旋流微泡浮选柱提高精煤回收率的试验研究＊

李 彪 谢广元 张秀峰 郭 柱

（1.中国矿业大学化工学院，江苏省徐州市，221116；2.大地工程开发（集团）有限公司天津分公司，天津市河西区，300201）

旋流微泡浮选柱提高精煤回收率的试验研究＊

李 彪1谢广元1张秀峰2郭 柱1

（1.中国矿业大学化工学院，江苏省徐州市，221116；2.大地工程开发（集团）有限公司天津分公司，天津市河西区，300201）

针对煤炭试样细粒级含量高的特性，依据浮选机试验确定的最优试验工艺条件，利用旋流微泡浮选柱进行了提高精煤回收率的试验，取得了精煤灰分7.78%、产率70.78%的良好分选指标。比较柱浮选和常规浮选试验，结果表明，在精煤灰分相接近的情况下，柱浮选的精煤产率要高9.32%。

浮选柱 浮选机 精煤产率 回收率

关于煤泥浮选的探究一直都是我国选煤工作者研究的重点，虽然与浮选相关的生产工艺、设备及管理已日益完善，但煤泥浮选仍是一个有极大发展空间的棘手问题。特别是在当前大力倡导低碳经济和绿色环保生产的背景下，因综采技术的高度机械化致使原煤中细粒粉煤（－0.5mm）所占比例平均高达20%～30%，这一普遍现象无疑给浮选提出了更高的要求——在保证质量的前提下，最大化浮选精煤回收率。

考虑方便生产管理和降低生产成本，目前国内的浮选工艺主流上采用的是单段浮选、多段浮选及其他联合浮选工艺，但大多只停留在实验室研究阶段，工业应用还有待进一步论证。因此，提高浮选精煤回收率的重任主要依赖于先进的浮选设备。目前，浮选设备主要分为浮选机和浮选柱两大类。山东新汶矿业集团协庄矿选煤厂为提高浮选效率，委托中国矿业大学选煤设计研究所进行浮选探究，笔者结合现场生产实践及实验室研究结果拟采用由中国矿业大学研发的FCMC旋流微泡浮选柱进行本次试验研究。

1 煤样性质

协庄矿选煤厂目前入洗的原料煤主要来自11＃煤层，11＃煤层泥质灰分高致使浮选入料中－200网目细泥的含量和灰分均高。2011年4月协庄矿选煤厂的浮选入料粒度组成见表1。

表1 煤粉筛分试验结果%

分析表1可知，煤粉样的主导粒级是－0.045mm，占煤粉样的48.76%，其灰分为45.95%；次主导粒级为0.25～0.125mm，占煤粉样的16.71%，灰分为8.31%；－0.125mm粒级含量为65.97%，表明入浮平均粒度偏细。煤粉各粒级的灰分（＋0.5mm粒度级除外）整体上随粒度的减小而增加且增幅显著，说明煤粉易碎不利于煤泥水的处理。因此，对协庄矿选煤厂而言，提高浮选精煤回收率的关键在于改善浮选入料细粒级中精煤的选择性。

2 浮选机试验

为了评价煤泥的可浮性质及确定出合适的试验工艺条件，以便对后期浮选柱试验进行指导，试验初期先在XFDII型1.5L浮选机上进行了初步探索试验。

2.1 浮选药剂用量探索试验

在试验经验工艺条件（捕收剂为煤油，起泡剂为仲辛醇，药比为5∶1，入浮浓度为60g／L）下进行了浮选药剂用量探索试验，浮选药剂用量探索试验结果见表2。由表2可知，随着捕收剂和起泡剂用量的增加，精煤产率呈先增加而后减少的趋势；精煤灰分呈先升高再降低的趋势。说明浮选药剂用量对选别指标影响较大。因此，综合考虑浮选完善指标最优，确定的后续正交优化试验药剂用量为捕收剂用量688g／t，起泡剂用量138g／t。

表2 浮选药剂用量探索试验结果%

2.2 浮选工艺条件正交优化试验

根据浮选探索试验结果，为寻找浓度、捕收剂用量和药比对浮选效果的影响，安排了三因素三水平正交试验，正交试验安排表见表3。

表3 正交试验安排表

表4 浮选工艺条件正交优化试验结果表%

上列各试验点的浮选试验结果见表4，由表4可知，各组试验精煤灰分指标均小于8%，但精煤产率波动较大极不利于浮选生产。比较浮选完善指标，浮选完善指标以61.00%和60.90%为最好，但第7组试验的入浮浓度为40g／L过低，与选煤厂实际的浮选入料浓度有极大差距，故确定第9组试验条件为最优试验条件，用于指导浮选机煤泥分布释放试验及进行浮选柱对比试验。

2.3 煤泥分布释放试验

煤泥分布释放浮选试验结果见表5。分析表5可以看出，该煤泥可浮性良好，所需药剂量较少，浮选速度快，精煤灰分低。当精煤灰分为8%时，精煤标准产率超过60%。

表5 浮选分步释放试验结果表%

3 浮选柱试验

3.1 浮选柱提高精煤产率的原理

旋流微泡浮选柱由浮选段、旋流段和气泡发生器三部分组成。整个浮选柱为一体柱，集浮选与旋流力场中的重选于一体，可对中矿进行扫选，提高了精煤回收率；同时采用了外置自吸式微泡发生器，高效节能；还在柱内加入了稳流板，有利于提高尾矿灰分和降低柱体高度。旋流微泡浮选柱提高精煤产率的作用体现在柱体旋流段的工作，它使通过的气泡在柱体断面上的扩散加速，更重要的是对经过分离段的分选的中矿及循环中矿具有再选作用。在旋流力场作用下，两部分中矿按密度发生分离，低密度物料汇集旋流分离段中部并向上进入柱分离精选段，再次经历柱分离的精选过程。

3.2 给料压力试验

按照浮选工艺条件正交优化试验确定的最佳条件（捕收剂0.92kg／t，起泡剂0.13kg／t，浓度80 g／L）做浮选柱分选试验，通过调节浮选柱循环泵压力，分选出3种精煤产品，试验结果见表6。分析可知，在浮选机正交优化工艺试验条件下，随着给料压力的增大，浮选柱精煤产率和灰分均逐步增加，浮选柱精煤灰分由7.42%增加至7.78%，而产率由63.96%提高到70.74%。综合考虑浮选完善指标，给料压力选用0.16MPa的指标较好，此时精煤灰分为7.58%，精煤产率为70.12%。

表6 煤泥浮选柱试验结果表%

3.3 浮选柱与浮选机对比

在相同的药剂制度下，通过浮选机分选获得的精煤的灰分指标为7.90%，产率为61.42%，且浮选机的分选效果波动大；而浮选柱在给料压力调控简便的情况下，获得的精煤产品灰分最高7.78%，也要比浮选机最优结果好，并且产品质量指标稳定，此时精煤产率也比浮选机的61.42%要高9.32%，优势明显。结合煤质特点及精煤产品筛分组成结果可知，这一结果主要是得益于旋流微泡浮选柱在细粒级（－0.125mm）的分选优势。

4 结论

（1）通过浮选机分选，可获得灰分7.90%、产率61.42%的精煤；而浮选柱仅通过调控循环泵压力即可获得灰分7.78%、产率为70.74%的精煤，不仅灰分比浮选机低0.12%，而且回收率比浮选机高9.32%。此外，浮选柱各压力条件下的精、尾煤灰分及产率均明显比相同药剂条件下的浮选机试验结果要好，并且浮选完善指标均较浮选机最优的61.00%有显著提高。

（2）利用旋流微泡浮选柱对煤泥进行降灰回收，可以保证产品的灰分要求及其稳定性，同时实现了精煤泥的高效回收利用，设备调控简便，因而具有良好的环保与经济意义。

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Experimental study on improving recovery of clean coal by cyclonic microbubble flotation column

Li Biao1，Xie Guangyuan1，Zhang Xiufeng2，Guo Zhu1

（1.School of Chemical Engineering and Technology，China University of Mining ＆Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China；2.Dadi Engineering Development Group Tianjin Branch，Hexi，Tianjin 300201，China）

According to the characteristic of the coal sample with high content in fine fraction，the experiment on improving recovery of clean coal was taken by using a cyclonic microbubble flotation column on basis of flotation optimum technological conditions which were determined by routine flotation test，and a good separation index was obtained，the ash content of clean coal was 7.78%and the recovery was 70.78%.Comparison between column flotation and conventional flotation results，at approximately same concentrate ash，its yield by column flotation was 9.32 percent point higher.

flotation column，flotation cell，clean coal yield，Recovery

TD943

A

国家自然科学基金（50974120）；中央高校基本科研业务费专项资金资助（2010QNB08）

李彪（1989－），男，湖南长沙人，硕士，主要研究方向：细粒煤分选及洁净煤技术。

（责任编辑 张毅玲）