煤泥精選作業(yè)中礦漿濃度對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響研究

程翔銳，丁光耀，龐士虎，朱再勝，倪恒球，吳大為

(1.唐山國華科技國際工程有限公司，河北 唐山063020；2.北京國華科技集團(tuán)有限公司，北京101300； 3.淮南礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 選煤分公司，安徽 淮南232046)

我國煤泥的可浮性較差，多數(shù)選煤廠的浮選精煤灰分都高于重選產(chǎn)品灰分，故生產(chǎn)中不得不通過降低分選密度來降低重選精煤灰分，以保證最終產(chǎn)品質(zhì)量合格。為了解決這種技術(shù)經(jīng)濟(jì)上不合理的“背灰”問題，自進(jìn)入21世紀(jì)以來，煤泥精選工藝逐步得到推廣和應(yīng)用，且已成為選煤技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢。

在煤泥精選作業(yè)中，調(diào)整浮選機(jī)吸氣管的開啟程度即可調(diào)整充氣量，調(diào)整尾礦閘板的升降幅度即可調(diào)整浮選槽內(nèi)的礦漿液位，進(jìn)而可以改變浮選機(jī)的刮泡量[1]，能夠達(dá)到提高浮選精煤質(zhì)量的目的。這兩種調(diào)整方式較為簡單，現(xiàn)場操作人員易于掌握，但是基于礦漿濃度的調(diào)整方式較為復(fù)雜[2-3]，在常規(guī)范圍內(nèi)不能直接觀察出精煤質(zhì)量的變化，而其常常又被現(xiàn)場忽視，導(dǎo)致煤泥精選作業(yè)的優(yōu)勢不能充分發(fā)揮。

曾有研究者在實(shí)驗(yàn)室對(duì)煤泥精選作業(yè)的礦漿濃度進(jìn)行了研究，以探索其對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響規(guī)律。但就設(shè)備結(jié)構(gòu)來看，實(shí)驗(yàn)室浮選機(jī)與工業(yè)浮選機(jī)存在極大的差異，且浮選過程完全不同；前者的浮選過程為間斷性的，后者的浮選過程為連續(xù)性的，故實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果并不十分貼近現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)。為此，以潘一選煤廠浮選系統(tǒng)作為工業(yè)性測試平臺(tái)，探索煤泥精選作業(yè)中礦漿濃度對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響規(guī)律[4]。

1 浮選系統(tǒng)作業(yè)流程

潘一選煤廠是一座設(shè)計(jì)能力為6 Mt/a的大型煉焦煤選煤廠，共配置有8臺(tái)FJCA20-5型噴射式浮選機(jī)，其中5臺(tái)用于煤泥粗選作業(yè)，另外3臺(tái)用于煤泥精選作業(yè)。潘一選煤廠的浮選系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 潘一選煤廠浮選系統(tǒng)工藝流程圖

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一段、二段精煤泥弧形篩的篩下水和精煤泥離心脫水機(jī)的離心液匯合后成為入浮礦漿。針對(duì)礦漿內(nèi)高灰細(xì)泥多的問題，先采用脫泥池預(yù)先脫除部分細(xì)泥[5-6]，再采用霧化跌落式煤漿預(yù)處理器處理；礦漿經(jīng)粗選浮選機(jī)分選后產(chǎn)出粗選精煤，其經(jīng)精選浮選機(jī)分選后產(chǎn)出最終浮選精煤；精選精煤由加壓過濾機(jī)脫水回收，濾液返回精選作業(yè)環(huán)節(jié)，粗選、精選作業(yè)產(chǎn)出的尾煤和脫泥池的溢流均由一段濃縮機(jī)處理。

2 精選作業(yè)的礦漿粒度組成

潘一選煤廠煤泥精選作業(yè)入料粒度組成見表1。

表1 礦漿粒度組成

由表1可知：

(1)隨著粒度的減小，各粒級(jí)灰分增高；>0.03 mm的各粒級(jí)灰分增幅小而緩，<0.03 mm粒級(jí)的灰分發(fā)生突變，突然增高了5.14個(gè)百分點(diǎn)。

(2)根據(jù)潘一選煤廠要求的浮選精煤灰分11%分析，>0.03 mm的各粒級(jí)產(chǎn)率為57.84%，灰分為10.90%，屬于質(zhì)量合格的“精煤”，在精選作業(yè)中應(yīng)該盡可能回收；對(duì)于產(chǎn)率為42.16%、灰分為18.82%的<0.03 mm粒級(jí)，精選作業(yè)的目的是脫泥降灰，提高分選精度。

(3)<0.03 mm粒級(jí)灰分高的原因是煤泥中含有大量高灰泥化物，并富集在細(xì)粒物料中，其混入粗選精煤的主要途徑有兩種：①細(xì)泥比表面積大，吸附能力強(qiáng)，無選擇性地粘附在礦化氣泡表面；②一般粗選精煤的液固比不小于3，在液相中含有大量以膠體狀態(tài)分布的微米級(jí)細(xì)泥，這些細(xì)泥必然混入粗選精煤[7]。

3 礦漿濃度與各項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)系

為保證試驗(yàn)的可靠性，采取了兩項(xiàng)措施：在同一生產(chǎn)班由同一人員操作；調(diào)節(jié)稀釋水閥門直至礦漿濃度適宜，并于30 min后開始采樣測試。

由于精選作業(yè)的礦漿中含有大量泡沫，即在一定容積的礦漿中除固液兩相外，還存在氣相，故不能以固體含量作為礦漿濃度的指標(biāo)，而必須采用百分濃度指標(biāo)。

此次浮選試驗(yàn)最大的特點(diǎn)就是精選浮選機(jī)有足夠的容積，能夠適應(yīng)大流量、低濃度的操作要求。當(dāng)?shù)V漿濃度由10.37%降至4.37%時(shí)，流量為前者的2.37倍，即浮選時(shí)間減少57.86個(gè)百分點(diǎn)。如果精選浮選機(jī)沒有充足的處理能力，則浮選時(shí)間不足的負(fù)面作用必將影響礦漿濃度降低的正面效果。精選作業(yè)中不同礦漿濃度時(shí)的各項(xiàng)指標(biāo)見表2。

由表2可知：

(1)由于4組試驗(yàn)的礦漿灰分十分接近，故試驗(yàn)結(jié)果具有很好的可比性；隨著礦漿濃度的增高，部分指標(biāo)值增高，其他指標(biāo)值降低，并呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化趨勢。

(2)4組尾煤灰分接近，精煤可燃體回收率也很接近，說明>0.03 mm粒級(jí)均能得到有效回收；4組尾煤灰分均在71%以上，這是煤中伴生礦物以石英為主的緣故，這些伴生礦物基本被脫除而進(jìn)入尾煤。

表2 精選作業(yè)中不同礦漿濃度時(shí)的各項(xiàng)指標(biāo)

3.1 礦漿濃度與工藝效果指標(biāo)的關(guān)系

MT/T 180—1988《選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法》[8]是30年前制定的，當(dāng)時(shí)我國設(shè)置煤泥精選作業(yè)的選煤廠屈指可數(shù)，故該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是用于評(píng)定煤泥粗選作業(yè)工藝效果。粗選作業(yè)與精選作業(yè)的入浮礦漿性質(zhì)完全不同，兩者的分選目的也有極大差異，為了反映真實(shí)的分選情況，此次以精選完善指標(biāo)作為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)[9]，該指標(biāo)的確切含義見表3。

根據(jù)礦漿濃度和精選完善指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表4)，對(duì)煤泥精選作業(yè)的礦漿濃度和精選完善指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行分析。設(shè)礦漿濃度為x、精選完善指標(biāo)為y，則一元線性回歸方程為y=a+bx。

表3 煤泥精選作業(yè)的目的和評(píng)定指標(biāo)

表4 礦漿濃度和精選完善指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

回歸直線的斜率(回歸系數(shù))b計(jì)算式為

b=∑(x-)(y-)∑(x-)2=-23.8121.96=-1.08。

回歸直線在y軸上的截距a計(jì)算式為

a=-b=60.95。

因此，礦漿濃度與精選完善指標(biāo)的回歸方程為

y=a+bx=60.95-1.08x，

即ηcf=60.95-1.08C，說明精選作業(yè)中礦漿濃度每下降1個(gè)百分點(diǎn)，精選完善指標(biāo)上升1.08個(gè)百分點(diǎn)。礦漿濃度與精選完善指標(biāo)的回歸直線(圖2)，其能直觀地反映兩者之間的關(guān)系。

該線性回歸方程的顯著性通過相關(guān)系數(shù)R檢驗(yàn)，其計(jì)算式為

R=∑(x-)(y-)∑(x-)2∑(y-)2=
-23.8121.96×26.27=-0.991 3。

回歸數(shù)據(jù)總數(shù)為4，則自由度為2，通過相關(guān)系數(shù)Rα表可知：在顯著性水平α=0.01時(shí)，R0.01=0.990 0。由于R=-0.991 3，故|R|>R0.01，說明礦漿濃度與精選完善指標(biāo)之間存有很好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，且在α=0.01的水平上顯著，相關(guān)概率為99%。

按照上述研究方法和計(jì)算步驟，獲得精煤非可燃體脫除率與礦漿濃度的一元線性回歸方程，即Et=37.46-1.20C，說明礦漿濃度每下降1個(gè)百分點(diǎn)，精煤非可燃體脫除率上升1.20個(gè)百分點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的回歸直線如圖2所示。

圖2 礦漿濃度與工藝效果指標(biāo)的回歸直線

3.2 礦漿濃度與生產(chǎn)指標(biāo)的關(guān)系

依據(jù)上述研究方法和計(jì)算步驟，可以得到礦漿濃度與精煤灰分、精煤產(chǎn)率的一元線性回歸方程，分別為Aj=9.57+0.18C、γj=92.67+0.23C，兩者對(duì)應(yīng)的回歸直線如圖3所示。

圖3 礦漿濃度與生產(chǎn)指標(biāo)的回歸直線

通過兩個(gè)一元線性回歸方程可知：礦漿濃度每下降1個(gè)百分點(diǎn)，精煤灰分下降0.18個(gè)百分點(diǎn)，精煤產(chǎn)率下降0.23個(gè)百分點(diǎn)。這兩個(gè)方程能夠精確地反映礦漿濃度調(diào)整后的生產(chǎn)指標(biāo)變動(dòng)情況，可作為生產(chǎn)技術(shù)管理人員的預(yù)測工具。

3.3 礦漿濃度與細(xì)粒分選工藝指標(biāo)的關(guān)系

煤泥精選的實(shí)質(zhì)是對(duì)細(xì)粒分選，在這個(gè)過程中粘附力較弱的高灰細(xì)泥從礦化泡沫表面脫落；對(duì)于精煤攜帶的水，由于礦漿已經(jīng)被清水稀釋，其中均勻分布的細(xì)泥相對(duì)減少[10]，從而達(dá)到脫泥降灰的目的。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)其定量分析，設(shè)定了兩項(xiàng)評(píng)定指標(biāo)，即<0.03 mm粒級(jí)降灰率和<0.03 mm粒級(jí)脫泥率，兩者的計(jì)算式分別為

M=A′m-A′jA′m×100%,

N=γ′m-γ′jγm×100%,式中:A′m為計(jì)算入料中<0.03 mm粒級(jí)灰分，%；A′j為精煤中<0.03 mm粒級(jí)灰分，%；γ′m為計(jì)算入料中<0.03 mm粒級(jí)產(chǎn)率，%；γ′j為精煤中<0.03 mm粒級(jí)產(chǎn)率，%。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，建立礦漿濃度與<0.03 mm粒級(jí)降灰率、<0.03 mm粒級(jí)脫泥率的一元線性回歸方程，兩者分別為M=17.55-0.40C、N=52.89-1.24C，其對(duì)應(yīng)的回歸直線如圖4所示。

圖4 礦漿濃度與<0.03 mm細(xì)粒分選工藝指標(biāo)的回歸直線

在精選作業(yè)過程中，降灰和脫泥是同時(shí)發(fā)生的，由兩個(gè)線性回歸方程可知：礦漿濃度每下降1個(gè)百分點(diǎn)，<0.03 mm粒級(jí)降灰率上升0.40個(gè)百分點(diǎn)，<0.03 mm粒級(jí)脫泥率上升1.24個(gè)百分點(diǎn)。

3.4 礦漿濃度與各項(xiàng)指標(biāo)的定量關(guān)系

根據(jù)上述研究結(jié)果，可以得到六個(gè)定量描述礦漿濃度與各項(xiàng)指標(biāo)關(guān)系的一元線性回歸方程，具體見表5。

表5 礦漿濃度與各項(xiàng)指標(biāo)的定量關(guān)系

4 結(jié)論

至今公開刊物中鮮見煤泥精選作業(yè)中礦漿濃度對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)影響的定量描述，該研究結(jié)論有助于選煤廠生產(chǎn)技術(shù)管理人員挖掘煤泥精選工藝的潛能，并可為選煤專業(yè)的工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究提供可靠的依據(jù)和借鑒。通過煤泥精選作業(yè)的系列工業(yè)性測試，可以得到以下結(jié)論：

(1)在工業(yè)性測試范圍內(nèi)，礦漿濃度與各項(xiàng)指標(biāo)之間存在顯著的線性關(guān)系；此次獲得的六個(gè)回歸方程中，除一個(gè)可靠性在80%外，其余皆在90%以上，最高者超過99%，故所做的定量描述是符合實(shí)際的、準(zhǔn)確的。

(2)由于入浮礦漿的性質(zhì)存在差異，不同選煤廠所得一元線性回歸方程的截距和斜率必然有所不同，但是變化規(guī)律和趨勢相似。煤泥精選作業(yè)的礦漿濃度優(yōu)化試驗(yàn)在絕大多數(shù)選煤廠均可開展，建議在條件具備的情況下開展這方面的工作。

(3)對(duì)于不同選煤廠來說，能不能進(jìn)行降低煤泥精選作業(yè)的礦漿濃度技術(shù)試驗(yàn)，還應(yīng)考慮浮選設(shè)備和煤泥水澄清、濃縮設(shè)備的處理能力是否相適應(yīng)。