥浮选经济效益为例,说明浮选技术在选煤行业未来发展中的重要作

用.

【期刊名称】《选煤技术》

【年(卷),期】2015(000)005

【总页数】5页(P96-100)

【关键词】煤泥;浮选;工艺;设备;经济效益

【作 者】董立周;刘继红;王俊涛;李芳

【作者单位】中煤张家口煤矿机械有限责任公司,河北张家口075000;中煤张家口

煤矿机械有限责任公司,河北张家口075000;中煤张家口煤矿机械有限责任公司,河

北张家口075000;中煤张家口煤矿机械有限责任公司,河北张家口075000

【正文语种】中 文

【中图分类】TD943

浮选是处理细煤泥(<0.5 mm粒级)最有效的途径之一，同时也是选煤厂煤泥水处

理的核心。近年来，我国对环境治理力度不断加大，对选煤厂的管理要求也越来越

高，各个选煤厂在节能减排、降本增效的同时，也加大了对煤泥处理的力度。目前

我国的选煤能力统计结果表明，浮选物料量占入选原煤总量的10%以上。

煤泥浮选是在多因素综合作用下的分选过程，是在固-液-气三相中完成的一个极其

复杂的物理化学过程，入浮煤泥性质、浮选设备性能、浮选工艺流程、浮选药剂制

度等因素都会对浮选效果产生重要影响。近年来，随着计算机技术的发展及检测技

术的提高，浮选技术获得了长足进步。文章对浮选前的煤泥调浆技术、浮选设备、

浮选工艺发展概况进行了较系统的评述，可为今后选煤厂的建设和浮选设备、浮选

工艺的改进提供一定参考。

调浆是细煤泥浮选的基本前提，其作用是通过药剂、机械力、非机械力及其组合，

将乳化药剂细化、分散，并使煤粒表面活化，以提高捕收剂与煤粒的有效吸附概率，

因此，调浆效果的好坏直接影响浮选工艺的整体效果。调浆处理的方式主要有叶轮

搅拌式、喷射式、雾化式、管道混合式等，其中以叶轮搅拌式为主。其工作原理是

通过均匀搅拌，使矿浆在叶片高速转动形成的剪切力场下充分矿化，同时使煤粒体

相性质发生改变，更具亲油性，进而提高其可浮性，保证浮选精煤产率稳定。

国内研究人员从矿浆分散、药剂乳化、矿浆与药剂接触、矿物表面改性以及磁、电、

声、温等方面，对煤泥调浆效果进行了大量研究[1-2]。郑光军等[3]对磁化处理后

的煤、黄铁矿、煤矸石三种单矿物在不同介质中的含氧量、PH值、表面电位、表

面湿润性变化进行了对比分析，发现磁化处理能够提高煤粒的可浮性。马力强等[4]

研究了调浆剪切强度对煤泥浮选效果的影响规律，结果表明：经高效调浆机处理后，

浮选精煤可燃体回收率可提高9.63个百分点。苗一等[5]研究了多层浆在搅拌槽内

的宏观混合特效，认为在液体混合过程中多层轴流式浆比多层径向流浆的混合效率

高。胡锡文等[6]在直径小于375 mm的搅拌釜内，采用八种搅拌器进行搅拌试验，

并就搅拌器的桨型、转速、密度等操作因素对搅拌功率和搅拌时间的影响进行了分

析。

GBZ-2700多层搅拌矿浆表面改质机结构示意图如图1所示。该改质机采用多段

卧式布置，并选用后掠式挠性特殊叶片，能够提供很高的剪切力和高频机械效应。

煤浆中的不同颗粒在强大的剪切动能下，瞬间产生数十万次的碰撞、摩擦、剪切等

综合作用，几乎可使全部煤粒得到有效改质，即均质作用明显，因而可使浮选精煤

产率提高5～8个百分点，且浮选速度更快。以处理能力为2.50 Mt/a的选煤厂为

例，在入浮煤泥量占原煤总量10%的情况下，煤泥经表面改质机处理过后，浮选

精煤量每年可提高1.25～2.00万t，精煤产量显著提高。

泡沫浮选是目前广泛应用的细煤泥分选技术，通过煤与矸石表面的物理化学性质差

异进行分选。煤粒因自身表面的疏水特性或经浮选药剂作用后获得疏水特性，进而

在液-气或水-油界面发生聚集；而矸石的亲水能力较强，下沉后成为尾矿。

近年来，泡沫浮选技术在工业应用与科学研究中取得了长足进展。王怀法[7]介绍

了两段充气微泡浮选柱的设计思想与结构特点，将高气溶射流矿化浮选技术和涡流

力场强化浮选技术有机地融为一体，并将优先浮选技术纳入浮选柱分选体系。程宏

志[8-9]提出了振荡浮选原理，即利用设置在浮选机分离区的振荡分离器来降低浮

选泡沫的非选择性挟带，研究结果表明：振荡浮选能够明显改善浮选效果，可使浮

选精煤灰分下降1.40个百分点。梁龙等[10]将细煤泥按密度分组，通过试验研究

了不同密度级细煤泥对粗煤泥浮选的促进与抑制程度。李彦君等[11]研究了近年来

国内外使用的煤泥浮选药剂，并对煤用浮选药剂的未来发展提出了建议。史英祥等

[12]阐述了以煤泥可浮性试验结果为依据，合理选择和制定浮选工艺的思路和方法。

牛勇等[13]阐述了难浮煤泥的特点及改善浮选效果的主要方法，并通过试验证明分

支浮选可在满足精煤灰分的要求下，提高浮选精煤产率。

(1)机械搅拌式浮选机。目前，机械搅拌式浮选机是国内广泛应用的浮选机，包括

XJX型、XJN型、XJM型等。该类浮选机在其核心机构——搅拌机构的作用下，

完成充气、气泡弥散与矿化。以XJM-S型浮选机为例，其选用矩形槽体和双层伞

型叶轮，通过自吸空气、“假底底吸，周边串料”的方式给料，且叶轮上下循环量

均可调节，能够适应不同可浮性煤泥的浮选要求。浮选机工作时，在叶轮旋转产生

的离心力作用下，充满定子叶轮的煤浆被甩出，同时在其内部产生负压，空气和药

剂经套筒进入其中，而大部分前室入料通过假底中心吸料管进入叶轮。XJM-S型

浮选机结构示意图如图2所示。

(2)浮选柱。浮选柱没有传动部件，也没有机械搅拌机构，空气通过喷射器产生的

负压吸入或者由空气压缩机压入。目前，以旋流微泡浮选柱(图3)为代表的浮选柱

在我国应用较广泛，其主体结构包括浮选段、旋流段、管流矿化段三部分。浮选段

根据逆流碰撞矿化原理，在低紊流的静态分选环境中实现矿物的分离，主要作用是

粗选和精选；旋流段是煤泥实现重力分选和旋流浮选的场所，主要作用是扫选浮选

段的中矿，回收未被矿化的精煤粒；管流矿化段的作用是将空气吸入并粉碎成微泡，

进而形成循环中矿的气-液-固三相体系。

(3)喷射式浮选机。喷射式浮选机无机械搅拌装置，以射流微泡浮选机(图4)为例，

其工作原理是：煤浆以15～20 m/s的高速从喷嘴喷出，使混合室内产生负压，空

气经吸气管进入矿化管，经射流的“卷裹”和“切割乳化”后形成小气泡，并与煤

浆充分接触，使其高度矿化；当煤浆到达底部反射头时，桶内压力基本为零。由于

煤浆位于负压区内，溶解在其中的空气呈过饱和状态，并以微泡形式迅速析出、增

大，携带煤粒的气泡上浮至浮选桶表面，沿其周边溢出并进入精矿收集槽，而尾矿

通过底部U形管进入尾矿箱，此时，整个浮选过程完成。

上述浮选设备在我国选煤厂都得到了广泛应用，随着选煤技术的进步和选煤生产现

场的需要，浮选设备正加快向大型化、高效化方向发展。

由于浮选入料组分、浮选设备性能及对最终产品的要求不同，各选煤厂选用的浮选

工艺也存在差异。当前我国选煤厂主要采用的典型浮选工艺有三种，即一次浮选工

艺、二次浮选工艺、二次尾矿或中矿返回浮选工艺。

(1)采用一次浮选工艺时，煤泥水直接进入单槽或多槽浮选机，分选出精煤、中煤、

尾煤三种产品。当煤泥可浮性为极易浮或易浮时，可采用一次浮选工艺；当煤泥可

浮性为中等可浮时，需要根据药剂制度试验结果确定，如果浮选精煤灰分基本满足

最终精煤产品的质量要求，则可采用该浮选工艺。煤泥一次浮选原则流程如图5

所示。

(2)二次浮选，即一次浮选精矿泡沫直接进入精选浮选机，对其再次进行分选，以

降低浮选精煤灰分。当煤泥可浮性为难浮或极难浮时，依据MT/T144—1997《选

煤实验室分步释放浮选试验方法》，进行煤泥分步释放试验，如果“产物4”的累

计平均灰分满足产品质量要求，则可选用全部二次浮选工艺(图6(a))；当煤泥可浮

性为中等可浮，且一次浮选精煤灰分较高时，可根据浮选速度试验结果进一步判断，

如果前2 min刮出的精煤灰分符合产品质量要求，则可选用部分二次浮选工艺(图

6(b))。煤泥二次浮选原则流程如图6所示。

与一次浮选工艺相比，二次浮选工艺适用范围广，浮选精度高，但二次浮选必然会

使大量合格精煤被重复分选，导致浮选药剂用量和电能消耗等增加，进而使浮选成

本升高。

(3)二次尾矿返回浮选是将二次浮选尾矿引入一次浮选入料(图7(a))，二次中矿返回

浮选即将二次浮选中矿引入二次或一次浮选入料(图7(b))，对其继续进行分选，以

提高浮选精煤产率。该浮选工艺仅适用于采用多台单槽浮选机的选煤厂，吕梁山煤

电公司选煤厂以三台WPF型喷射浮选机进行二次尾矿或中矿返回浮选，取得了良

好的分选效果。

南梁煤矿选煤厂设计能力为3.00 Mt/a，2013年实际洗选原煤2.50 Mt，其中细

煤泥产率为9%～10%，干基产量超过20万t。由于煤泥灰分高、水分高(约

20%)、发热量低、粘性大，难以均匀掺入精煤产品销售。除冬季外，该选煤厂将

煤泥落地晾晒后销售给当地电厂，售价约为10元/t；而冬季煤泥滤饼容易结冰，

无法销售。在煤泥晾晒过程中，遇水流失，遇风飞扬，严重污染矿区环境，不利于

文明生产，且低廉的销售价格影响企业经济效益的提高。

针对南梁煤矿选煤厂煤泥的一系列浮选试验表明：该煤泥具有较高的浮选利用价值。

可行性分析结果表明：对该选煤厂进行技术改造，增加煤泥浮选系统，选用粗选、

精选二次浮选工艺可使精煤得到最大限度的回收。为此，选用GBZ-2700矿浆表

面改质机、WPF4000射流微泡浮选机、KZG500/2000-U浮选精煤压滤机构建浮

选系统，对煤泥进行浮选提质。浮选系统投入生产后，煤泥浮选效果较好，产品数

质量平衡表如表1所示。

该选煤厂发热量23.01 MJ/kg的末煤销售价格为240元/t，浮选尾煤不计价，浮

选精煤发热量按照20.92 MJ/kg计算，折算的销售价格为210元/t。煤泥经晾晒

后销售给电厂的价格为10元/t，折算的干基销售价格为12.50元/t。综合分析，

煤泥浮选系统投入运行后每年可为选煤厂增加销售收入2 318.55万元(表2)，经

济效益显著。

随着煤炭资源的不断开采和采煤机械化程度的提高，原煤煤质逐渐变差，细粒煤、

超细粒煤在原煤中所占比例逐年增加。在国家对环境保护力度加大，企业对经济效

益要求提高的情况下，煤泥分选设备与工艺的研究和应用越来越重要。

煤泥调浆效果对精煤质量和产量均有很大影响，就实际应用效果来说，多层搅拌矿

浆预处理技术有着广阔的应用前景。煤泥浮选工艺和设备具有多样性，各选煤厂应

根据煤泥可浮性试验结果，合理制定浮选工艺，科学选择浮选设备，且需要与浮选

精煤脱水系统密切结合，以提高精煤产量和脱硫降灰效果，进而提高企业效益。

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