高 楠

(陽(yáng)煤集團(tuán)煤質(zhì)中心，山西 陽(yáng)泉 045000)

引 言

煤炭資源是我國(guó)需求量最大的一次性能源，據(jù)勘探，我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)家，煤炭?jī)?chǔ)量達(dá)4.5億t以上[1]，我國(guó)的煤炭種類相對(duì)齊全，從褐煤到無煙煤的各個(gè)階段的煤種均有分布，但各種煤炭資源的分布量卻存在著巨大的差別，特別是優(yōu)質(zhì)的稀缺煤種，在我國(guó)的煤炭資源儲(chǔ)量結(jié)構(gòu)中占比較小，我國(guó)已探明的優(yōu)質(zhì)煉焦煤種(肥煤和焦煤)的儲(chǔ)量約占已探明煤炭總儲(chǔ)量的9%，但其又是對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所必不可少的資源。

目前煉焦用煤中原煤灰的含量可達(dá)18%以上，且其中含硫量偏高，煉焦時(shí)的可選擇性較差，精煤的回收比例也相對(duì)較低，限于當(dāng)前我國(guó)難選煤泥分選技術(shù)的限制，其提取難度較大、經(jīng)濟(jì)性較差，通常只能作為一般的燃料進(jìn)行消耗，造成了精煤資源的極大浪費(fèi)，因此開展優(yōu)質(zhì)煤種難選煤泥的強(qiáng)化分選研究對(duì)于提升我國(guó)優(yōu)質(zhì)煤種的利用率具有十分重大的意義，針對(duì)當(dāng)前我國(guó)難選煤泥分選時(shí)效率低下、手段單一、利用率不高的難題[2]，本文對(duì)難選煤泥的分選過程、機(jī)理進(jìn)行了深入研究，以有效提高精選稀缺煤種難選煤泥的分選效率和利用率，擴(kuò)大其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 難選煤泥分選的過程特征

難選煤泥的分選過程優(yōu)化主要是依據(jù)前人研究的煤泥的浮選速度常數(shù)的變化趨勢(shì)，確定最佳的浮選動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)行強(qiáng)化。難選煤泥的浮選速度主要是指在分選槽內(nèi)的待選礦物的減少的速度和在某一瞬間分選槽內(nèi)待選礦物的濃度成正比的關(guān)系特征，在實(shí)際的分選過程中我們將待選礦物的濃度用礦漿里面還沒有被浮選出的目標(biāo)礦物質(zhì)的回收率來進(jìn)行替代，其可表示為式(1)。

(1)

式中：K為浮現(xiàn)速度常數(shù)，其數(shù)值是通過浮選的結(jié)果來進(jìn)行確定的。

K的數(shù)值是一個(gè)變數(shù)，其與浮選時(shí)間有關(guān)，假設(shè)將浮選速度的數(shù)學(xué)模型按照最快浮選速度進(jìn)行處理，那么k值與時(shí)間的變化關(guān)系如圖1所示。

圖1 浮選速度變化曲線

由此可以確定在理想條件下煤泥分選速度的數(shù)學(xué)模型可以表示為式(2)。

R=90.9×[1-0.86exp-0.375 3t]

(2)

對(duì)分選速度的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求導(dǎo)變換，可求出分選速度常數(shù)和時(shí)間之間的變化關(guān)系，即難選煤泥在試驗(yàn)室條件下的浮選速度常數(shù)與時(shí)間之間的相互關(guān)系，即式(3)。

k=-0.375 3t

(3)

由此確立了難選煤泥分選時(shí)的變化規(guī)律，為后續(xù)研究新的分選設(shè)備和方法奠定了基礎(chǔ)。

2 兩段浮選法的研究

傳統(tǒng)的單段浮選方法雖然其分選環(huán)境好、選擇性高，但是由于其缺乏強(qiáng)化分選的過程，造成它的回收能力嚴(yán)重不足，已經(jīng)越來越不能滿足煤泥分選的要求[3]，因此我們?cè)趩味胃∵x法的基礎(chǔ)上提出了兩段浮選的方案，該方案在保留傳統(tǒng)單段浮選選擇性高、分選環(huán)境好的基礎(chǔ)上強(qiáng)化了分選過程，具有分選精度高，回收能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，從而很好地實(shí)現(xiàn)了在難選煤泥分選過程中易浮出的顆?？焖俑〕?，難浮出的顆?？焖?gòu)?qiáng)化回收的分選過程，該兩段式分選的方案，把分選過程中的填充、強(qiáng)管硫化礦、旋流浮選較好的按預(yù)定順序進(jìn)行排列，很好地實(shí)現(xiàn)了在多槽分選的過程中將易浮出的顆粒在第一時(shí)間能夠從第一分選槽內(nèi)浮出，其他難浮現(xiàn)的顆粒在后續(xù)經(jīng)過多次的強(qiáng)化分選后能夠快速地與煤泥的可浮性特征相互耦合，其兩段式強(qiáng)化浮選過程如圖2所示。

圖2 兩段浮選原理

兩段式浮選法以旋流靜態(tài)微泡浮選柱作為研究的目標(biāo)，經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)將浮選柱的內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)成旋流式結(jié)構(gòu)，在分選的過程中通過控制柱內(nèi)流體以層流的方式進(jìn)行流動(dòng)，從而極大強(qiáng)化了難選煤泥在分選過程中的回收的效果，提高了精選煤泥的利用效果同時(shí)降低了在分選過程中的能源消耗。

3 兩段浮選系統(tǒng)設(shè)計(jì)

難選煤泥在分選過程中的不同階段，或在相同階段的不同過程中對(duì)浮選流體的力學(xué)狀態(tài)要求不盡相同，因此為了提高難選煤泥的分選效果，兩段式浮選系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn)[4]。

1) 應(yīng)具有高效的難浮顆粒循環(huán)分選結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化對(duì)難浮顆粒的分選效果。

2) 能夠形成高紊流大流量的兩段式分選，將較細(xì)直徑的難浮顆粒在高紊流的條件下得到充分的分選，充分提高對(duì)難浮顆粒的回收效果。

3) 能形成低紊流的快速懸浮狀態(tài)，確保在分選過程中易浮顆粒能夠迅速浮出，快速將難浮顆粒進(jìn)行分離，降低后續(xù)分選的難度和污染物的數(shù)量。這就要求在分選的時(shí)候能夠具有充分大的供氣量，在分選池中形成連續(xù)不斷的氣泡結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)易浮顆粒與氣泡的結(jié)合概率，同時(shí)還需要內(nèi)部的湍流強(qiáng)度較低，便于易浮顆粒的順利上浮。

4) 能夠根據(jù)難選煤分選過程中可浮性的變化特征來設(shè)計(jì)特點(diǎn)的分選過程，在分選中加入快浮段和回收段，提高系統(tǒng)對(duì)煤泥的分選效果。

根據(jù)難選煤泥的分選要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩段式浮選結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 兩段浮選柱體結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

本文針對(duì)目前我國(guó)難選煤泥分選技術(shù)水平低下，其難選煤泥分選的提取難度較大、經(jīng)濟(jì)性較差進(jìn)行充分研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新的兩段式浮選的難選煤泥分選方案，并對(duì)其分選機(jī)理進(jìn)行了充分的研究，設(shè)計(jì)了兩段式分選的柱體結(jié)構(gòu)，該方案有效提高了精選稀缺煤種難選煤泥的分選效率和利用率，克服了傳統(tǒng)煤泥分選時(shí)效率低下、手段單一、利用率不高的難題，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。