优质稀缺煤种难选煤泥的分选过程应用研究

高 楠

(阳煤集团煤质中心，山西 阳泉 045000)

引 言

煤炭资源是我国需求量最大的一次性能源，据勘探，我国是世界上最大的煤炭生产国家，煤炭储量达4.5亿t以上[1]，我国的煤炭种类相对齐全，从褐煤到无烟煤的各个阶段的煤种均有分布，但各种煤炭资源的分布量却存在着巨大的差别，特别是优质的稀缺煤种，在我国的煤炭资源储量结构中占比较小，我国已探明的优质炼焦煤种(肥煤和焦煤)的储量约占已探明煤炭总储量的9%，但其又是对我国国民经济社会发展所必不可少的资源。

目前炼焦用煤中原煤灰的含量可达18%以上，且其中含硫量偏高，炼焦时的可选择性较差，精煤的回收比例也相对较低，限于当前我国难选煤泥分选技术的限制，其提取难度较大、经济性较差，通常只能作为一般的燃料进行消耗，造成了精煤资源的极大浪费，因此开展优质煤种难选煤泥的强化分选研究对于提升我国优质煤种的利用率具有十分重大的意义，针对当前我国难选煤泥分选时效率低下、手段单一、利用率不高的难题[2]，本文对难选煤泥的分选过程、机理进行了深入研究，以有效提高精选稀缺煤种难选煤泥的分选效率和利用率，扩大其经济和社会效益。

1 难选煤泥分选的过程特征

难选煤泥的分选过程优化主要是依据前人研究的煤泥的浮选速度常数的变化趋势，确定最佳的浮选动力学数据，进行强化。难选煤泥的浮选速度主要是指在分选槽内的待选矿物的减少的速度和在某一瞬间分选槽内待选矿物的浓度成正比的关系特征，在实际的分选过程中我们将待选矿物的浓度用矿浆里面还没有被浮选出的目标矿物质的回收率来进行替代，其可表示为式(1)。

(1)

式中：K为浮现速度常数，其数值是通过浮选的结果来进行确定的。

K的数值是一个变数，其与浮选时间有关，假设将浮选速度的数学模型按照最快浮选速度进行处理，那么k值与时间的变化关系如图1所示。

图1 浮选速度变化曲线

由此可以确定在理想条件下煤泥分选速度的数学模型可以表示为式(2)。

R=90.9×[1-0.86exp-0.375 3t]

(2)

对分选速度的数学模型进行求导变换，可求出分选速度常数和时间之间的变化关系，即难选煤泥在试验室条件下的浮选速度常数与时间之间的相互关系，即式(3)。

k=-0.375 3t

(3)

由此确立了难选煤泥分选时的变化规律，为后续研究新的分选设备和方法奠定了基础。

2 两段浮选法的研究

传统的单段浮选方法虽然其分选环境好、选择性高，但是由于其缺乏强化分选的过程，造成它的回收能力严重不足，已经越来越不能满足煤泥分选的要求[3]，因此我们在单段浮选法的基础上提出了两段浮选的方案，该方案在保留传统单段浮选选择性高、分选环境好的基础上强化了分选过程，具有分选精度高，回收能力强的优点，从而很好地实现了在难选煤泥分选过程中易浮出的颗粒快速浮出，难浮出的颗粒快速强化回收的分选过程，该两段式分选的方案，把分选过程中的填充、强管硫化矿、旋流浮选较好的按预定顺序进行排列，很好地实现了在多槽分选的过程中将易浮出的颗粒在第一时间能够从第一分选槽内浮出，其他难浮现的颗粒在后续经过多次的强化分选后能够快速地与煤泥的可浮性特征相互耦合，其两段式强化浮选过程如图2所示。

图2 两段浮选原理

两段式浮选法以旋流静态微泡浮选柱作为研究的目标，经过合理的设计将浮选柱的内侧设计成旋流式结构，在分选的过程中通过控制柱内流体以层流的方式进行流动，从而极大强化了难选煤泥在分选过程中的回收的效果，提高了精选煤泥的利用效果同时降低了在分选过程中的能源消耗。

3 两段浮选系统设计

难选煤泥在分选过程中的不同阶段，或在相同阶段的不同过程中对浮选流体的力学状态要求不尽相同，因此为了提高难选煤泥的分选效果，两段式浮选系统应具有以下特点[4]。

1) 应具有高效的难浮颗粒循环分选结构，强化对难浮颗粒的分选效果。

2) 能够形成高紊流大流量的两段式分选，将较细直径的难浮颗粒在高紊流的条件下得到充分的分选，充分提高对难浮颗粒的回收效果。

3) 能形成低紊流的快速悬浮状态，确保在分选过程中易浮颗粒能够迅速浮出，快速将难浮颗粒进行分离，降低后续分选的难度和污染物的数量。这就要求在分选的时候能够具有充分大的供气量，在分选池中形成连续不断的气泡结构，加强易浮颗粒与气泡的结合概率，同时还需要内部的湍流强度较低，便于易浮颗粒的顺利上浮。

4) 能够根据难选煤分选过程中可浮性的变化特征来设计特点的分选过程，在分选中加入快浮段和回收段，提高系统对煤泥的分选效果。

根据难选煤泥的分选要求，我们设计了两段式浮选结构，如图3所示。

图3 两段浮选柱体结构示意图

4 结论

本文针对目前我国难选煤泥分选技术水平低下，其难选煤泥分选的提取难度较大、经济性较差进行充分研究的基础上，提出了一种新的两段式浮选的难选煤泥分选方案，并对其分选机理进行了充分的研究，设计了两段式分选的柱体结构，该方案有效提高了精选稀缺煤种难选煤泥的分选效率和利用率，克服了传统煤泥分选时效率低下、手段单一、利用率不高的难题，具有巨大的经济和社会效益。