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浮选设备再好,离了“它”也不行!

时间:2022-05-20 14:34

对于煤泥浮选而言,一般工艺流程中没有磨矿环节,调浆便成了浮选作业的起点。调浆作为对矿浆进行的预处理,目的是在搅拌槽内使悬浮的矿物颗粒表面得到活化,使欲浮矿物与超细分散的浮选药剂的碰撞和吸附概率在机械力、非机械力的作用下得到提高,增强其疏水性,或使不欲浮的矿物表面变得更加亲水,抑制其上浮。

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实践证明,浮选设备若要充分发挥其分选功能,必须依靠高效调浆技术为整个浮选过程提供理想的初始条件。所以,调浆过程得到广大学者的重新认识并且被深层次研究。

1、调浆技术的研究进展

1.1机械搅拌调浆法

目前,选煤厂应用最多的煤泥调浆设备仍为20世纪80年代开发的XY系列矿浆预处理器。设计者认为上层叶轮中心负压区吸入空气后将在套筒中形成高速气流,可将浮选剂雾化,实现气溶胶浮选。杨玉华等对此问题进行了验证,指出套筒净截面积是进气管截面积的7倍多,所以即使空气流速在进气管中达几十米,进入套筒中后,其流速也将迅速减小,不足以形成高速气流,因此达不到所谓的气溶胶浮选。另外,矿浆预处理器运行时存在水平环流,易使矿浆和药剂不经过搅拌混合而直接流出,导致药剂利用率低,耗量大。并且由于其尺寸放大简单地以叶轮线速度不变为原则,存在流场特性偏离大、搅拌力弱、煤浆混合效果差等弱点。

马力强、陈清如等认为高剪切调浆是解决此问题的有效途径,提出调浆技术应从以下四方面展开研究:药剂分散、颗粒分散与表面改性、颗粒碰撞与有效吸附等过程的机理;研究各种搅拌叶轮结构下矿浆的流场变化情况,优化出合理的搅拌叶轮结构,并确定放大准则;研究不同煤质及粒度组成下剪切强度对调浆效果的影响;开发新型高效浮选调浆设备,以满足微细难选矿物浮选工艺的需求。

李振、刘炯天等指出物料悬浮过程由离底悬浮能力与有效作用范围共同决定。同样操作条件下,物料悬浮水平较低时,搅拌体系的悬浮能力主要由离底悬浮能力决定;在实现较好离底悬浮时,有效作用范围的影响逐渐占据主导地位,有效作用范围值的增大,才能保证较高的传质效率,实现物料均匀悬浮。对于不同的搅拌机制,调浆槽内物料的悬浮水平均主要沿轴向衰减。在不添加挡板的条件下,沿切向不存在浓度递变;添加挡板后,挡板后侧的物料浓度略低于挡板前的物料浓度。

D.FENG和C.ALDRICH用实验证明经高剪切调浆的方法处理可以显著改善氧化煤的浮选指标,特别是浮选速率和可燃体回收率,而且粒度越细提高越明显。主要原因是高的剪切力对粘土薄层和氧化层都有一定程度的去除作用。另外,与不经过预先处理得到的气泡相比,高剪切调浆处理可以得到更加稳定、尺寸更加小的气泡,增强了矿化程度。

1.2加压法

郭德等采用改变压强的方法研究了加压预处理法对煤泥浮选指标的影响。结果表明,对入浮煤泥进行加压溶解空气后在煤颗粒表面会产生大量的核化气泡,核化气泡的存在增强了煤颗粒表面的疏水性、降低了煤颗粒表面的水化膜厚度,对颗粒与气泡的黏附很有帮助,促进了矿物的浮选;反之,用负压方法处理入浮煤泥矿浆,则会减少核化气泡的数量,恶化浮选效果。

1.3电化学法

朱英等将电化学调浆技术运用于高硫煤浮选脱硫研究,总结了电化学浮选脱硫率随电解电压、电解时间、介质PH值的变化规律。XRD分析表明,煤系黄铁矿表面易氧化,氧化产物多为硫化铁;XPS、FTIR分析表明,电化学改性可以将煤系黄铁矿还原,增强其亲水性,同时煤的含氧官能团被还原,疏水性增强,浮选脱硫率提高。

1.4超声波法

康文泽等研究了超声波处理对难浮煤泥浮选效果的影响。结果表明,超声波预处理对煤泥颗粒具有破碎、解离和清洗作用;超声波预处理使煤泥的疏水性增强,不同粒级煤泥与水的润湿热均有不同程度的降低,煤与水的接触角有不同程度的升高;同时,浮选完善指标和脱硫完善度大幅提高。

2、调浆设备的新发展

2.1雾化一跌落式煤浆预处理器

唐山国华科技有限公司对雾化—跌落式煤浆预处理器进行了研究。FCA-2500型结构如下图所示。

工作原理为压缩空气进入风动喷射式雾化器,此雾化器借用了水喷射式乳化器的结构(如下图所示),调整风压约为0.08MPa,加药漏斗中的浮选药剂由负压吸入,被喷射气流冲击雾化,在箱体上部弥散降落。浮选入料呈瀑式溢流而出,在泄落过程中与雾状浮选剂相遇接触。另一部分雾滴靠自重直接落在上层滑板上,煤浆通过多层滑板上的坎条,连续跃起和跌落,使得煤浆与浮选剂雾滴反复混合,直至从底部排出。

2.2 PS系列煤浆预处理器

唐山国华公司推出的新型PS系列煤浆预处理器是由浮选药剂乳化器和管道混合器串联而成。其中,浮选药剂乳化器的核心部件为喷射器;管道混合器无运动部件,主要结构为管道内由若干叶片按规定角度交叉固定组成的混合单元。煤浆和乳化器制备的浮选剂乳化液由入料泵泵送后在其中通过,被多次分割、碰撞、旋转和改向形成高雷诺数的紊流流态,从而达到混合的目的。其混合效果受叶片形状、尺寸、数量和安装角度等结构因素影响外,也与煤浆流速有关。

2.3 BGT系列表面改质调浆机

中国矿业大学(北京)开发出BGT系列表面改质调浆机,主体采用立式布置,包括三段五级调浆结构。工作时矿浆和浮选药剂同时给入桶体下部,逐级进入各段,经多层涡轮式搅拌叶轮、剪切盘、挡板等机构的分散、混合、擦洗和碰撞等表面改质作用后,从桶体上部出料口排出,进入浮选环节。

BGT系列表面改质调浆机对调浆流场进行了优化,使调浆方式与矿浆体系相耦合。在高速度梯度及其多段强制混合的流体力化学条件下,将药剂直接加入高速旋转的转子中,使其机械乳化;将煤粒表面细泥剥离,实现疏水活化;在高紊流状态下提高煤粒与捕收剂油滴的碰撞概率,达到煤粒与药剂的充分接触与有效粘附,进一步增大煤颗粒表面的疏水性和可浮性差异,提高细粒煤泥的浮选分离精度和回收率。

BGT系列表面改质调浆机独特的结构设计能够提高中粗粒级的回收率和细粒级的选择性,并且节省大量浮选药剂。产品推广后在多家大型选煤厂得到应用,并取得良好的经济效益和社会效益。

2.4 其他新型调浆设备

近几年的专利检索显示,业内人士对于浮选调浆的关注度日益增高,相关设备的研发成果不断出现,如浮选调浆塔、高吸程调浆泵、分流混合调浆装置、双轴强制剪切调浆装置等,伹其中大多数仍处于实验室研究阶段,暂未进入工业应用。

3、发展趋势及建议

1)传统的机械搅拌式调浆技术在继续纵深发展和丰富,如高剪切调浆(HIC)、多级调浆、多轴调浆等。

2)新的矿浆预处理方法被不断地引入,如加压法、电化学法、超声波法等。

3)浮选调浆装备的更新势在必行,新型设备层出不穷,但目前仍以机械搅拌式调浆设备为主,其它新型调浆技术在转化为生产力之前还需要深层次的理论研究和论证。但无论何种设备若要走向成熟,都需要一定时间的实践检验、市场筛选和自身的不断改进。