有关煤泥浮选影响因素的分析报告

. .中国矿业大学本科生毕业论文姓名：学号：学院：专业：矿物加工工程 论文题目：关于煤泥浮选影响因素的研究指导教师：职称：助教2013年 12月30 / 36中国矿业大学成人教育学院毕业设计（论文）任务书函授站（点）本部 专业年级 矿加 学生 任务下达时期：2013年 9月26日设计（论文）日期：2013年11月20日 至 2013年12月25日设计（论文）题目： 关于煤泥浮选影响因素的研究设计（论文）专题题目：设计（论文）主要容和要求：1、 查阅国外文献资料，掌握与课题研究相关研究进展，撰写综述报告，并制定切实可行的研究方案；2、 研究煤泥浮选的影响因素，重点说明浮选药剂与浮选的粒度组成对浮选过程的影响3、 按照学校规定的格式撰写毕业论文。字数不少于25000字.指导教师签字：中国矿业大学成人教育学院毕业设计(论文)指导教师评阅书指导教师评语(包含基础理论与基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究容的理论依据和技术方法；取得的主要成果与创新点；工作态度与工作量；总体评价与建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）；建议成绩： 指导教师签字：年 月 日中国矿业大学成人教育学院毕业设计(论文)答辩与综合成绩函授站(点) 本部 专业年级 矿加 学生说明书 页 图纸 其它材料答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语与建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日摘 要煤泥浮选是利用煤与矸石表面的物理化学性质的差异，并通过添加特定浮选药剂的方法来扩大煤与矸石表面润湿性的差别，在气、固、液三相界面，选择性的富集低灰煤炭，从而实现煤与矸石分离的一种煤泥分选技术。浮选是煤泥精选最有效、应用最广泛的方法之一。在精煤产品中约五分之一是通过浮选产生的。同时煤泥的浮选对选煤厂的煤泥水处理系统起着重要作用。近年来，煤泥入选量不断增加，精煤质量也需进一步提高，同时仍需改进煤泥水处理方法和减少对环境的污染，因此浮选在选煤中的作用就显得更为重要。近年来，各国在浮选理论和工艺技术方面的研究工作迅速发展，主要是广泛深入的研究煤的浮选性质，浮选过程的基本行为和作用机理，寻求新的浮选药剂，研制高效大型浮选机，简化浮选工艺系统以与浮选过程的自动检测和控制等。在所有这些方面都取得了重要的研究成果，积累了丰富的实践经验，促进了生产发展。浮选是目前公认的用于细粒煤泥脱硫降灰最经济、最有效的分选技术和方法之一，也是选煤厂取得最佳经济效益、社会效益和环境效益的有效技术途径。由于浮选是一个受煤泥性质、浮选药剂、粒度组成、浮选设备工作性能以与浮选工艺流程等多种因素综合影响的过程，所以煤泥浮选影响因素研究具有非常重要的现实意义。本文综述了当前煤泥浮选影响因素研究的最新进展，并重点研究了浮选药剂、煤泥粒度组成、搅拌与充气量四个因素对煤泥浮选效果影响的规律。浮选药剂因素则重点分析了煤泥浮选最常用的捕收剂、起泡剂和调整剂的作用原理、常用的药剂种类、在矿浆中的作用与对煤泥浮选的影响。粒度组成因素则就不同粒级对可浮性的影响和细泥对浮选效果的影响两个方面进行了重点分析。本文的结论可用于指导现场浮选生产的实际操作，使浮选过程顺利进行并达到最佳的分选效果，从而改善和稳定产品质量，提高生产效率和经济效益。关键词：煤泥浮选；影响因素；浮选药剂；煤泥粒度组成目 录1 绪论11.1我国煤炭资源和浮选工艺现状11.1.1我国煤炭资源的地位11.1.2我国煤炭资源的主要特点21.1.3煤泥浮选工艺过程的特点31.1.4国浮选技术面临的问题与发展方向31.2煤泥浮选的基本原理41.3煤泥可浮性评价标准42.影响煤泥浮选的工艺因素53.影响煤泥浮选的自身因素63.1原煤性质对浮选的影响63.2粒度特性对浮选的影响73.3煤浆浓度对浮选的影响104.影响煤泥浮选的外界因素114.1选煤厂循环水对浮选的影响114.1.1无机盐离子的影响114.1.2循环水中剩余浮选药剂的影响134.1.3絮凝剂对浮选的影响144.2浮选药剂对浮选的影响144.2.1捕收剂154.2.2起泡剂174.2.3调整剂194.3搅拌充气对煤泥浮选的影响研究214.3.1搅拌对煤泥浮选的影响214.3.2充气对煤泥浮选的影响214.3.3刮泡对煤泥浮选的影响224.4浮选流程对浮选的影响224.4.1浮选原则流程234.4.2浮选部流程24结论28参考文献29致301 绪论1.1我国煤炭资源和浮选工艺现状 在我国的自然资源中，基本特点是富煤、贫油、少气，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。与石油和天然气比较而言，我国煤炭的储量相对比较丰富，占世界储量的11.60%。我国煤炭资源总量为5.6万亿吨，其中已探明储量为亿吨，占世界总储量的11%，成为世界上第一产煤大国。 煤炭保我国炼焦用煤（气煤、肥煤、焦煤和瘦煤）的保有储量为2 549亿t，占全国有储量的25.4%，不仅比重不大，而且品种也不均衡。其中气煤占炼焦用煤的40.6%，而肥煤、焦煤和瘦煤三个炼焦基础煤，分别仅占18.0%，23.5%和15.8%。炼焦用煤的原煤灰分一般在20%以上，多属中灰煤，基本上没有低灰和特低灰煤，而且硫分偏高，约有20%以上的炼焦用煤硫分超过2%，而低硫高灰者，可选性一般较差。华北地区晚石炭世组和早二叠世组是炼焦用煤的主要含煤时代。组煤的灰分、硫分相对较低，可选性较好，是我国目前炼焦用煤的主要煤源，但其结焦性一般不如组煤好；组煤属中中高硫者居多，脱硫困难。北方早、中侏罗世产有少量气煤，其灰分、硫分均较低，可选性也较好，但因粘结性差，很少能用于炼焦。此外，还有相当一部分虽属炼焦用煤，但因灰分或硫分过高，可选性很差，精煤回收率极低，从经济效益考虑不宜入选，只能当作一般燃料使用。因此我国优质炼焦用煤也不多。表1.1我国炼焦煤不同煤类分布情况。煤类占炼焦煤资源的分数，%煤类占炼焦煤资源的分数，%气煤、1/3焦煤45.73瘦煤、贫瘦煤15.89气肥煤、肥煤12.811/2中黏煤与未分类1.96焦煤23.61 表1.1我国炼焦煤不同煤类分布情况。从表1.1可以看出我国炼焦煤资源中，以低变质程度的气煤和1/3焦煤的比例较多，肥煤（包括气肥煤）的比例相对最少，为12.81%。可见，我国虽然煤种类齐全，但优质炼焦用煤不多，肥煤、气肥煤属于优质炼焦煤，稀缺煤种，应当引起各方面的高度重视，采取有效措施，切实加强保护和合理开发利用。1.1.1我国煤炭资源的地位煤炭是我国重要的基础能源。我国能源资源的基本特点是富煤、贫油、少气，将我国煤炭资源与石油、天然气、水能和核能等一次能源资源相比，探明的资源储量折算为标准煤，煤炭占85%以上。我国能源禀赋并不乐观，主要的一次能源、石油、天然气、煤炭的储采比均低于世界平均水平。值得注意的是，尽管我国的一次能源禀赋结构被称为是“富煤，贫油、少气”，但既有的能源禀赋结构造成煤炭在我国一次能源消费结构中所占的绝对比重达到约70%，“以煤为主”的能源消费结构与欧美国家“石油为主，煤炭、天然气为辅，水电、核能为补充”的情况差别显著。1.1.2我国煤炭资源的主要特点（1）煤炭资源丰富，人均含量较低煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。据世界能源委员会的评估，至2006年底，世界煤炭可采资源量达4.84×104亿t标准煤，占世界化石燃料可采资源量的66.8%，世界煤炭探明储量为9090.6亿t，储采比为147年，其中储量最大的前十个国家依次为美国、俄罗斯、中国、印度、澳大利亚、南非、乌克兰、哈萨克斯坦、波兰、巴西，其中，美国、俄罗斯、中国分别占世界煤炭资源已探明储量的27.1和17.3和12.6%总体来说，我国的煤炭资源储量丰富，但人均占有量低，经济可采储量较少可持续使用年限随着煤碳的加速开采而快速下降。中国人口众多，煤炭资源的人均占有量约为234.4t，而世界人均的煤炭资源占有量为3127t，中国仅为世界平均水平的60%，美国人均占有量更高达1045t，远高于中国的人均水平。所谓经济开采储量是指经过勘探可供建井，并且扣除了回采损失与经济上无利和难以开采出来的储量后，实际上能开采并加以利用的储量。在目前经勘探证实的储量中，精查储量仅占30，而且大部分已经开发利用，煤炭后备储量相当紧。据中国第三次煤田预测资料，埋深在2000米以的煤炭总资源量为5.57万亿吨。(2)煤炭品种较多，焦煤相对稀缺中国煤炭资源的种类丰富，但优质焦煤较为稀缺。在现有已探明储量中，烟煤占73.73%，无烟煤占7.92%，褐煤占6.81%，未分种类的煤占11.9%。烟煤中，储量占据前两位的分别是不粘煤和长焰煤，分别占25.53%和21.59%；焦煤，肥煤，气煤，瘦煤等炼焦用煤的储量较低，这四种煤的总储量只占20.43%，优质的炼焦煤如焦煤和肥煤只占总储量的7.97%。我国烟煤的最大特点是低灰、低硫，原煤灰分大都低于15，硫分小于1%。部分煤田，如神府、煤田，原煤灰分仅为3%5%,被誉为天然精煤。烟煤的第二个特点是煤岩组分中丝质组含量高，一般在40%以上，因此中国烟煤大多为优质动力煤。 灰分小于10%的特低灰煤占探明储量的17%左右，大部分煤炭的灰分为10%30%。硫分小于1%的特低硫煤占探明储量的43.5%以上，大于4%的高硫煤仅为2.28%。 我国炼焦用煤一般为中灰、中硫煤。中国典型的无烟煤和老年无烟煤较少，大多为三号年轻无烟煤，其主要特点是，灰分和硫分均较高，大多为中灰、中硫、中等发热量，高灰熔点，主要用作动力用煤，部分可作气化原料煤。（3）煤炭资源地理分布不平衡中国煤炭资源北多南少，西多东少，煤炭资源的分布与消费区分布极不协调。从煤炭资源的分布区域看，华北地区最多，占全国保有储量的4925，其次为西北地区，占全国的3039，依次为西南地区，占864，华东地区，占57，中南地区，占30，东北地区，占297。按省、市、自治区计算，、蒙、和6省区最多，这6省的保有储量约占全国的81.6%。从各大行政区部看，煤炭资源分布也不平衡，如华东地区的煤炭资源储量的87集中在、，而工业主要在以为中心的长江三角洲地区；中南地区煤炭资源的72集中在，而工业主要在和珠江三角洲地区；西南煤炭资源的67集中在，而工业主要在；东北地区相对好一些，但也有52的煤炭资源集中在北部，而工业集中在1.1.3煤泥浮选工艺过程的特点浮选是处理细粒级煤(0.5 mm)的最有效的方法之一。但是浮选过程是在固-液-气三相中完成的，它是一个极为复杂的物理化学过程。因此影响浮选工艺效果的因素很多，而且因素之间又存在耦合现象，使得它们的作用机理更加复杂。除此之外，浮选过程具有非线性特点。药剂添加量与浮选精煤灰分之间、入浮浓度与产品灰分之间等存在强烈的非线性关系。另外，浮选过程还是一个大时滞系统，物料大约需要经过十几分钟才能完成全过程，工艺参数的调整往往严重滞后于干扰变化。煤泥浮选过程所具有的这些特点给浮选过程动态模型的建立，以与给基于以数学模型为基础的控制策略的实现带来了很大的困难。1.1.4国浮选技术面临的问题与发展方向如今社会发展对矿产需求量日益增大，与矿物分选难度日益加大之间的矛盾成为选矿业面临的最大难题。矿物分选技术的发展直接影响着选矿这一行业的发展前景。我国矿产资源的特点日益向着“贫、细、杂、难”的方向发展，针对我国矿产资源的特点来评估浮选技术的发展方向，找出逐步完善矿业发展的先进技术，以满足产品质量、生态环保、能耗标准等要求，适应市场条件和外部制约因素，促进矿业的可持续发展，意义重大。 煤泥浮选技术的发展在于三方面：浮选药剂与药剂制度的发展、浮选设备的发展和浮选流程的改进发展，而浮选设备的发展是煤泥浮选只能怪的主要方向之一。有关成熟和新兴的浮选设备进行评述后可以断定，设计工作应沿着制造大容积浮选机和提高设备的单位生产能力、降低能耗、简化结构和实现最佳充气的思路进行。经验表明，提高浮选设备的单位生产能力就能降低单位费用。在世界上，容积达到300m³的浮选柱已在工业应用中，目前正在研制槽容积达到500m³的浮选机。气升式浮选机的开发仍是改进浮选设备的主导方向。已普遍扩大了气升式浮选机的应用围。一般地说，它们的应用都能提高选择性、回收率、单位生产能力和降低能耗。 在计算机结构和检测仪器的技术特征达到要求后，控制系统的技术水平则主要取决于控制策略，我国煤泥浮选控制策略的发展经历了两个阶段，即经典控制策略和以模型为基础的现代控制策略，但是它们的理论基础是要求控制对象精确的数学模型。 影响浮选指标的工艺参数很多，而且许多过程变量的检测又非常困难。各工艺参数的最佳配合是浮选操作的难点，也是获得较高回收率的技术关键。到目前为止，还没有建立一个能全面准确地反映浮选过程的数学模型，以模型为基础的现代控制策略设计的控制系统往往达不到理想效果，甚至无法使用。因此将人工智能引入浮选控制中势在必行。 国外在浮选控制方面已经有用模糊逻辑这种科学技术来实现人工智能，但无法获得更深的技术资料。而在国，以人工智能为基础的计算机控制已经应用到许多领域，但在选煤行业的工艺过程控制中还没有出现。同时，田庄选煤厂于1995年从澳大利亚引进了我国第一也是唯一的一台Amdel煤浆测灰仪，但是目前仅用于检测，还没有实现对浮选精煤产品质量和产率实现控制。所以，利用该配套的浮选工艺参数控制系统已迫在眉睫，它具有广泛的应用前景和理论研究价值。1.2煤泥浮选的基本原理浮选是根据矿物表面性质的差异来使目的矿物和脉石矿物分离的方法，有絮凝浮选、油团聚浮选、载体浮选和泡沫浮选等，是细粒级物料分选过程中应用最广的选矿方法。浮选既是一种煤泥分选方法，也是选煤厂洗水净化的有效方法。随着采煤机械化程度的不断提高，煤矿开采深度的加大，原煤中（<0.5mm）的粉煤量也越来越多，一般可达20%以上，因而回收这部分精煤也更加重要。浮选一般借助浮选药剂增强煤粒表面的疏水性，从而使得煤粒能够牢固地附着在气泡表面。通过对煤泥浮选过程中泡沫的观察，掌握泡沫特征的影响因素和变化规律，可以提高浮选操作水平，改善和稳定产品质量，提高生产效率和经济效益。这就要求浮选操作者不仅具备必要地浮选基础知识，还必须在实践中善于观察泡沫的大小、形状和结构等泡沫特征。只有掌握了浮选泡沫特征的变化规律与其影响因素，从而使浮选过程顺利进行，达到最佳的分选效果。浮选过程可以分为以下四个阶段：第一为接触阶段，矿粒在流动矿浆中以一定的速度和气泡接近，并进行碰触接触；第二为黏着阶段，矿粒与气泡接触后，表面疏水的矿粒和气泡之间的水化层逐渐变薄、破裂、在气、固、液三相之间形成三相接触周边，实现矿粒与气泡的附着：第三为升浮阶段，附着了矿粒的气泡（即矿化气泡）相互之间形成矿粒气泡的联合体，在气泡上浮力的作用下进入泡沫层；第四为泡沫层形成阶段，最后形成稳定的泡沫层，并与时刮出。泡沫浮选过程中，疏水矿粒能否作为精矿上浮，取决于这四阶段的进展情况。如果每个阶段都处于良好状态，就能得到满意的浮选效果。现代的泡沫浮选过程一般包括以下作业：磨矿；调浆加药；浮选分离；产品处理。浮选是在气-液-固三相界面的分选过程。向预先用浮选药剂处理过的配置成一定浓度的煤浆通入空气，形成气泡，矿粒能否黏附到气泡上取决于水对该矿粒的润湿性。润湿性差（疏水）的煤粒黏附于气泡并浮起；反之，润湿性强（亲水）的矸石颗粒不易与气泡黏附，仍留在煤浆中，这样便达到煤与矸石颗粒分离的目的。1.3煤泥可浮性评价标准从浮选过程的分析可知，浮选是一个包括固、液、气三相体系的复杂的物理化学过程，许多因素都对过程的进行有影响。其中一些因素对浮选过程来说是已知的，是一种独立变化的因素。但是为了达到分选矿物的理想条件，还存在着受一种或多种因素制约的其他的附属变化的因素。只有充分地认识浮选过程的影响因素和变化规律，才能在实际操作中与时调整浮选参数，使浮选过程顺利进行，并达到最佳的分选效果，从而改善和稳定产品质量，提高生产效率和经济效益。因此，煤泥浮选影响因素研究具有非常重要的现实意义。本论文旨在研究煤泥的实际可浮性与其分选行为，而煤泥分选行为，则重点考察煤泥的自身因素（原煤性质、粒度组成、矿浆浓度）与外界因素（浮选药剂、机械搅拌、浮选流程）对浮选过程的影响。煤泥的可浮性是指在浮选产品满足一定指标的条件下，煤泥浮选的难易程度。煤泥的可浮性取决于煤中的矿物组成，煤化程度与煤泥浮选工艺条件。因此，煤的可浮性既受到煤自身性质的影响，又受到外界工艺条件的影响。1.煤泥可浮性评价指标根据煤炭可浮性评定方法标准（MT/T 259-1991），煤泥的可浮性可以通过精煤的可燃体回收率来评价，可燃体回收率的计算公式为： （2-1）式中：浮选精煤可燃体回收率，%；浮选精煤产率，%；浮选精煤灰分，%；浮选原煤灰分，%。在保证精煤灰分符合要求的前提下，利用精煤产率、精煤灰分和原煤灰分计算得到精煤可燃体回收率，可浮性等级划分见表2.1。表 2.1 煤泥可浮性等级可浮性等级极易浮易浮中等可浮难浮极难浮Ec90.180.1-90.060.1-80.040.1-60.040.02.影响煤泥浮选的工艺因素煤泥浮选是一个极其复杂的物理化学过程，这一过程包括的因素很多，由于这些因素在浮选过程中相互影响，使得它们的作用更为复杂。从大的方面说，影响浮选工艺过程的因素很多，可归纳为以下几个主要方面： 矿物的物质组成和化学组成； 矿浆制备； 浮选药剂制度； 浮选机所造成的工作条件； 浮选工艺流程。以下是煤泥浮选影响因素；如图1所示：煤泥的变质与氧化程度 煤泥的可浮性 煤岩组成 矿物杂质的成分与嵌布特性 粒度组成 煤浆浓度入浮煤浆性质 煤浆中的药剂浓度 煤泥浮选影响因素 煤浆中的无机电解质浮选药剂种类与添加量 浮选药剂 药剂制度 加药方式药剂的作用时间充气方式与质量浮选机性能和操作条件 搅拌方式与强度泡沫层厚度与刮泡速度 浮选工艺流程 浮选原则流程浮选部流程 图1 影响煤泥浮选的工艺因素3.影响煤泥浮选的自身因素3.1原煤性质对浮选的影响（1）煤的变质程度对浮选的影响按成煤过程中煤的变质程度(或称煤化程度)不同，煤分成不同的煤阶，每个煤阶又分不同煤种。不同煤阶或煤种具有不同的表面性质和可浮性。煤主要由有机体组成，有机体由碳网和侧链与官能团组成。侧链一般是疏水的烃类；官能团一般是亲水的含氧官能团（-COOH,-OH）。通常，低变质程度的煤具有较高的表面孔隙度和较多的含氧官能团，亲水性较强，可浮性较差；当变质程度增大，煤的排列变得致密，孔隙度降低，表面含氧官能团减少，疏水性增强，在焦煤时可浮性最好；然后，随变质程度进一步提高，孔隙度又增加，侧链减少，碳链变短，疏水性又降低。各煤阶的表面疏水性变化也可用接触角的变化来定性说明，即接触角随煤的含碳量增加而增大，在焦煤时达到最大，然后又随含碳量增加而变小。实验表明：随着煤化程度的增加，煤的天然可浮性先增大后减小。如图2所示： 图2 各煤阶段的接触角和孔隙度（2）煤的密度组成对浮选的影响通常煤泥中密度越低的部分灰分越低，可浮性越好，所以我国传统上根据煤泥的小浮沉试验来判断煤泥的可浮性与浮选效果。煤阶越低的煤可浮性受相对密度影响越明显。密度增高对可浮性的影响不仅仅是质量偏大造成的结果，更主要是由于表面疏水性降低所致，至于相对密度增高可能是由于：煤基元灰分高；煤一矿物质连生体存在；煤的显微组分不同。但必须注意，由于煤的品种和产地不同，同一密度级其基元灰分可能不同，可浮性也就不同。当中间级密度高时，较难以同时得到低灰精煤和高灰尾煤。镜煤和亮煤的密度，灰分都比暗煤和丝炭的低，可浮性好。煤与矿物的连生体增多，煤粒的亲水表面增多，自然可浮性就变差。（3）煤的显微组分对浮选的影响煤颗粒表面显微组分对可浮性影响显著，通常镜质组分含量越高，煤的可浮性越好；而丝质体和壳质体可浮性差，这两种组分含量高时煤的可浮性差。同一种煤的各种煤岩成分比例是不同的。不同煤种的同种煤岩成分其数量更不一样。实验表明：不同煤岩成分的可浮性与其浮选行为也是不同的。光亮型成分比暗淡型成分具有较好的可浮性。其可浮性的程度排列如下：镜煤>亮煤>暗煤>丝炭（4）煤中矿物组成对浮选的影响煤中主要影响其可浮性的矿物质有两类：泥质矿物和硫化矿物。前者包括高岭土、水云母、绿泥石、蒙脱石、泥质页岩等；后者主要为黄铁矿、白铁矿等。尤其是黄铁矿，在高硫煤量存在。其它像石英等矿物杂质，由于其表面性质与煤差异大，很容易分开。煤泥中黏土矿物含量高时，要采用加调整剂（如硅酸钠，即水玻璃、磷酸钠、醇类等）将其分散、沉淀。 在操作制度上,细泥含量多时，采用低浓度(<80g/L，一般5080g/L)，以降低粘度，提高精矿品位;或用清水冲洗泡沫层，提高二次富集作用。 药剂制度上，采用分次加药，并加大油比，提高醇类的胶溶作用。 刮泡不要太深。 一次处理, 不要循环。总之，细泥含量高时，应采用低浓度，高油比，浅刮泡，一次完的操作制度。煤中矿物质对浮选的影响主要是粒度嵌布特性和泥化特性。矿物质以细粒或微细粒嵌布时，如果解离不彻底则难以分离，解离度过细时又会降低选择性。泥质矿物易泥化，含量较高时使浮选过程受到干扰，严重影响分选作业，有时甚至要采用脱泥作业预先脱泥。此外，硫化矿的可浮性和煤相近，加上其组成和结构的碳质污染，使其可浮性更接近煤，影响精煤质量，必须采用好的药剂或流程抑制硫化矿物。3.2粒度特性对浮选的影响（1）浮选粒度的确定：一是根据矿物和脉石嵌布特性所需的单体解离度；二是根据矿物的密度确定气泡负载能力。未经解离的矿物虽然适合气泡附着与负载，但其分选效果不理想；但若解离过度，粒度太细甚至泥化，也影响浮选。煤泥浮选是根据矿物颗粒表面物理化学性质的差异而进行分选的。矿物颗粒的表面性质在很大程度上取决于粒度， 随着矿物粒度的减小，其表面的理化性质受粒度的影响会更大。对煤泥浮选而言。在一定工艺条件下，粒度组成不同，就会得到不同的浮选效果。大量实验室试验和工业生产均证实，不同粒级的浮选行为不同。通常粗粒级浮选速度慢，但选择性好，但过粗可能浮不出而在尾煤中“跑粗”；细粒级浮选速度快，选择性差，过细时易失去选择性。只有在中等粒度才具有最佳可浮性。为了研究各粒级的浮选特征，根据小筛分粒度分级，对各粒级物料进行密度分析，实验结果见下表3。表 3 各粒级煤泥浮物累积粒度mm0.5-0.25浮物累积0.25-0.125浮物累积0.125-0.074浮物累积-0.074浮物累积密度级g/cm3产率%灰分%产率%灰分%产率%灰分%产率%灰分%-1.312.535.1921.724.0413.663.474.126.241.3-1.434.267.4264.627.5352.537.2727.227.431.4-1.572.0113.5386.0510.8675.009.6153.5810.371.5-1.691.0515.9492.3512.2584.3311.2766.7812.411.6-1.894.6716.6995.5213.4990.7713.0979.4815.45+1.8100.0019.51100.0016.26100.0018.46100.0027.11图 3 各粒级煤泥浮物累计产率-浮物累积灰分曲线图从各粒级精煤累计来看，当要求同一精煤灰分时，中间粒级0.25-0.125mm、0.125-0.074mm两个粒级产率较高，细粒级0.074mm精煤产率最低。其中，0.25-0.125mm产率最高，小筛分结果显示，0.25-0.125mm占到了23.24%，仅次于-0.074mm粒级，这将有利于提高全粒级浮选效果。在精煤灰分符合小于12.5%要求的前提下，若均按照1.6g/cm3分选时，0.25-0.125mm、0.125-0.074mm、0.074mm三个粒级中，±0.1含量均小于20%，按重力分选可选性标准评定为中等可选，但粗粒级0.5-0.25mm±0.1含量大于20%，属于较难选，说明粗粒级中有均匀分布的微粒嵌布，解离不充分，将在一定程度上影响分选难度。-0.074mm粒级轻密度物含量最少，而重密度物+1.8 g/cm3含量最多，说明煤中所含的其它矿物岩质易碎。总体来说，各粒级的密度分布相差不大，中间密度级0.25-0.074mm相对好选，粗粒级0.5-0.25较难选。实践证明：各种粒度的浮选行为有较大的差别。通常粗粒级浮选速度慢，但选择性好，但是如果矿粒过粗时浮不出，易损失在尾矿中，俗称“跑粗”。细粒级物料浮选速度快，选择性差，过细时则失去选择性。只有中等颗粒的矿粒才具有最佳的可浮性（2）煤泥浮选入料的粒度一般在00.5mm，是煤在开采、运输、分选过程中自然形成，并由选煤的工艺技术所确定的。通常不需专门磨矿工艺。但随着洁净煤技术的发展，尤其是脱硫(黄铁矿)的需求，对煤泥进一步磨矿解离也是一个趋势。浮选适用于粒度小于0.5mm的煤泥，不同的粒级具有不同的浮选行为。粗粒级煤泥选择性好，但浮选速度慢，过粗时超过气泡的承载能力，浮不起来，损失尾矿中；细粒级选择性差，但浮选速度快，过细时失去选择性，只有中等粒度的煤粒才具有较好的可浮性10-12。气泡上矿粒附着的牢固程度，直接影响浮选效果。为保证浮选能够顺利进行，入浮的矿粒要求有适宜的粒度。试验表明：0.074mm-0.5mm的煤粒在不同浓度下均具有较高的回收率。粗颗粒对精煤污染较小，细粒杂质对精煤的污染最严重。细粒煤泥“抢先”吸附浮选药剂，使粗粒级煤粒减少了与药剂接触的机会，疏水性降低，与气泡的粘附难度增加，从而影响精煤指标。（3）粗粒和细粒煤泥浮选工艺粗粒煤泥：主要解决其在尾矿中的损失，增加粗粒与气泡的附着并防止其脱落。增加药剂与煤粒的接触机会：如适当加大药剂浓度、完善加药方式（气溶胶加药、药剂乳化等）、用矿浆准备器或矿浆预处理器等新型调浆设备来提高煤粒与药剂的接触机会。改善浮选机充气：主要是充气质量，应有适当小气泡。对粗粒煤，为保证足够的浮力、可用气泡进行浮选，以保证有足够的浮力，并能加强粗粒与气泡的附着强度。采用分级或脱泥浮选：粗粒分选时为避免大量细泥存在，将分选入料分成粗细两级分别浮选。也可将高灰细泥脱除，单独处理粗粒物料，消除细泥对粗粒的影响。浮选机设计时既要考虑粗粒浮选所需的搅拌强度，又要考虑防止已经附着的颗粒从气泡上脱落。细粒煤泥主要解决选择性差的问题；尽量采用选择性好的药剂，并严格控制用量；选用起泡剂产生的泡沫应有脆性，以便增强二次富集作用，减少细泥夹带；严格掌握捕收剂与起泡剂的比例；药剂采用分段加药方式，使药剂处于亏量状态；延长细粒浮选时间，提高其分选效果。降低浮选入料矿浆浓度，以降低矿浆和泡沫层粘度；在泡沫层适当加喷水洗淋，加强泡沫的二次富集。选择合适、有效的粘土抑制剂。细泥只有达到一定含量才会对浮选产生影响，以下实验即探索了不同细泥含量对浮选的影响，结果见表4。作者选用含量煤样中含量较高的0.074mm作为细泥物料，其他各粒级比例按原煤中相对比例不变，仅改变细泥不同含量。选定矿浆浓度70g/l，煤油200g/t，仲辛醇100g/t，调浆、浮选搅拌均为速度1800r/min，充气量为0.25m3/h。表 4 不同细泥含量实验结果序号细泥含量%精煤尾煤计算原煤灰分%可燃体回收率%产率%灰分%产率%灰分%11064.6912.4435.3129.7918.5769.5622062.6613.0137.3429.7219.2567.5033060.8113.2639.1931.4820.4066.2644059.7313.9340.2732.4921.4165.41实验证明细泥含量越大，其可燃体回收率越低，且精煤灰分越高。在现场很难控制浮选入料中细泥含量的情况下，探索减轻细泥夹带的方法对实际生产具有重要的指导意义。总结起来，在目前的各种研究仪器、手段与技术水平条件下，形成的关于造成细粒煤的浮选选择性差的原因可以归纳为以下几个方面：（1）细粒煤样质量小。浮选很重要的一个阶段就是气泡矿化，即颗粒黏附于气泡上的过程，在这个过程中，颗粒需要克服颗粒和气泡间的水化层以与气泡表面的环流效应。细颗粒因为质量小，虽然疏水但也很难黏附形成矿化气泡。而细粒的脉石矿物在水中易受水介质粘滞，黏附在气泡上又很难脱落，固经常夹杂于气泡和水之间最后上升进入泡沫层，这样的大量夹带必定造成精矿泡沫浓度大、稳定性高，则起不到“二次富集”作用或者作用较弱，精煤质量较差。这样就使得原本疏水的细粒煤没有充分地升浮，而灰分高的细粒脉石矿物相对容易地被携带进入泡沫层，影响精煤质量，造成了浮选的选择性差。（2）细粒煤尺寸小。颗粒尺寸越小，其比表面积越大，表面能则越高，高的表面能加重了高灰脉石矿物与低灰细粒煤间的非选择性团聚，使本来疏水的细粒煤表面亲水性增强，同时吸附能力加大，减小了疏水煤粒与脉石矿物间的表面润湿性差异，降低了浮选的选择性。（3）收剂分散性差。煤泥浮选常用的捕收剂多数是石油产品，如煤油、轻柴油或者一些人工合成的非极性烃类油。这些油类药剂表面本身具有较强的疏水性，在水中分散的油滴尺寸大，不能形成细小的分散相，减少了矿粒与药剂的接触几率，影响细粒的矿化程度，浮选选择性相应降低。3.3煤浆浓度对浮选的影响煤泥浓度是指矿浆中固体煤粒的含量，常用克/升浓度（g/L）表示。煤泥浮选浓度影响的因素有：浮选精煤的产率和质量、浮选机处理量、药剂用量、浮选机能耗和稀释水量等。煤泥浮选浓度增加，精煤灰分提高，尾煤灰分降低。这是由于浮选浓度增高，单位体积中细泥含量增多，高灰细泥进入精煤中的概率增加，污染了精煤；同时较多的细泥包裹在低灰粗煤粒表面，降低了粗煤粒的可浮性，使得这部分较好煤泥大部分地进入了尾煤，导致尾煤灰分偏低。图4 煤浆浓度对各浮选因素的影响1-矿浆充气量；2-药剂的容积浓度（按煤泥重量计算的油耗一样时）；3-浮选时间；4-细粒的浮游性；5-粗粒的浮游性；6-煤泥的粉碎程度；纵坐标：浮选因素；横坐标：煤浆浓度 由上图可知：从图上各曲线可以看到：煤浆的浓度的大小对矿浆的充气、矿浆中药剂的容积浓度、煤泥的浮选时间、不同粒级煤泥的可浮性以与煤泥的粉碎作用有明显的影响。提高煤泥入浮浓度，精煤产率、精煤和尾煤的灰分相应增加，浓度过高时其变化比较平缓。实际生产中，过高的浓度会导致精煤产率下降，精煤灰分升高，尾煤灰分降低；煤浆浓度对药剂用量的影响：低浓度时，单位容积矿浆中药剂浓度显著降低，必须增加以入料干煤量计算的药剂用量；细泥含量：是影响煤浆浓度的最大因素。低浓度浮选，浮选速度快，矿浆通过量大，但干煤处理量低，对消除细泥污染，提高选择性，降低精煤灰分有利；较大浓度时，矿浆处理量低，但干煤处理量高。 对于煤来说，固体百分含量10%，克/升浓度为100克/升左右比较合适。 另外，适宜的固体浓度还要依靠合适的起泡剂用量来配合：固体浓度高，起泡剂用量水平就要高。 总的原则是:在保证质量的前提下，尽量提高矿浆浓度，这样可以提高设备处理量。 矿浆pH值矿浆的pH值会影响煤的表面电位。一般，煤在中性或弱碱性矿浆中都有较好的浮选效果。矿浆的pH值过高或过低都会使精煤产率降低煤泥浮选浓度的选择:入料可浮性较好、灰分较低、粒度较粗时可适当提高入浮浓度；难浮煤，细泥含量高时，精煤质量要求高时，应适当降低入浮浓度；粗选可采用较高浓度，精选采用较低浓度；直接浮选工艺入浮浓度较低，在条件许可时，应尽量提高入浮浓度有利于分选；浓缩浮选时，必须同时满足煤浆处理量和干煤处理量。 总之，煤浆浓度对煤泥浮选有着重要的影响，主要表现在以下几个方面：提高煤泥入浮浓度，精煤产率、精煤和尾煤灰分也相应增加，浓度过高时其变化比较平缓。但实际浮选时，过高的浓度会导致精煤产率下降，精煤灰分增高，尾煤灰分下降。煤浆浓度对药剂耗量的影响是低浓度时，单位容积矿浆中药剂浓度显著降低，必须增加以入料干煤量计算的药剂用量。影响入浮浓度选择的最大因素是浮选入料中煤泥含量。低浓度浮选速度快，矿浆通过量大，但干煤处理量低，对消除细泥污染、提高选择性、降低精煤灰分有利；高浓度浮选矿浆处理量低，但干煤处理量高。实际浮选时两种处理量均要适当才能保证好的浮选效果。4.影响煤泥浮选的外界因素4.1选煤厂循环水对浮选的影响4.1.1无机盐离子的影响表5是丹契娜用循环了不同次数、不同矿化度的循环水进行浮选试验的结果，表明在低矿化度(6000mgL以下)时具有良好的浮选效果，这是由于起泡性能得到增强的缘故，但选择性会有所降低。根据丹契娜的结论，在高矿化度(20000mgL以上)将会产生不良影响。矿浆中盐离子对浮选的影响表现在起泡能力上。各种离子的起泡能力是不同的，浮选介质中阳离子的起泡能力差别不大，阴离子的起泡能力差别较大，其顺序为：S02-4：>C1->N0-3当用硬水作介质时，钙离子可加强起泡性能，但当钙离子浓度过大(400mgL)时，这种作用几乎消除。同时钙离子对煤的可浮性也产生影响，其主要作用是改变煤表面电位，所以钙离子量少时对浮选有利，多时会降低选择性，增加精煤灰分。因此水质较硬时应注意钙离子对煤产生的抑制作用。表5循环水矿化度对浮选的影响循 环水循环次数循环水矿化度/mg·L-1精煤尾矿 灰分/%浮选时间/min泡沫体积泡沫产品中的固体含量/%产率/%灰分/%/3/%161116212630317035204050433045405130592068097046711171917258742475749139289139479849559865790604062706350644067207040505050454040401101201201301401501501001081081181271361362903253653904204404804.1.2循环水中剩余浮选药剂的影响浮选过程添加的药剂往往不能被煤泥全部吸附，总有部分随尾矿排出，当尾矿水澄清后作浮选补给水时，这些药剂又返回浮选作业。随着尾矿水不断循环使用，循环水中剩余药剂不断积累，含量不断提高，这样，浮选就不是在最佳化的药剂条件下进行，对浮选产品的数、质量指标会有一定影响，这也是生产中很少注意到的问题。浮选尾矿中的药剂剩余含量与药剂的初始浓度和化学性质有关：脂肪族醇类起泡剂是随着初始用量增加而增加，且碳链长度不同，剩余含量也不同；非极性捕收剂的剩余含量比复极性药剂低得多。对于同一类浮选药剂来说，在尾矿中剩余浓度越小，其浮选效果越好。丹契娜对此进行了浮选尾矿水人工闭路循环试验，把每次浮选尾矿澄清水作为下次浮选试验用水。当煤油和起泡剂的总耗量为160mg/L时，每次循环时水的药剂剩余浓度和矿化度与浮选数、质量指标见表6所示。表6药剂剩余含量对浮选的影响循环水循环次数循环水矿化度/mg·L-1药剂剩余浓度/mg·L-1精煤尾矿灰分/%浮选时间/min泡沫体积泡沫产品中的固体含量/ g·L-1产率/%灰分/%/3/%l234567891089010501250145017001910208023402560275062758694112120132147530l70687788738574207588759776397740768l74089990298598996610.0810.2610.5910.76440266287164720872527199758776807891800660403535353535353530220290335345360365405450485500100136152157163166184204220227258280319477464456415360397400循环10次后在给药量不变时，进入浮选的药剂量已增加了92%，浮选指标也发生了很大变化。当然生产中由于块煤对药剂的吸收，药剂剩余量的影响不像实验室试验那么显著，且在实际操作时，发现浮选指标变化后便会改变药剂用量。但对在闭路循环以与使用浮选精煤滤液作为浮选补给水的选煤厂，都应注意剩余药剂的积聚和影响，尽可能使用剩余浓度低的药剂，以保持浮选过程的最佳化和指标的稳定性。4.1.3絮凝剂对浮选的影响絮凝剂已广泛应用于浮选尾矿的澄清作业，使用最多的是合成的高分子絮凝剂聚丙烯酰胺类。关于其在水中的残余量对浮选的影响，意见不一。有的认为它会被块煤和末煤吸收，所以循环水中残余量不致于影响浮选过程；有的认为它会被矿浆量的粘土类矿物颗粒吸收，对煤粒不会产生抑制；也有的认为它的浓度会积累，达到一定量后会对煤粒产生抑制。但缺乏实际资料证实絮凝剂对浮选生产的影响程度。实验室的研究表明：常规浮选条件下，矿浆中聚丙烯酰胺的浓度在2.5g/L以下时浮选指标无明显变化；在5gL以上时煤粒受到抑制，选择性降低；浓度再高时精煤产率下降，灰分明显增加，达50g/L时浮选过程完全遭到破坏。由此可见，聚丙烯酰胺对浮选过程影响与否取决于其在矿浆中剩余浓度的大小。在选煤厂实际生产中，由于实际絮凝剂耗量低(0.33gL)，也可能是由于块煤和粘土矿物的大量吸收，故残余量少，积聚慢，尚未发现对浮选生产的严重影响。但长期闭路循环时，应注意和控制聚丙烯酰胺的浓度变化。4.2浮选药剂对浮选的影响自然界中的煤开采出来，暴露在空气中受到氧化作用，导致可浮性变差，通过浮选药剂的添加来改善矿物表面的润湿性。常用的浮选药剂有：捕收剂、调整剂和起泡剂。捕收剂通过吸附在矿粒表面，借矿物表面与极性基结合，使非极性基朝外伸出，降低水分子与矿物表面的作用，使矿物颗粒疏水。捕收剂可分为阴离子捕收剂、阳离子捕收剂和中性捕收剂。煤等非极性分子矿物，采用非极性捕收剂；在溶液中呈阳性的离子晶体如方解石等，一般使用脂肪酸类捕收剂；在溶液中呈阳性的硫化矿物，使用阴离子捕收剂；大分子阴离子型矿物如石英等，采用阳离子捕收剂。选煤厂常用的捕收剂有煤油、ZF捕收剂、柴油等。煤油是煤泥浮选过程中应用最广的非极性烃类捕收剂。矿浆中无起泡剂时，只靠搅拌矿浆中的空气产生的气泡韧性不够，寿命短，不够稳定，不适于浮选。因此，常通过加入起泡剂来作用于气-液界面，产生大小适于浮选的气泡。起泡剂通过降低气液表面能，促进空气弥散，形成较多较小的气泡，能够增强气泡防破能力，阻止气泡兼并。起泡剂的好坏决定于起泡剂的起泡能力、泡沫粘度和泡沫的稳定性等。根据来源不同，起泡剂可分为天然起泡剂、工业副产品起泡剂和人工合成品起泡剂。2#油是一种天然起泡剂，气泡性能较弱，缺乏捕收性能。GF油是一种工业副产品，兼有起泡和捕收两种性能，活化性能好，通过与其他药混用，可节省40%60%的药剂用量。甲基异丁基甲醇（MIBC）没有捕收性能、活性和选择性好、泡沫脆而不粘、消泡容易，但价格贵。选煤厂常用的起泡剂有杂醇、混合醇、仲辛醇、杂醇油等醇类化合物。杂醇是选煤厂应用最多的起泡剂；仲辛醇是蓖麻子生产葵二酸的副产品，气泡性能较强；混合醇产生的泡沫多，脆而不粘。调整剂按使用围不同分为活化剂、抑制剂、PH调整剂、分散剂和絮凝剂。表面活性剂能改善精煤浮选指标率，降低药耗。石灰和硫酸铜可以作为煤中硫化矿的抑制剂和活化剂。分散剂可以促进煤中细泥有效分散，六偏磷酸纳和水玻璃为常用的分散剂。在煤泥浮选过程中药剂种类、配置方法、药剂量和加药方式等也影响着煤泥浮选的效果。由于药剂各自性质不同，且药剂间存在相互影响和制约，按照先调整剂再抑制或活化剂最后捕收剂和起泡剂的原则添加。药剂可以一次加入，也可分次加入。一次加入作用效果明显，浮选速度快，适用于易浮矿物；分段加入整个浮选过程比较均衡，适用于难选矿物浮选。众所周知，浮选是依据矿物表面物理化学性质的差异而实现分选的。其实质是疏水的煤粒粘附到气泡上，亲水的矸石等杂质留在水中，从而实现分离。因此，矿物能否浮选取决于其表面的润湿性。而自然界的矿物绝大多数可浮性较差，这就需要添加药剂来改善矿物的表面性质，以达到能用浮选法分离的目的。使用浮选药剂是目前控制矿物浮选行为最灵活、最有效、最方便的手段。此外，通过浮选药剂得到稳定的大量气泡也是浮选能够高效进行的前提。在浮选过程中所使用的药剂称为浮选药剂，总的来说，浮选药剂的作用主要是提高煤表面疏水性和煤在气泡上粘着的牢固度。因此在调节矿物的表面性质，提高矿物的浮选速度和选择性等方面，浮选药剂起着极为重要的作用。显然，矿物颗粒间的疏水性差别越大，分选效率就越高，浮选指标也越好。所以在浮选过程中使用浮选药剂的目的之一，就是增大矿物颗粒之间疏水性的差别。根据用途，浮选药剂通常可以分为三类：捕收剂、起泡剂和调整剂。由于煤的可浮性比较好，为降低浮选成本，除对精煤有特殊要求的个别情况外，一般， 煤泥浮选时不加抑制剂和调整剂，而只使用捕收剂和起泡剂。因此本文将重点研究这两种药剂，同时也简单分析调整剂对于煤泥浮选的作用。对于选煤来说，最主要的捕收剂是非极性烃类油，如煤油、柴油、改性柴油等，约占药剂耗量的80%-90%。常用的起泡剂为非极性起泡剂，醇类应用最为广泛。4.2.1捕收剂凡是能通过提高矿物表面的疏水性，增强矿粒与气泡的附着强度的一类有机物质叫捕收剂。绝大多数的捕收剂的分子结构均由非极性的疏水基团和极性的亲固基团组成，亲固基团同矿物表面作用，疏水基团则朝向水，从而使矿物表面疏水化。捕收剂的种类很多，按其中在水中解离程度分为两大类：非离子型捕收剂和离子型捕收剂。非离子捕收剂主要是非极性烃类油和不溶性的酯类。前者本身是非极性的物质，主要用于分选非极性矿物，如煤、石墨等，也可以用于某些极性矿物的辅助捕收剂，后者用于分选重金属的硫化矿。（1）非极性烃类油的作用原理非极性烃类油捕收剂能否吸附到矿物表面并起作用，主要取决于它们与水和矿物表面作用力的大小。因为矿物表面有极性和非极性之分，当矿物表面属于非极性表面时，固-油界面的自由能小于固-水界面的自由能，那么油滴可以吸附到矿物的表面，提高矿物表面的疏水性；当矿物表面是极性时，固-油界面的自由能大于固-水界面的自由能，矿物表面就吸附了一层水化膜，油分子不能在矿物表面吸附，仍以油滴形式存在于水中，见图7。图7 煤油在煤粒表面的吸附具体到煤泥浮选过程中，因为大部分的煤粒表面是非极性的，因而非极性烃类油可以吸附在煤粒的表面，提高煤粒表面的疏水性，进而提高浮选的效率。矸石绝大部分表面是极性表面，有很强的亲水性，矸油远大于矸水，矸石表面被水分子覆盖，形成水化膜。非极性烃类油不能在矸石表面吸附，或仅能吸附极少量的烃类油到局部疏水不能覆盖全部矸石表面，因而基本上不能提高矸石的疏水性。（2）非极性烃类油捕收剂的作用在煤泥浮选中，非极性烃类油捕收剂的作用可以归纳为以下三个方面：非极性烃类油可以提高煤粒和气泡的附着。由于非极性烃类油在煤粒表面展开，增加煤粒表面的疏水程度，削弱其水化作用，使煤粒与气泡碰撞时，水化膜易破，附着过程容易进行。非极性烃类油可有效提高煤粒在气泡上附着的牢固强度。这是非极性烃类油沿着三相接触周边富集形成一条油环所致。当气泡表面与煤粒接触时，在两者之间的缝隙由于毛细管作用力使油滴迅速聚集，然后扩大面