選煤廠煤泥浮選及干燥技術(shù)探討

摘要：隨著選煤工藝的不斷進步，選煤廠煤泥的浮選、干燥、壓濾等工藝也在不斷的發(fā)展和完善。煤泥浮選是將細粒級的煤分選成中粒級的產(chǎn)品，是選煤廠的重要生產(chǎn)工藝，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，煤泥干燥則是將煤泥中水分降低到一定范圍內(nèi)，減少對后續(xù)產(chǎn)品脫水的影響，提高精煤產(chǎn)率。基于此，本文簡單介紹選煤廠煤泥浮選及干燥的作用，深入探討選煤廠煤泥浮選要點和煤泥干燥技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：藥劑；干燥技術(shù)；浮選

DOI：10.12433/zgkjtz.20240141

選煤廠煤泥的處理是既降低選煤成本，又保證選煤廠正常生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。但由于煤泥中含有大量的水分，如果不對其進行處理，煤泥中的水分就會逐漸升高，影響選煤廠煤泥的質(zhì)量和處理效率，增加運輸成本，并造成安全隱患。因此，如何降低煤泥中的水分是一個重要的問題。

一、選煤廠煤泥浮選及干燥的作用

（一）提高浮選效果

煤泥水分越高，其在浮選過程中的表面張力就越大，不利于浮選藥劑的分散和氣泡與顆粒的附著，從而影響浮選效果。如果浮選機內(nèi)煤泥水分過大，在浮選時易造成泡沫過濕，不僅會降低泡沫的穩(wěn)定性和附著能力，還會使泡沫容易在浮選機內(nèi)生成“針眼”和“過濕”現(xiàn)象。在浮選機內(nèi)煤泥水分過低時，氣泡與顆粒的附著能力會降低。如果煤泥水分過小，會影響氣泡與顆粒的附著能力，降低泡沫穩(wěn)定性，減少泡沫層厚度。同時，隨著煤中水分的減少，煤泥中細顆粒含量增加，浮選時易造成泡沫過濕或過干。當(dāng)浮選機內(nèi)煤泥水分較高時，泡沫層厚度較大、泡沫穩(wěn)定性差、易發(fā)生溢流“針眼”現(xiàn)象、浮選機容易發(fā)生磨損等現(xiàn)象。因此，在浮選前降低煤中水分對提高煤泥浮選效果具有重要意義。

（二）降低煤泥泥化程度

煤泥泥化程度過高不僅會造成浮選藥劑用量過大，還會造成煤泥浮選不徹底，從而影響精煤質(zhì)量，甚至造成跳汰分選或浮選設(shè)備損壞，阻礙生產(chǎn)的正常運行。在對煤泥浮選前，需要對煤泥進行干燥處理，干燥后的煤泥中水分降低到一定范圍內(nèi)，可避免煤泥與藥劑之間的劇烈反應(yīng)，減少藥劑用量，提高精煤產(chǎn)率。在煤泥干燥過程中，水分主要由煤中的自由水和吸附水構(gòu)成。當(dāng)煤中自由水含量較高時，會導(dǎo)致其在干燥過程中產(chǎn)生較多的水分，而當(dāng)煤中吸附水含量較高時，會導(dǎo)致其在干燥過程中難以消除。因此為了提高煤泥的干燥效果，需要對煤進行適當(dāng)脫水處理或降低煤的水分含量。

二、選煤廠煤泥浮選要點

（一）浮選過程

起泡：用藥劑使懸浮液中的氣泡浮出，所使用的藥劑稱為起泡劑。起泡劑在氣泡表面上吸附，并將其表面粘附的細泥或氣泡包裹起來，形成泡沫層。浮出的泡沫層越厚，其含泥量就越低。浮選過程中起泡的主要作用是：抑制煤泥的再懸浮，防止懸浮液中形成泡沫層；將空氣與煤粒表面接觸，使足夠的氧氣與煤粒表面發(fā)生氧化反應(yīng)，降低煤粒表面能，破壞其疏水性；增加懸浮液中的氣泡數(shù)量，使之具有良好的流動性，改善礦漿在空氣中的擴散速度，加快煤粒從空氣中脫離出來的速度；使礦漿中產(chǎn)生氣泡或氣泡周圍產(chǎn)生泡沫層，將礦漿和空氣隔開。因此，起泡過程是一個選擇性分離和泡沫層控制過程。起泡過程可分為兩個階段：第一階段：將氣泡包裹在煤粒表面，并使其粘附在表面；第二階段：使泡沫層穩(wěn)定，防止懸浮液中的氣泡過多釋放。

浮選：將懸浮液中的煤粒分離出來，將浮選精煤與煤泥一起進入分選設(shè)備進行分選。在浮選過程中，粗顆粒主要靠機械攪拌、空氣攪拌和藥劑攪拌進行分選。粗顆粒浮選后進入煤泥濃縮池濃縮至－0.35 mm以下。泡沫層形成過程是指在浮選過程中，在礦漿中不斷有氣泡產(chǎn)生并粘附在顆粒表面上，或當(dāng)浮選機的給礦量或浮選入料濃度超過浮選精煤的產(chǎn)率時，會出現(xiàn)泡沫層現(xiàn)象。浮選機可以控制泡沫層厚度和厚度，從而控制煤泥的產(chǎn)率和灰分。

（二）浮選機溢流液位控制

浮選機溢流液位控制主要有人工手動操作、自動化控制系統(tǒng)、 PLC自動控制三種方式。對于人工手動操作，無法實現(xiàn)自動控制，主要是對藥劑投加量、藥劑添加順序和入料濃度等進行人為手動調(diào)節(jié)，很難達到最佳的藥劑投放效果。對于自動化控制，目前主要采用液位傳感器進行人工檢測和人工手動調(diào)整浮選機溢流液位。自動化控制系統(tǒng)則通過 PLC程序?qū)崿F(xiàn)自動控制，能在一定程度上解決上述問題。但PLC控制系統(tǒng)的程序編寫較復(fù)雜，對操作員的操作水平需求較高，需要熟練掌握 PLC程序編寫技術(shù)。此外，當(dāng)浮選機出現(xiàn)故障時，人工調(diào)整液位難度較大。

（三）浮選藥劑自動添加

浮選藥劑添加是浮選工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，浮選藥劑自動添加系統(tǒng)可對浮選工藝進行自動控制，具有運行可靠、操作方便等特點。主要功能包括：根據(jù)浮選機入料濃度、入料壓力、浮選藥劑濃度及用量，自動計算浮選機各道工序所需藥劑的量，并通過智能控制系統(tǒng)向各個加藥裝置（如液位調(diào)節(jié)閥、液位開關(guān)等）發(fā)送指令，實現(xiàn)自動加藥。根據(jù)浮選藥劑的量以及浮選藥劑的成分及其濃度，自動控制各加藥裝置（如計量泵、加藥泵等）的轉(zhuǎn)速，使其按一定比例混合后再向各加藥裝置中加入浮選劑。根據(jù)浮選藥劑的成分及其濃度，自動控制加藥泵的流量、轉(zhuǎn)速和加藥量。根據(jù)浮選藥劑濃度的變化情況，自動控制給藥裝置的工作狀態(tài)，確保浮選藥劑在各加藥裝置中均勻分布。實現(xiàn)浮選劑的自動添加可以提高浮選作業(yè)效率，降低人力成本和勞動強度，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

（四）浮選機智能控制

浮選機是煤泥浮選過程的核心設(shè)備，通過攪拌和機械攪拌產(chǎn)生氣泡，將礦物顆粒和氣泡混合在一起，提高礦物回收率。浮選機主要是對浮選機的充氣量、攪拌速度、泡沫層厚度等進行控制。浮選充氣量是根據(jù)生產(chǎn)過程中實際所需的浮選產(chǎn)品量計算，在實際生產(chǎn)中，當(dāng)浮選機不能滿足生產(chǎn)需求時，要增加充氣量，否則會影響產(chǎn)品質(zhì)量。目前，用于浮選機控制的充氣量調(diào)節(jié)方法主要包括：在浮選機上安裝浮選充氣量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)充氣量、通過調(diào)節(jié)攪拌速度控制充入礦漿中氣泡的數(shù)量、通過調(diào)節(jié)攪拌槳轉(zhuǎn)速控制充入礦漿中氣泡的數(shù)量。

趙軍華等人基于模糊控制和專家控制設(shè)計了一種浮選機充氣量模糊控制器，實現(xiàn)了對浮選機充氣量的在線監(jiān)測。該控制器可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)對浮選機充氣量的智能控制。由于泡沫層厚度會直接影響著浮選效果，因此需要準(zhǔn)確測量泡沫層厚度并通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測泡沫層厚度，可以在浮選機上安裝泡沫層厚度在線測量系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)進行浮選充氣量的智能控制。另外，為了實現(xiàn)對煤泥水處理系統(tǒng)中泡沫層厚度的監(jiān)測和控制，在工業(yè)生產(chǎn)中使用泡沫層厚度在線測量系統(tǒng)。浮選機攪拌速度是影響礦物回收率的重要因素之一。采用模糊控制方法可以根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)攪拌速度。例如，在實際生產(chǎn)中，由于煤泥水中含有大量煤泥和較多的水分，會導(dǎo)致攪拌速度不能快速調(diào)整。因此，將模糊控制與自適應(yīng)模糊控制相結(jié)合以調(diào)節(jié)攪拌速度來調(diào)節(jié)礦漿濃度是一種有效的方法。

三、選煤廠煤泥干燥技術(shù)

（一）傳統(tǒng)干燥方法

選煤廠煤泥干燥技術(shù)的研究是近年來的一項重要課題，傳統(tǒng)的干燥方法是利用燃燒蒸發(fā)煤泥中的水分，而這種方法具有較大的局限性。由于燃燒過程中產(chǎn)生的熱空氣量較少，難以實現(xiàn)充分利用能源的目的，且燃燒過程中會產(chǎn)生大量污染物，不僅造成環(huán)境污染，還會影響空氣質(zhì)量，甚至對設(shè)備和工作人員造成嚴(yán)重傷害，這都是傳統(tǒng)干燥方法無法克服的缺陷。因此，必須對煤泥干燥技術(shù)進行改進，提高干燥效率。

目前，國內(nèi)采用的煤泥干燥方法主要有：利用重力排出水分、利用高溫水蒸氣蒸發(fā)、利用熱風(fēng)吹干水分、利用熱泵烘干。其中，前三種方法可以有效降低煤泥中的水分含量，但還存在一些局限性：重力排出水分雖然操作簡單方便，但耗能較大；高溫水蒸氣蒸發(fā)雖然可以使煤泥中的水分蒸發(fā)，但成本高；熱泵烘干雖然操作簡單方便、成本低、節(jié)能效果好，但存在投資較大、占地面積大等缺點。

（二）自然晾干

自然晾干是一種經(jīng)濟、環(huán)保的煤泥處理方式，具有投資小、建設(shè)周期短、占地面積小等優(yōu)點，但其缺點也很明顯，例如，設(shè)備運行能耗大、人工操作工作量大、煤泥水分不易控制等。煤泥自然晾干的基本原理是將煤泥在適宜的溫度、濕度環(huán)境下進行干燥，使其水分降低到自然狀態(tài)下的10%以下，再堆放或外運。主要工藝流程為：煤泥與水混合后在一定溫度下自然晾干，或在不低于20℃的溫度條件下將煤泥攤開在干燥室內(nèi)，通過自然風(fēng)干。根據(jù)自然晾干方式的不同，一般分為三種類型：

第一，翻曬式。該方式采用人工翻曬的方式，將煤泥攤在地面上，在陽光下曝曬，使水分降低到10%以下。主要存在的問題包括：沒有設(shè)備輔助烘干，造成能源浪費；對煤泥中水分進行控制較困難；無法避免太陽照射對煤泥質(zhì)量的影響。

第二，烘干式。該方式是通過烘干設(shè)備將煤泥中的水分烘干至10%以下。存在的問題包括：需要燃料等輔助材料；烘干過程中溫度變化大，容易導(dǎo)致煤泥質(zhì)量變差；對煤泥中水分的控制不夠準(zhǔn)確。

第三，晾曬式。該方式是通過陽光照射，使煤泥中的水分蒸發(fā)掉。優(yōu)勢包括：操作簡單；投資小，可以節(jié)省較多的人力成本；可以控制煤泥中的水分，避免水分過高造成煤泥質(zhì)量變差或堵塞等問題。晾曬式自然晾干又可以分為單鋪式和雙鋪式兩種。單鋪式晾曬法指的是將煤泥均勻地鋪在地面上或地面上，雙鋪式晾曬法指的是在地面上鋪設(shè)一層薄布或麻袋片等材料來實現(xiàn)對煤泥中水分的控制。相比于傳統(tǒng)晾曬方式，晾曬式自然晾干具有明顯優(yōu)勢：可以有效控制煤泥中的水分，提高煤炭質(zhì)量、提高煤炭運輸效率、減少運輸成本。晾干式自然晾干方法雖然有諸多優(yōu)點，但在應(yīng)用方面仍存在一些問題，因此仍需要綜合考慮多方面因素選擇合適的晾干法。

（三）微波干燥

微波是一種電磁波，是由不同頻率的電磁波組成的。不同頻率的電磁波在介質(zhì)中傳播時，其作用效果也會不同，其中，最強的電磁波是微波。由于微波具有穿透性和加熱快的特點，在干燥中將煤泥進行快速加熱，并提高水分含量。微波干燥主要是利用煤顆粒吸收微波后發(fā)生熱變形產(chǎn)生大量熱量，從而達到干燥煤泥的目的。微波干燥具有以下特點：第一，微波能穿透物料并使其內(nèi)部發(fā)生熱效應(yīng)。第二，微波能破壞物料中的有機分子和無機離子。第三，使物料中的水分快速汽化。因此，在煤泥干燥過程中，應(yīng)用微波技術(shù)可以有效降低煤泥中的水分含量。另外，由于煤泥是一種有機物和無機物混合的物質(zhì)，因此在干燥過程中可以同時對有機物和無機物進行干燥處理。煤泥是一種熱敏性物質(zhì)，在微波加熱過程中容易發(fā)生自燃現(xiàn)象，因此在應(yīng)用微波干燥技術(shù)時一定要注意安全。目前，國內(nèi)外有不少學(xué)者對煤泥微波干燥進行了研究和開發(fā)，例如，吳志華等人提出了一種利用微波對煤泥進行加熱、干燥的方法，李剛等人提出了一種利用微波對煤泥進行加熱、干燥的方法。

（四）超聲波干燥

超聲波干燥技術(shù)是將超聲波設(shè)備應(yīng)用到干燥領(lǐng)域，原理是將超聲波傳遞到固體表面，使其吸收超聲波能量，從而降低固體表面溫度，最終實現(xiàn)干燥。實驗表明：超聲波干燥能有效降低煤泥中的水分，但在干燥過程中煤泥的水分會隨著時間的延長而增加。隨著溫度和壓力的增加，煤泥中水分會不斷蒸發(fā)。此外，超聲波干燥技術(shù)不能將水分全部干燥，還需要其他方法除去煤泥中的水分。目前已有研究表明：超聲波與其他技術(shù)聯(lián)合使用可提高煤泥干燥效率，超聲波能增強煤泥水分子間的相互作用力，促進煤泥水分子擴散，改變煤泥表面性質(zhì)，促進煤泥中水分蒸發(fā)。在實際應(yīng)用中，根據(jù)具體情況選擇合適的設(shè)備和方法降低煤泥水分子之間的相互作用力。

四、結(jié)語

新時代，選煤廠對煤泥進行浮選和干燥有著重要意義，需要結(jié)合實際情況，了解煤泥浮選和干燥的作用，并掌握超聲波干燥、微波干燥、浮選精煤產(chǎn)品的灰分、浮選機型和設(shè)計等一系列要點，確保煤泥浮選和干燥有效進行，并推動可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡介：田豐亮（1987），男，山西省介休市人，本科，助理工程師，主要研究方向為煤泥浮選。