对浮选试验标准的若干见解

吴大为，任利勤，郭建伟，叶树强，李亚楠

(1.华北科技学院，河北 三河 065201；2.北京国华科技集团有限公司,北京 101300；3.唐山国华科技国际工程有限公司,河北 唐山 063020)

《选煤技术》2021年第1期刊载了一篇题为《浮选试验标准不适应性讨论》[1](以下简称《浮选讨论》)的长文。该文通过对新老浮选标准进行解读，并结合试验，对现行浮选标准的适应性进行了学术性探讨：首次引入“理想分选”的概念，并对如何获得“理想分选”进行了一系列探索，提出应对浮选入料、浮选精煤、浮选尾矿分别进行“理想分选试验”以获得各自的灰分组成，从而获得基元灰分、精煤灰分误差、数量效率、总错配物含量、精煤污染、尾矿损失等综合评价指标；为实现对煤粉可浮性以及浮选工艺效果的客观评定，该文提出了采用邻近灰分±1.0含量、最高灰分物含量、高于基元灰分物含量等指标来表征煤粉可浮性；此外，该文还给出了对现行标准的修订意见。笔者在阅读学习该文之后产生了共鸣，因此也来谈谈对浮选试验标准的一些见解，以兹同仁共同探讨。

1 浮选工艺效果评定指标

无论是MT 180—1988《浮选工艺效果评定方法》[2]，还是之后修订升级的GB/T 34164—2017《选煤厂浮选工艺效果评定方法》[3]，均有以下两项指标：浮选精煤数量指数/效率和浮选完善指标[4]。

1.1 浮选精煤数量指数/效率

该项指标是参照重力选煤“数量效率”的理念而设置的。当初在起草MT 180—1988《浮选工艺效果评定方法》报批稿时，将其定为“浮选精煤数量效率”，在标准审查会上，与会专家认为“效率”一词广泛用于各领域，公认的范围是0～100%，而在实际应用中“浮选精煤数量效率”有可能超过100%，有悖于“效率”的概念，因此在该标准的报批稿中将之改为“浮选精煤数量指数”。但在GB/T 34164—2017《选煤厂浮选工艺效果评定方法》中还是将其称为了“数量效率”。“浮选精煤数量指数” 是否适宜称为“数量效率”，笔者认为，既需要参考详尽的试验对比数据，又需从试验方法的科学性和实验室浮选机性能的先进性两个方面来加以评判，看看浮选试验获得的浮选精煤产率是否达到了理想的水准。但就现有状况来看，显然没有达到。

举一实例：潘集选煤厂是年处理能力为12.0 Mt/a的特大型矿区选煤厂，主选采用不分级、不脱泥无压给料三产品重介质旋流器选煤工艺。鉴于淮南煤田煤泥灰分高、细泥含量多、可浮性差的特性，在浮选生产中该厂采用了FJCA36-4型喷射式浮选机粗选-精选工艺，浮选精煤由加压过滤机脱水回收。2018年12月，该厂进行了工业性试验[5]，试验结果显示：浮选精矿泡沫灰分为11.02%(滤饼灰分为9.72%)，而实验室分步释放浮选试验(结果见表1)需对粗选泡沫进行四次精选方能达到此灰分指标，这表明工业应用的浮选机的性能远好于实验室浮选机。当加压过滤机滤饼灰分为9.72%时，生产检测的浮选精煤产率为53.50%，而实验室试验的标准精煤产率为43.49%，此时的浮选精煤数量指数为123.03%。由此可见，随着选煤技术的创新和新设备的应用，选煤工业生产指标可能会好于实验室结果，实验室浮选机的性能及试验方法距理想(理论)水平还存在较大的差距，这也从另一个方面反应出浮选试验标准的不适应性。

表1 潘集选煤厂煤泥实验室分步释放浮选试验Table 1 Laboratory timed-release analysis of the coal slime of Panji Coal Preparation Plant %

1.2 浮选完善指标

MT 180—1988《浮选工艺效果评定方法》标准起草者概括地将煤中的灰分(A)看作非可燃体，煤中的100-A看作可燃体，是借用了国际上广为应用的汉考克总效率理念。对于浮游选煤工艺效果精确程度，可从下列两个方面加以评价。

(1) 从精煤的分选精确度出发，应该尽可能地将可燃体回收到精煤之中，将非可燃体尽可能地排除到精煤之外，浮选完善指标(ηwf)就是精煤可燃体回收率E1(正配指标)与精煤中非可燃体混杂率E2(错配指标)之差：

(1)

式中：γj为精煤产率，%；Aj为精煤灰分，%；Ay为入料灰分，%。

(2)从尾煤的分选精确度出发，应该是尽可能地将非可燃体排回收到尾煤中，尽可能地避免可燃体在尾煤中的混杂，浮选完善指标(ηwf)就是尾煤非可燃体排除率E3(正配指标)与尾煤中可燃体混杂率E4(错配指标)之差：

(2)

式中：γw为尾煤产率，%；Aw为尾煤灰分，%。

由表2所列的潘集选煤厂粗选数据(表2中第1组数据)和《浮选讨论》一文中西庞选煤厂浮选柱生产数据(表2中第2组数据)可知，无论从精煤的分选精确度出发采用式(1)，还是从尾煤的分选精确度出发采用式(2)，所计算出的浮选完善指标的数值均是一样的。

表2 浮选生产数据

表2数据表明，汉考克效率公式适用于两种不同性质的物质分离精确度的量化评定，又一次佐证该公式物理意义的严谨性。《浮选讨论》一文中“汉考克公式的物理意义并不明确”这一观点笔者并不认同。

在引用汉考克公式来评定浮选精确度时，由于仅是从可燃体和非可燃体概念出发而没有考虑其在各种浮选入料中的嵌布特性(即单体解离程度)差异，以及二者天然疏水性和粒度组成的差异等，因此在标准中设定适用于“同一煤”的评定。所谓 “同一煤”是一个笼统的概念，落实到具体，确实有难度。例如：一座选煤厂的浮选入料原先的粒度上限是0.5 mm，经工艺改进浮选入料粒度上限降为0.25 mm，浮选入料的灰分有所增高，粒度组成有所变细，这是否还算“同一煤”确实不好界定。

通常，在进行浮选设备工艺效果评定时，浮选精煤数量指数/效率和浮选完善指标常常同时使用。

2 煤泥浮选试验曲线

标准应该具有唯一性。然而，我国选煤实验室煤泥浮选试验方法已有三个国家标准。

颁布实施最早的是MT/T 144—1997《分步释放试验方法》[6]，并在专业期刊上做过宣贯说明，为业界人士所熟悉。后来修订升级为GB/T 36167—2018《选煤实验室分步释放浮选试验方法》[7]，但遗憾的是这项标准没有做必要的宣传贯彻。

GB/T 30046.2—2013《煤粉(泥)浮选试验第2部分：顺序评价试验方法》[8]在颁布实施时，也在刊物上作了宣贯说明。但MT 180—1988《浮选工艺效果评定方法》修订升级为GB/T 34164—2017《选煤厂浮选工艺效果评定方法》时，却没进行宣贯介绍，因此导致应用者无从知晓在获取浮选精煤理论/标准产率时，顺序评价试验方法为何要取代分步释放浮选试验以及它的必要性和合理性。

同样，GB/T 30046.3—2013《煤粉(泥)浮选试验 第3部分：释放评价试验方法》[9]也是“悄悄地”颁布实施，未在业内进行宣贯。

笔者认为，从有利于标准应用者的理解和使用上讲，一项标准颁布实施后，对之进行宣贯说明非常必要，建议今后标准制订者不要忽略这个问题。

《浮选讨论》一文提供了很多试验资料，其中之一是用同一种煤泥同时进行了上述三种实验室浮选试验。笔者将该文中图6—图8中的数据在同一坐标系中表现出来，绘制了三条精煤产率-灰分关系曲线，如图1所示。为提高曲线的精确度，适当放大了横坐标的刻度值。

图1 精煤产率-灰分关系曲线

虽然这三种试验的方法与步骤有所差别，其目标是相同的，即将煤泥分离为灰分不同的若干组分。由于浮选入料中灰分不同的各组分间存在内在的关联性，因此在正常的条件下，这三条曲线应该是光滑的曲线，皆由以下三部分组成：一是上半段，即低灰分段，是一条较为陡峭的斜线；二是中间段，即曲线过度段；三是下半段，即高灰分段，是一条较为平缓的斜线。

在同一坐标系中判定哪一条曲线的分选更为精确，接近理论状态，就需要对比曲线的上半段，看哪一条更趋近于左侧纵坐标轴：在相同的精煤产率条件下，趋近于左侧纵坐标轴的精煤灰分比较低；在相同的精煤灰分条件下，趋近于左侧纵坐标轴的精煤产率比较高。

由图1可以看出，三种试验方法的曲线上半段较为接近，差别不算太大，但是曲线过度段、下半段有较大的差别。值得说明的是，该结果仅是《浮选讨论》一文中提及的邢台煤泥试验结果，至于三种试验方法中究竟是哪个精确度更好还需要有更多试验数据来评价。

由图1还可以看出：三条曲线的坐标点集中在低灰分的上半段；中间曲线过度段坐标点相对要少得多；而高灰分的下半段几乎没有坐标点，仅是按趋势顺延的，因此缺乏真实性。

精煤产率-灰分关系曲线除了用于浮选工艺效果评定外，还可用于浮选精煤质量与产率的预测。近年来，有些选煤厂提出了浮选作业分选出三产物(精煤、中煤、尾煤)的方案，以实现将尾煤灰分提高到75%以上的目标，从而将之与矸石一同废弃处理，在这种情况下，精煤产率-灰分关系曲线中高灰分的下半段将变得重要。《浮选讨论》一文提出的不但将粗选精煤多次精选，而且也将粗选尾煤多次扫选的实验室煤泥浮选试验流程的确是个好主意。

3 煤泥可浮性曲线

根据实验室浮选试验的数据，可绘制出精煤产率-灰分关系曲线，该曲线类似于重力选煤的根据浮沉试验结果绘制的亨利-黎因赫特(H-R)曲线组中的β曲线。

早在2008年，业内人士在专业刊物上发表了《煤泥可浮性曲线的绘制及应用》一文[10]，根据分步释放浮选试验结果(一次粗选、四次精选)绘制了如图2所示的煤泥可浮性曲线。

研究者从煤炭H-R可选性曲线的基本形式出发，衍生出一组煤泥可浮性曲线，如精煤曲线(β)、尾煤曲线(θ)、基元灰分曲线(λ)、产率曲线(γ)、精煤灰分邻近物曲线(ε)，该组曲线可以全面、直观、定量、形象地将煤泥实验室试验的全部结果用坐标图形式表示出来。与原料煤(>0.5mm粒级)可选性曲线一样，该组曲线也可以准确地预测分选指标，评定分选效果。在此重提的目的是引起业内人士关注，探讨今后是否将其列入相关标准之中。

图2 煤泥可浮性曲线

《浮选讨论》一文介绍的试验方法中将90 g煤样分选出26个灰分不同的组分(质量最小的组分仅为0.91 g)，这从学术研究和技术探讨上讲无疑是正确的，表明了一种科学严谨的治学态度，但从操作条件上来讲，多数选煤现场可能难于实现，因为每个组分的采集、烘干、称重、化验等环节都存在随机误差，不仅操作难度大，且结果的精确性不好保证，若无高水平的操作就无法得到客观的结果。

对于列入到国家标准中的试验方法，应当是花费尽量少的工作量，达到尽可能高的精确度。因此笔者建议，以《浮选讨论》一文中26个组分绘制的可浮性曲线组为基准，将26个组分视为若干个(13、11、9、7个等)坐标点，再绘制成曲线组，采用数理统计学成对对比方法，计算出各显著性(99.9%、99%、95%等)的置信区，来确定应该分选出的最少组分数。

《浮选讨论》一文中还对邻近精煤灰分物含量(γAj±1.0)能否作为评定煤泥可浮性[11]的指标进行了探讨。该指标的物理含义是，浮选入料灰分组分中灰分介于精煤灰分±1.0%范围内的组分占入料的百分数。这与2008年有些研究者基于重力选煤评定可选性的量化指标——分选密度±1.0含量的概念提出的Ad±1.0%指标相一致。

实际上影响煤泥可浮性难易程度的因素还有高灰细泥的含量，高灰细泥对于浮选效果的影响是业内一致公认的，在此不作累述。我国浮选精煤泡沫浓度一般在25%以下，这意味着泡沫中含有75%以上的水，而此水体绝非纯净水，而是含有高灰细泥的悬浮液。

因此，正如《浮选讨论》一文所说，邻近精煤灰分物含量(γAj±1.0)是浮选入料灰分组成中不可或缺的重要信息，但不能以此评定煤泥可浮性的优劣。

4 实验室煤用浮选机

20世纪80年代，吉林省煤矿机械厂生产制造了XFD型1.5 L单槽浮选机，从此我国有了统一结构参数的第一代实验室煤用浮选机，这无疑是个技术进步。该设备采用了类似我国自主研发的第一代用于生产的XJM-4型机械搅拌式浮选机的伞形叶轮结构[12]，但可能考虑到简化结构和便于清洗，在槽底没有安装稳流板。然而，稳流板是用于工业生产的机械搅拌式浮选机的重要部件之一。XJM-4型机械搅拌式浮选机16块稳流板垂直焊接在槽底，稳流板入口与定子上的导向叶片外缘衔接，稳流板在水平方向呈后向弯曲状，引导从导向叶片外缘甩出的煤浆改向，避免其在浮选机内旋转。因此，底部不设稳流板的实验室小浮选机槽内煤浆会成为一个旋流体，不利于精确分选。

用于工业生产的机械搅拌式浮选机和喷射式浮选机的槽体都可粗略地划分为三个工作区：底部为搅拌区，在较强的搅拌力下，使得煤粒、悬浮气泡和浮选剂分散，并促进气泡与煤粒接触碰撞；中部为矿化气泡升浮区，在该区域内，流态趋于平稳，以使泡沫能徐徐垂直上升，避免黏附在气泡上的低灰分粗颗粒脱落；上部为分选区，流态更为平稳，以强化泡沫层的二次富集作用。但目前煤用实验室浮选机单槽容积仅为1.5 L或3.0 L，槽体均较浅，不足以形成升浮区和分选区，槽体内的煤浆都处于搅拌区的流态。

综上所述，建议将第二代实验室煤用浮选机的研发尽快列入议事日程，通过机械结构上的改进和创新，解决第一代浮选机的缺点，使其分选行为与工业用浮选机更为贴进，从而使实验室浮选试验能够更好地指导生产。

5 精选作业的综合评定指标

我国多数煤泥的可浮性较差，粗选精煤灰分常常高于最终销售精煤的指标。大多选煤厂采用的是降低重选分选密度，以重选精煤灰分“背灰”来保证销售精煤的质量，这不但大大降低了精煤产率，而且在技术经济上很不合理。随着煤炭市场的变化和选煤技术的进步，很多选煤厂对粗选浮选精煤进行了精选，取得了良好的收益，因此设置浮选精选作业已成为当前的一个发展趋势。

然而，GB/T 34164—2017《选煤厂浮选工艺效果评定方法》评定的只是煤泥粗选作业的工艺效果，而精选作业的入料(粗选泡沫)与粗选作业入料性质区别极大，用粗选作业的工艺指标来评定精选作业显然不适宜。因此，该标准的内容有待完善。

就精选作业入料而言，>0.045 mm粒级占65%左右，是质量已合格的精煤；<0.045 mm粒级占35%左右，灰分较高，正是脱泥降灰的对象。为了提高精选作业的潜能，优化操作条件，前些年就有选煤工作者[13]提出了精选作业的综合评定指标，认为可以从下述两方面进行评定：对于>0.045 mm粒级，采用可燃体回收率(E1)；对于<0.045 mm粒级，则采用非可燃体脱除率(E3)：

E3=100-E2。

(3)

精选作业的综合评定指标为精选完善指标(ηcf，%)，它应是精选精煤的可燃体回收率(E1)和非可燃体脱除率(E3)的几何平均值，即：

(4)

提及精选作业工艺效果评定的目的是期望能起到抛砖引玉的效果，引起业内同仁的重视，尽早在精选作业工艺效果的评价上达成共识，从而推动浮选试验标准的完善，使其更好地为我国选煤科研服务。

6 结语

在20世纪80年代，为与发达国家接轨，对于国际选煤标准，我国采用了“等同”或“等效”的方针，将之转化为我国标准，这对于指导我国选煤生产起到了积极作用。改革开放40年后，我国选煤科技发展迅猛，我国正由选煤大国逐渐向选煤强国迈进。 受《浮选讨论》一文的启发，笔者就浮选试验相关标准，在浮选工艺效果评定指标、煤泥浮选试验曲线、煤泥可浮性曲线、实验室煤用浮选机、精选作业的综合评定指标五个方面提出了一些见解，旨在抛砖引玉，引起行业同仁的关注与讨论，从而为今后浮选试验标准的制(修)订提供参考，以提高标准的科学性、先进性和适用性，使之不仅能更好地指导我国选煤生产，并尽早取得在国际选煤标准化组织中的话语权。