聚丙烯酰胺对水介质旋流器分选性能的影响规律研究

刘爱荣，樊民强

（太原理工大学 矿业工程学院，太原 030024）

水介质旋流器作为细粒煤的分选设备之一，以其结构简单，布置方便，无运动部件，易管理，使用寿命长，分选成本低等优势，在细粒煤分选方面具有广阔的应用前景[1]。作为按密度进行分选的重选设备，水介质旋流器的分选性能受颗粒粒度的影响很大，随着粒度逐渐减小，分选效率逐渐降低，-0.125 mm微细粒的分选效果相对较差[2]。在重力、离心力等宏观作用力场，微细粒矿物是很难实现高效分选的，近年来人们开始注意到颗粒间的表面力作用有利于提高微细粒重选的分选效率[3]。胡筱敏等[4]曾对微细粒弱磁性赤铁矿的磁种团聚-高分子絮凝-水力旋流器分离工艺进行了系统的研究，结果表明高分子絮凝所得絮团更为密实，粒度粗，强度大，适于重选设备分离。

絮凝剂聚丙烯酰胺在微细粒重选中的应用主要是对细粒级矿物选择性絮凝，使被分选矿粒选择性地形成絮团以增大颗粒的粒径，为实现重选创造粒度条件[5]。那么，聚丙烯酰胺对于细粒煤离心力场重选会有怎样的影响，目前还没有看到这方面的报道。本文主要考查聚丙烯酰胺作为辅助药剂对水介质旋流器在分选细粒煤时分选性能的影响。

1 试验

1.1 煤样性质

本试验采用的是屯兰选煤厂原煤，经破碎、筛分（1mm）、混匀装袋后备用。试验用煤样的筛分结果见表1，＋0.125mm粒级的浮沉试验结果见表2。

表1 煤样小筛分分析结果（质量分数）

表2 ＋0.125mm粒级原煤浮沉试验结果（质量分数）

从表1可以看出，试验所用煤样中约有40%为-0.074mm粒级的微细粒煤泥。从表2可以看出，当精煤灰分9.67%时，累计产率可达到72.77%，该煤样中＋0.125mm粒级属于易选煤。

1.2 试验方法

取一定量的非离子型聚丙烯酰胺粉末，分子量800万，配制聚丙烯酰胺溶液，药剂用量按吨干煤泥量1，5，10，25g／t向搅拌桶内分别添加，调浆，待分选工况稳定后，同时接取旋流器溢流与底流，然后将溢流与底流进行筛分、过滤、烘干、称重并化验各粒级物料灰分。

试验中水介质旋流器型号为∅75mm，溢流管直径、底流口直径、溢流管插入深度分别为22，8，70 mm，旋流器给料压力为0.15MPa，矿浆固体浓度为100g／L。试验系统见图1。

图1 试验系统示意图

2 结果与讨论

2.1 PAM对水介质旋流器分选结果的影响

由图2可以看出，PAM添加后旋流器溢流各粒级的回收率随着加药量的增大逐渐降低，在加药量25g／t时＋0.074mm粒级的产率又迅速增大。

由图3可以看出，添加PAM后，溢流＋0.074 mm粒级的灰分随着加药量的增大逐渐降低，在加药量25g／t时又迅速增大。PAM对-0.074mm粒级的溢流灰分影响很小。当药剂用量过大时，在絮团中可能包裹了一些亲水性颗粒进入溢流产品，导致溢流灰分增大。

由图4可以看出，PAM的添加对各粒级底流灰分的影响是不同的，对于＋0.25mm粒级随着药剂用量的增加底流灰分逐渐降低，而-0.25mm粒级则随着药剂用量的增加底流灰分逐渐增大而后降低，在药剂用量25g／t时又迅速增大。

图2 PAM用量对溢流回收率（质量分数）的影响

图3 PAM用量对溢流灰分（质量分数）的影响

图4 PAM用量对底流灰分（质量分数）的影响

2.2 PAM对水介质旋流器分选效率的影响

为综合评定PAM对旋流器分选效果的影响，采用汉考克效率作为评定指标，汉考克效率计算公式见公式（1），根据试验结果计算不同加药量下各粒级汉考克效率见图5所示。

式中：Ac与Af分别为精煤灰分与入料灰分；Yc为精煤产率。

图5 PAM用量对各粒级综合效率的影响

从图5可以看出，水介质旋流器中PAM的添加，可以提高＋0.074m粒级的分选效率，且随着加药量的增大，分选效率逐渐增大，在加药量达10g／t时，＋0.074mm粒级的提高幅度较大，特别是0.25～0.125mm粒级可提高22%左右。但当药剂用量25 g／t时各粒级分选效率有所降低，这说明PAM用量存在着最佳值，加药量过大后不利于分选。

3 絮凝剂PAM提高旋流器分选性能的机理分析

由上述试验结果与讨论可知，PAM的添加可大幅度提高-0.25mm粒级细粒煤的分选效率。为了弄清楚旋流器入料中添加PAM可提高分选效率的机理，单独对-0.25mm粒级的原煤在絮凝前（不加PAM）、絮凝后（PAM 用量5g／t）进行了水介质旋流器分选试验，采用激光粒度分析仪分别对旋流器入料、溢流、底流进行了粒度组成分析，见图6，图7。

由图6可以看出，-0.25mm粒级旋流器入料添加PAM后，-0.1mm粒级的百分含量降低，＋0.1 mm粒级的百分含量大幅度增加，这说明PAM对入料进行了絮凝，形成了絮团，颗粒的表观粒度增大。由图7可以看出，絮凝后的矿浆经渣浆泵给入旋流器进行分选，旋流器溢流和底流的粒度组成与絮凝前的溢流和底流相比细粒级的百分含量略有降低，粗粒级的百分含量略有升高，这说明旋流器入料絮凝后再进行分选，其溢流和底流中均存在着絮团，PAM高分子长链对颗粒进行了絮凝，增大了颗粒的表观粒度，根据斯托克斯公式可知，颗粒沉降速度与颗粒的直径的平方成正比，那么絮团的存在为重选创造了分离条件，所以向水介质旋流器入料中添加PAM可提高旋流器的分选效率。

图6 -0.25mm原煤絮凝前后粒度组成

图7 旋流器溢流、底流絮凝前后的粒度组成

4 结论

1）水介质旋流器入料中添加PAM，在0～10 g／t范围内，随着药剂用量的增加，＋0.074mm粒级溢流灰分大幅度降低，底流中-0.25mm粒级的灰分有所增大。

2）对旋流器入料矿浆絮凝后重力分选，可提高＋0.074mm粒级的分选效率，尤其是0.25～0.125 mm粒级的分选效率得到大幅度提高，可高达22%左右。

3）通过对水介质旋流器分选产品的粒度组成对比，证实了絮凝剂作为辅助药剂可提高细粒煤重选分选效率的原因主要是提高了细粒煤的表观粒度。

[1]Yunkai Xia，JianGuang Li.Fine coal circuitry considerations in treatment of soft coal with difficult washabilities[J].Fuel Processing Technology 2007，88（8）：759-769.

[2]樊民强，董连平，韩晓恒，等.新型水介质旋流器分选粗煤泥的试验研究与工业应用[J].选煤技术，2007（4）：25-29.

[3]刘四清，庄故章.表面力与微细粒矿物分选研究现状及展望[J].昆明理工大学学报，1997，22（2）：32-35.

[4]胡筱敏，罗蒨，张维庆.赤铁矿的磁种团聚一高分子絮凝及其重选分离的研究[J].金属矿山，1991（12）：41-43.

[5]张明旭.选择性絮凝技术及其在煤炭分选中的应用[J].东北煤炭技术，1998（3）：48-52.