微泡浮選柱的設(shè)計(jì)

、緒論1.1煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的地位煤炭是我國(guó)的主要能源，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展不可缺少的物資基礎(chǔ)。長(zhǎng)期以來(lái)煤炭在一次能源消費(fèi)中的比重一直維持在70%左右，而世界平均能源結(jié)構(gòu)為煤炭占28.4%，石油占35.8%，天然氣占23.7%，可再生能源占12.1%。我國(guó)煤炭資源占化石能源資源總量遠(yuǎn)大于石油和天然氣資源量，這一條件決定了我國(guó)以煤炭為主的一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)難以改變。我國(guó)煤炭資源豐富,煤炭資源分布面積約60多萬(wàn)平方公里，占國(guó)土面積的6%。根據(jù)第三次全國(guó)煤炭資源預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)，全國(guó)煤炭資源總量5.57萬(wàn)億噸，煤炭資源潛力巨大，煤炭資源總量居世界第一。已查明資源中精查資源量?jī)H占25%，詳查資源僅占17%。探明儲(chǔ)量達(dá)到10202億噸。其中可開采儲(chǔ)量1891億噸，占18%，人均占有量?jī)H145噸，低于世界平均水平。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，工業(yè)各部門尤其是電力部門對(duì)煤炭需求量持續(xù)增加，我國(guó)煤炭生產(chǎn)將繼續(xù)增長(zhǎng)[1]?！笆晃濉逼陂g，中國(guó)煤炭產(chǎn)能大幅提升，產(chǎn)量繼續(xù)增加，價(jià)格市場(chǎng)化機(jī)制逐步建立，一些主要產(chǎn)煤大省資源整合、兼并重組取得階段性成效，相繼組建了一批區(qū)域性大型煤炭企業(yè)集團(tuán)，形成了煤電、煤化等上下游產(chǎn)業(yè)一體化發(fā)展格局。2011年，我國(guó)煤炭經(jīng)濟(jì)運(yùn)行總體保持平穩(wěn)，煤炭需求旺盛，供給總量增加，市場(chǎng)供需基本平衡。2011年全國(guó)原煤產(chǎn)量35.2億噸，同比增長(zhǎng)8.7%；大型企業(yè)煤炭產(chǎn)量保持較快增長(zhǎng)，達(dá)21.8億噸。全年進(jìn)口煤炭1.82億噸，同比增長(zhǎng)10.8%；出口煤炭1466萬(wàn)噸，下降23%[2]。2012年中國(guó)煤炭產(chǎn)量36.6億噸，比上年增長(zhǎng)4%左右，增速同比回落4.7個(gè)百分點(diǎn)。2012年1季度全國(guó)煤炭產(chǎn)量累計(jì)完成86100萬(wàn)噸，同比增加5474萬(wàn)噸，增長(zhǎng)5.6%。其中國(guó)有重點(diǎn)煤礦產(chǎn)量累計(jì)完成49528萬(wàn)噸，同比增加2849萬(wàn)噸，上升6.1%[3]。今后，隨著煤電一體化經(jīng)營(yíng)和煤電一體化企業(yè)的發(fā)展，煤電一體化在提供終端能源的數(shù)量、工業(yè)增加值、銷售收入和利潤(rùn)稅收，以及資產(chǎn)總額方面，都將占有更高的比例。為了改善環(huán)境質(zhì)量，預(yù)測(cè)到2020年我國(guó)煤炭用于發(fā)電的比例達(dá)到80%及以上，電力在終端能源消費(fèi)中的比例將由目前的42%增加到70%[4]。我國(guó)可替代煤炭的能源資源品種雖多，當(dāng)前水能、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等會(huì)有較快發(fā)展，但受資源、成本、并網(wǎng)等多方面的制約。煤炭依然是我國(guó)最可靠的能源。從全球的角度看，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)能源需求的增加，煤炭的生產(chǎn)和消費(fèi)呈上升趨勢(shì)，世界煤炭產(chǎn)量和消費(fèi)量將持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2020年，煤炭在我國(guó)一次性能源生產(chǎn)和消費(fèi)中占60%左右；到2050年，我國(guó)的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)在一次性能源消耗的比例仍大于50%，煤炭將是我國(guó)未來(lái)幾十年的主要能源[5]。1.2煤炭洗選的必要性從煤炭的煤炭點(diǎn)選擇符合用戶質(zhì)量要求的過(guò)程中，它是清潔煤技術(shù)的來(lái)源和基礎(chǔ)，提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，在煤炭工業(yè)生產(chǎn)。選煤廠不僅可以合理利用煤炭資源，節(jié)約資源，減少不必要的浪費(fèi)，而且還可以減少煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，走可持續(xù)發(fā)展道路具有重要意義[6]。具體有以下幾點(diǎn)：（1）提高煤的質(zhì)量，減少燃煤污染物的排放煤炭洗選可脫除煤中50%～80%的灰分、30%～40%的全硫(或60%～80%的無(wú)機(jī)硫)，燃用洗選煤可有效減少煙塵、SO2和NOx的排放，入洗1億t動(dòng)力煤一般可減排60－70萬(wàn)tSO2，去除矸石16Mt。（2）提高煤炭利用效率，節(jié)約能源煤質(zhì)改善，將大大提高煤炭利用效率。一些研究表明，煉焦煤的灰分降低1%，高爐焦比降低2.66%，高爐利用系數(shù)提高3.99%；使用無(wú)煙煤節(jié)能20%洗滌生產(chǎn)合成氨；每增加1%的功率的灰分、熱值下降200～360J/g，每個(gè)電力標(biāo)準(zhǔn)煤耗程度增加25g；鍋爐和工業(yè)爐窯燃燒水洗煤，熱效率可提高3%～8%[7]；（3）優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力煤炭的發(fā)展有利于煤炭產(chǎn)品的單一結(jié)構(gòu)，低質(zhì)量的品種和高品質(zhì)，產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的發(fā)展。中國(guó)的煤炭消費(fèi)量更多的用戶，煤炭的質(zhì)量和各種要求不斷增加[7]。一些城市，要求煤炭硫分小于0.5%，灰分小于10%，如果煤炭制備的發(fā)展不能滿足市場(chǎng)的需求。（4）減少?gòu)U物的能力由于中國(guó)的產(chǎn)煤地區(qū)遠(yuǎn)離煤炭，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)的地區(qū)，煤炭、長(zhǎng)距離量，煤的平均距離約600公里，清洗后可除去大量雜質(zhì)煤，每入洗100Mt原煤，可節(jié)省運(yùn)力9600Mt.km[8]。1.3國(guó)內(nèi)外選煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，煤炭仍然是世界和我國(guó)的主要能源之一，由“五個(gè)第十二年計(jì)劃”期間，中國(guó)的煤炭產(chǎn)量預(yù)計(jì)將達(dá)到3800萬(wàn)噸以上，大量煤炭需要清洗和處理；另一方面，由于小儲(chǔ)備的焦煤，也有供應(yīng)緊張的焦炭。2008，中國(guó)的焦炭生產(chǎn)噸，占世界焦炭產(chǎn)量的60%，鋼鐵工業(yè)占87%的消費(fèi)，化工消費(fèi)占7.3%。隨著鋼鐵工業(yè)和化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，將不可避免地導(dǎo)致焦炭供應(yīng)緊張的情況，雖然中國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量豐富，但在焦炭焦煤生產(chǎn)，脂肪煤，煤炭?jī)?chǔ)量較少，大部分煤炭屬于動(dòng)力煤，焦煤，煤炭資源，比例不高，高質(zhì)量的煉焦煤儲(chǔ)量少。中國(guó)的煉焦煤儲(chǔ)量約占中國(guó)煉焦煤儲(chǔ)量的24%，天然氣煤和煤僅占13%，相當(dāng)一部分的焦煤屬于高灰分和高硫，難以選擇。因此，煤炭制備技術(shù)的發(fā)展，大力提高洗滌容量，提高分選效率和分選精度，以最大限度地回收煤炭資源具有十分重要的意義[9]。（1）選煤設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外大型選煤廠，其入選能力往往是多個(gè)分選系統(tǒng)的組合或多個(gè)廠、車間的入選能力的總量?！笆濉逼陂g，為了適應(yīng)大量煤炭洗選加工的需要，要研究符合中國(guó)煤質(zhì)特點(diǎn)的、具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單系統(tǒng)1000萬(wàn)t/a特大型動(dòng)力煤選煤廠成套技術(shù)和關(guān)鍵裝備、單系統(tǒng)600萬(wàn)t/a特大型煉焦煤選煤廠成套技術(shù)和關(guān)鍵裝備及其配套通用的關(guān)鍵設(shè)備,為建設(shè)真正的大型選煤廠創(chuàng)造技術(shù)條件,并提高設(shè)備的可靠性、處理能力,改進(jìn)工藝參數(shù),滿足特大型選煤廠建設(shè)的需要。需要研發(fā)的設(shè)備主要有小時(shí)處理能力1000～1200t、入選上限>150mm的特大型三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器；小時(shí)處理能900～1000t、入料粒度為300－13mm的大型高效重介質(zhì)淺槽分選機(jī)；小時(shí)處理能力>500t、入料粒度為350－25mm的大型動(dòng)篩跳汰機(jī)；小時(shí)處理能力為2000t、入料粒度為325－25mm的大型動(dòng)力煤跳汰機(jī)；小時(shí)處理礦漿能力1500～2500cm3的大型浮選機(jī)；小時(shí)處理能力80～120t的大型沉降過(guò)濾式離心脫水機(jī)；小時(shí)處理能力300～450t的大型末煤離心脫水機(jī)；小時(shí)處理能力60～150t的大型全自動(dòng)快開壓濾機(jī)；小時(shí)處理能力400cm3的大型高效磁選機(jī)等。此外，還要開發(fā)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、處理能力大的選煤廠輔助設(shè)備以及智能化的自動(dòng)控制系統(tǒng),從而提高原煤的洗選能力[10]。(2)選煤工藝、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)以工藝創(chuàng)新為基礎(chǔ)，研究和探索選煤新工藝，提高分選的精度，開發(fā)高效分選系統(tǒng)；開發(fā)高穩(wěn)定性的重介懸浮液循環(huán)系統(tǒng)，為分選過(guò)程創(chuàng)造條件；利用動(dòng)力變頻和熱力學(xué)調(diào)控技術(shù)，開發(fā)流體壓力調(diào)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理的分選環(huán)境；開發(fā)高精度重介分選密度控制系統(tǒng)，確保精確的分選工藝參數(shù)；利用現(xiàn)有的檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，開發(fā)基于分選理論的工藝參數(shù)閉環(huán)控制系統(tǒng)等。對(duì)于難選的煉焦煤，為了提高精煤產(chǎn)率，需要開發(fā)給予中煤釋放的二次分選工藝及中煤破碎關(guān)鍵技術(shù)。例如開灤集團(tuán)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)共同承擔(dān)的國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目基于浮選中煤煤巖解離的兩段式磨浮工藝分選技術(shù)、基于煤泥可浮性特征變化的兩段式浮選過(guò)程設(shè)計(jì)等，可解決多年來(lái)困擾選煤生產(chǎn)的塊煤分選效率低，煤泥分選效率差、回收率低以及精煤產(chǎn)品灰分高的難題，將大大改善我國(guó)煤炭分選的現(xiàn)狀，最大限度地回收和利用煤炭資源。此外，新技術(shù)的推廣及應(yīng)用，還可有效緩解煤炭洗選過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染[11]。1.4浮選柱分類及其特點(diǎn)浮選柱，是將壓縮空氣透過(guò)多孔介質(zhì)（充氣器）對(duì)礦漿進(jìn)行充氣和攪拌的充氣式浮選機(jī)，有微泡逆流浮選柱和微泡射流浮選柱等類型。浮選柱為細(xì)長(zhǎng)筒形構(gòu)造，一半柱高9～15m，直徑0.5～3.0m，斷面多為圓形也有少部分為矩形。直徑在2m以上的浮選柱，在柱體內(nèi)部研軸向安裝整流板。礦漿在柱體2/3高的位置給入柱內(nèi)。另一側(cè)，通過(guò)柱體的氣泡發(fā)生器經(jīng)底部導(dǎo)入空氣產(chǎn)生氣泡。同時(shí)，為了提高泡沫產(chǎn)品的品味增大產(chǎn)率，在泡沫槽上部設(shè)置水沖洗裝置。礦漿沿柱體向下移動(dòng)與底部上升的氣泡逆流接觸，疏水性礦粒附著在氣泡上（此為捕收區(qū)），于是隨氣泡上升至泡沫槽中，經(jīng)水沖洗精選成為精礦（精選區(qū)）。未在氣泡上附著的礦粒則為礦漿尾礦從柱體底部排除[12]。與其他浮選設(shè)備相比,浮選柱具有很多優(yōu)點(diǎn),概括起來(lái)主要有:(1)泡沫層厚度,氣泡大小和數(shù)量等調(diào)節(jié)方便;(2)浮選效率高,作業(yè)次數(shù)和循環(huán)礦量少,流程簡(jiǎn)化;(3)礦粒與氣泡逆流接觸,降低了氣泡群的上升速度,適于細(xì)粒礦物的回收;(4)設(shè)備簡(jiǎn)單,占地面積小,節(jié)省了基建投資;(5)能耗低,藥劑用量比傳統(tǒng)浮選機(jī)少,節(jié)省了生產(chǎn)成本。浮選柱分類：（1）按照礦漿與氣泡運(yùn)動(dòng)的方向：柱式分選設(shè)備可分為：逆流式、同流式和逆流-同流混合式。逆流浮選柱的入料口通常在柱體的上部，從柱體的下部排出尾礦，空氣分別從中上部給入，如俄羅斯Gintsvetmet學(xué)院開發(fā)的浮選柱；同流式浮選柱的入料、空氣和尾礦皆從柱體底部實(shí)現(xiàn)，如J.B.Rubinstein等研制的帶隔板攪拌式浮選柱；逆流-同流混合式浮選柱則是同向給入礦漿和部分空氣，柱體給入另一部分空氣，或者通過(guò)循環(huán)礦漿由底部給入，而入料從柱體上部給入，如射流式浮選柱[13]。（2）按槽體劃分：柱式分選設(shè)備可分為單槽柱和多槽柱。而其單槽柱應(yīng)用較為廣泛；多槽柱如俄羅斯IOTT設(shè)計(jì)的多槽浮選柱，這種浮選柱可以在降低柱體高度的前提下延長(zhǎng)顆粒在浮選柱內(nèi)停留的時(shí)間，以此提高精礦的產(chǎn)率。（3）按柱體高度劃分：浮選柱可以分為高柱型和矮柱型。高柱型如加拿大Boutin浮選柱、Flotaire浮選柱、波蘭KFP浮選柱、Leeds浮選柱、MTU充填式浮選柱、電浮選柱和磁選浮選柱等；矮體浮選柱如全泡沫浮選柱、Wemco/Leeds浮選柱、旋流浮選柱（美國(guó)）、Jameson浮選柱、LHJ浮選柱（北京科技大學(xué)）和旋流-靜態(tài)微泡浮選柱（FCSMC）（4）按氣泡發(fā)生器劃分。浮選柱可分為內(nèi)部充氣型和外部充氣型[14]。1.5浮選參數(shù)對(duì)浮選效果的影響1.5.1捕收劑捕收劑是改變礦物表面的疏水性，使浮選的礦石顆粒在氣泡上粘附于浮選劑。集熱器對(duì)礦物表面的影響主要是物理吸附、化學(xué)吸附和表面化學(xué)反應(yīng)。在一定濃度范圍內(nèi)，隨著濃度的增加，吸附能力隨濃度的增加而增大，浮選回收率顯著增加，但當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí)。隨著濃度的增加和吸附量的增加，回收率會(huì)變小；收集劑濃度過(guò)高，吸附量將繼續(xù)增加，但浮選回收效率不提高，甚至?xí)陆?。因此，在浮選過(guò)程中要掌握捕收劑的用量，才能獲得最佳的投加量，才能達(dá)到最佳的效率[15]。1.5.2起泡劑浮選漿中氣泡的形成，主要依靠浮選設(shè)備中各種曝氣攪拌裝置，并對(duì)紙漿加入適量的發(fā)泡劑。發(fā)泡劑是一種表面活性劑，主要在氣水界面降低界面張力，使空氣中形成小氣泡，擴(kuò)大界面分離，保證氣泡上升形成一層泡沫。浮選過(guò)程中的發(fā)泡劑應(yīng)該是具有不同極性、極性、親水性和非極性親水性的有機(jī)物，使氣泡分子在氣水界面方向。大部分的發(fā)泡劑是表面活性劑，可大大降低水的表面張力。同一系列的有機(jī)表面活性劑表面活性按“三分之一”的規(guī)律遞增，即“特芳貝定則”。發(fā)泡劑應(yīng)具有適當(dāng)?shù)娜芙庑浴０l(fā)泡劑的溶解度可以很大程度地影響發(fā)泡劑的性能和氣泡形成的特性。例如：溶解性很高，大劑量的消耗會(huì)迅速產(chǎn)生大量氣泡，但不持久，當(dāng)太晚時(shí)溶解的溶解度太低，隨著泡沫的流失，氣泡速度慢且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，難以控制。因此，選擇合適的溶解性和增加發(fā)泡劑的濃度，是提高浮選效果的重要因素之一[16]。1.5.3入料濃度隨著投料濃度的增加，煤的產(chǎn)量先增大后減小，灰分含量逐漸增加。物料濃度過(guò)高，分選效果會(huì)下降。1.6國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀自上個(gè)世紀(jì)80年代以來(lái)，浮選柱在分選技術(shù)方面取得了重大突破，一批批批新的浮選柱脫穎而出。在中國(guó)，有旋流靜態(tài)微泡浮選柱、充填式浮選柱，射流浮選柱浮選柱，在澳大利亞的詹姆森，在德國(guó)KHD浮選柱浮選柱，flotair在美國(guó)和VPI微泡浮選柱。在處理很好的礦石材料時(shí)，他們有一個(gè)常規(guī)的浮選機(jī)無(wú)法比擬的分離效果。在許多類型的浮選柱中，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋流靜態(tài)微泡浮選柱在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。1.6.1研究應(yīng)用現(xiàn)狀分析從幾十年國(guó)內(nèi)外浮選柱的研究現(xiàn)狀，浮選柱整體性能的新進(jìn)展如下：（1）該列的高度是減少：浮選柱高度從原來(lái)的十米到幾米。大浮選柱的高徑比逐漸減小，即使大型浮選柱高度在10米以下。在浮選柱分選時(shí)間短的過(guò)程中，近年來(lái)出現(xiàn)了許多類型的填料介質(zhì)和介質(zhì)層，解決了在堿性介質(zhì)中填充介質(zhì)容易堵塞的問題，大大提高了分散穩(wěn)定性和鼓泡柱的流動(dòng)均勻性。（2）完善的填充方法：它們中的大部分都是由內(nèi)置的氣泡發(fā)生器所建，在上個(gè)世紀(jì)中很容易被堵塞。還有一小部分的改進(jìn)更先進(jìn)的內(nèi)置式，其發(fā)泡方式比較合理。旋渦泡沫產(chǎn)生器、文氏管氣泡發(fā)生器，靜電在線混合器，氣動(dòng)和液壓式充氣裝置，美國(guó)佛羅泰爾型泡沫發(fā)生器，加拿大CESL型泡沫發(fā)生器，CPT公司氣slamjet分散劑、超聲波氣體溶液發(fā)泡劑，噴泡沫發(fā)生器和空氣噴射式泡沫發(fā)生器。（3）礦化的多樣性：選擇性和分離效果大大提高。一直是傳統(tǒng)的逆流碰撞礦化模式的突破，以及旋轉(zhuǎn)流和管流礦化引入柱分離，形成了不同的礦化方式。裝置向著大型化、系列化發(fā)展，在入料和排除尾礦方式上也有了較大的改進(jìn)，數(shù)學(xué)模型與按比例放大方面卡戰(zhàn)的研究越來(lái)越深入，自動(dòng)控制的程度也越來(lái)越高[17]。1.6.2將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)可以看出，浮選柱的結(jié)構(gòu)和形態(tài)有不同的進(jìn)展，但一般而言，它的出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）氣泡發(fā)生器：基本上都由20世紀(jì)60～70年代易堵塞的內(nèi)置式的氣泡發(fā)生器發(fā)展為外置式。當(dāng)然，也有改進(jìn)與先進(jìn)的內(nèi)置類型相比。其發(fā)泡方式多，先進(jìn)合理。渦流氣泡發(fā)生器（TurboIR）、文氏管氣泡發(fā)生器，在線混合器、高效的氣動(dòng)式液壓氣動(dòng)、美國(guó)艦隊(duì)的憤怒型泡沫發(fā)生器，加拿大CESL型泡沫發(fā)生器，超聲波氣體溶液發(fā)泡裝置和空氣噴射式泡沫發(fā)生器等。（2）填充介質(zhì)：近年來(lái)，有許多類型的填充介質(zhì)和介質(zhì)床。漿體堵塞，柱狀漿流改善了氣泡分散性的穩(wěn)定性和均勻性。（3）柱高度：它減少了從原來(lái)的十米的幾米，高徑比大的浮選柱是逐漸降低的，即使浮選柱的大小基本上是10m高度。（4）浮選柱浮選時(shí)間越來(lái)越短，數(shù)學(xué)模擬和比例放大越來(lái)越深入地研究；自動(dòng)化控制程度越來(lái)越高；向著大型化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。1.7近年來(lái)浮選柱的發(fā)展及其優(yōu)缺點(diǎn)1.7.1傳統(tǒng)浮選柱圖1-1傳統(tǒng)浮選柱示意圖圖1-1為國(guó)內(nèi)常規(guī)浮選柱，圓柱，主體高6～7m。同一批制成的充氣微孔材料的底部，上到我的分配器和礦化實(shí)現(xiàn)均勻漿料顆粒的橫截面的身體變化過(guò)程與氣泡的碰撞會(huì)下降。與浮選機(jī)相比，顆粒與氣泡間的碰撞和粘附幾率明顯增大。氣浮區(qū)內(nèi)的紙漿的湍流度相對(duì)較低，氣泡中顆粒的疏水性粘附不易脫落。浮選柱在泡沫層中往往多達(dá)幾十厘米，2次富集效果顯著，可在泡沫層中注入強(qiáng)化水，通常一個(gè)粗選可獲得高質(zhì)量的精礦。如加拿大12～15m浮選柱的發(fā)展，這樣的浮選柱的特點(diǎn)是微孔隙和氣泡的逆流碰撞礦化顆粒正壓。該浮選柱在我國(guó)已有多年的應(yīng)用，具有良好的選擇性，可應(yīng)用于細(xì)顆粒材料，也是氣動(dòng)裝置推廣應(yīng)用的主要障礙。1.7.2CPT浮選柱由CPT（加拿大技術(shù)公司），核心是其空氣分布系統(tǒng)，共有四種類型，其中最新的是slamjet色散和色散sparjet。漿浮選藥劑，然后從列以下約1～2米的收入最高，在塔底是從外氣體分散的拆卸和維修柱安裝，氣體分散在微氣泡，在浮力的作用下自由上升，并在重力自由下落的果肉中的礦物顆粒，氣泡上升，集熱器面積接觸礦物顆粒下降，疏水性礦物顆粒被捕獲，附著于氣泡，使氣泡礦化。對(duì)礦化氣泡有用礦物顆粒負(fù)載繼續(xù)漂浮到選定的區(qū)域，并在柱體上形成了一百萬(wàn)泡沫層的厚度，層泡沫洗滌水清洗，被夾帶進(jìn)入的煤矸石顆粒泡沫層脫落的泡沫層，所以為得到較高的精礦品位。尾礦從柱底部排出，浮選柱保持在“正偏壓”條件下。其結(jié)構(gòu)如圖1-2:圖1-2CPT浮選柱1.7.3Jameson浮選柱Jameson浮選柱，其工作原理是將一個(gè)良好的試劑泥漿泵通過(guò)充電管進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)的混合頭，通過(guò)噴嘴形成的射流流動(dòng)，產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，并吸入空氣氣泡，礦物顆粒在導(dǎo)管和氣泡碰撞礦化和下流從底部的導(dǎo)管進(jìn)入分離柱和礦化氣泡上升到一個(gè)塔身泡沫層的上部，沖洗清洗的水流量進(jìn)入濃縮槽，尾礦是通過(guò)底部的柱錐口排出。氣動(dòng)攪拌裝置是詹姆森浮選柱的關(guān)鍵部分。采用射流泵原理，將泥漿壓力能量由噴嘴在同一時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，在密封套管內(nèi)形成負(fù)壓，并由風(fēng)道吸入空氣。密封套，將噴氣量包氣成混合管，在高度湍流的流體中，將氣體分為氣泡和繼續(xù)和礦物顆粒的碰撞和附著，礦化[18]。分散的等效靜葉輪，垂直向下沿徑向均勻分散漿,結(jié)構(gòu)如下圖1-3。圖1-3Jameson浮選柱1.7.4旋流微泡浮選柱旋流微泡浮選柱是由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教授歐便，提出、設(shè)計(jì)思想和獲得的發(fā)明專利。這種浮選柱主要用于浮選和處理非金屬礦物，近年來(lái)已開始選擇其他金屬的方向發(fā)展。旋流微泡浮選柱是離心力場(chǎng)浮選工藝，可以有效地提高精礦回收率，添加列在穩(wěn)流板減少的柱體高度、外部吸微泡發(fā)生器可以減少能源消耗。結(jié)構(gòu)圖如圖1-4：圖1-4旋流微泡浮選柱結(jié)構(gòu)及原理示意圖1.7.5各種浮選柱的優(yōu)缺點(diǎn)綜合近些年來(lái)浮選柱的發(fā)展趨勢(shì)，從最早期的傳統(tǒng)浮選柱到后來(lái)的Jameson浮選柱再到如今炙手可熱的旋流微泡浮選柱，總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)與常規(guī)浮選機(jī)和短體射流浮選柱相比，新型浮選柱具有較大的成礦作用。常規(guī)浮選機(jī)與后礦化帶僅在轉(zhuǎn)子的高剪切帶內(nèi)，而新的浮選柱從進(jìn)料口到整個(gè)捕集區(qū)的口內(nèi)都是礦化帶，容積利用率高，每單位體積處理量大。用噴射器設(shè)計(jì)的原理，可以在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的穩(wěn)定氣泡。與傳統(tǒng)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)相比，浮選柱的氣泡與紙漿成向相反方向移動(dòng)，兩者之間發(fā)生反向碰撞，礦化速率大，氣泡穩(wěn)定附著，礦化效率高。微泡數(shù)，分散度高，穩(wěn)定性高。大量的微氣泡上升緩慢，基本流動(dòng)處于層流狀態(tài)，這有助于形成氣泡和顆粒碰撞的良好條件，有助于提高浮選速度和回收率。缺點(diǎn)高濃度飼料浮選效果不穩(wěn)定。今天的選煤廠廣泛應(yīng)用于重介質(zhì)選煤技術(shù)，一些老的選煤廠也逐漸為重介質(zhì)選煤廠浮選過(guò)程的改變，導(dǎo)致進(jìn)料濃度對(duì)原60.00g/l提高約100.00g/l甚至更高。和浮選柱的濃度是由一定的要求，這是一般50.00g/l-80.00g/l，紙漿的濃度高，F(xiàn)CMC沒有發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，浮選效果不穩(wěn)定，煤，煤不能尾。旋流微泡在有限的作用下，高濃度泥漿。在高濃度的泥漿（有時(shí)甚至是普通的泥漿濃度會(huì)產(chǎn)生類似的情況），只有材料的噴射和微泡氣泡發(fā)生器產(chǎn)生的氣泡產(chǎn)生的渦流使氣缸內(nèi)的渦流位置旋流分離是不夠的。這將需要一個(gè)更大的功率，在進(jìn)料漿的時(shí)間，將不可避免地導(dǎo)致資源浪費(fèi)，但也產(chǎn)生了較大的另一個(gè)問題，在圓筒體受到限制。柱結(jié)構(gòu)的大尺寸的限制。與管流礦化泡沫發(fā)生裝置的研究與開發(fā)，以及旋流段力場(chǎng)的清除效果，比其他的FCMC低高度浮選柱，并根據(jù)減少工廠的基礎(chǔ)設(shè)施投資和管理、柱高度降低是一個(gè)趨勢(shì)。柱高度的降低，勢(shì)必會(huì)使柱的礦化面積減小，從而保證顆粒和氣泡的礦化作用，并不能減少礦化區(qū)。因此，由于浮選柱的高度不應(yīng)增大，故在柱徑方向?，F(xiàn)在FCMC直徑中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究與發(fā)展也越來(lái)越大，5米的最大直徑已完成。直徑越大，也會(huì)導(dǎo)致問題：較大的直徑，氣泡和紙漿在汽缸徑向均勻分布程度低。同時(shí)，柱高、柱徑比降低，柱背混料現(xiàn)象比較強(qiáng)烈，不利于床的穩(wěn)定性，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。2、本文研究的內(nèi)容2.1裝置的提出隨著全球煤炭開采機(jī)械設(shè)備的日益龐大，細(xì)顆粒在煤與細(xì)粒煤泥水處理中的比例越來(lái)越大，越來(lái)越難。處理細(xì)粒物料的最有效的方法之一是浮選，這取決于浮選機(jī)。目前，主要的浮選設(shè)備是浮選機(jī)和浮選柱。浮選機(jī)由于一個(gè)淺槽，槽內(nèi)湍流強(qiáng)度和泡沫層薄，微細(xì)粒煤泥的分選效果差，使浮選精煤灰分takadeShigesuke煤灰，造成“重介質(zhì)回流”現(xiàn)象更為嚴(yán)重；和浮選柱氣泡發(fā)生器產(chǎn)生依賴外部的微泡造影劑對(duì)微細(xì)粒煤泥浮選的粘附性，通過(guò)次生富集和沖洗水由于“夾帶”污染煤有一定效果，減緩，有利于提高浮選精礦的質(zhì)量，有效地彌補(bǔ)在浮選機(jī)存在的不足。但細(xì)粒浮選柱浮選是不全面的，當(dāng)進(jìn)料微細(xì)粒含量超過(guò)50%，煤泥可浮會(huì)使情況惡化，煤浮選柱分選將泥夾帶污染和高灰分含量，試劑消耗和增加成本。但目前大多數(shù)選煤廠浮選入料煤泥含量占分?jǐn)?shù)一般都在60%以上。因此，要解決浮選柱體過(guò)高，礦化效率不高，炸藥消耗過(guò)多，不符合要求[19]。在存在的礦化效率不高，消耗量大，柱太高，本文的設(shè)計(jì)提供了一種離心力場(chǎng)下，選擇泡沫浮選裝置，可以減少煤的灰分含量，提高精煤產(chǎn)率，提高處理能力。該裝置具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)明顯創(chuàng)新：利用切線的礦漿進(jìn)入浮選裝置，形成渦流，在葉輪浮選裝置底端的葉輪旋轉(zhuǎn)，上面的中礦循環(huán)清除，渦切向射流形成、浮泥三離心力場(chǎng)作用在分離根據(jù)密度不同，煤矸石顆粒的密度被扔到沿塔壁從出料口底部，粒子移動(dòng)到中間密度小氣泡的裝置，與旋渦運(yùn)動(dòng)到氣缸中心的氣泡發(fā)生器，和碰撞礦化顆粒密度小，疏水性好的部分用粘附在氣泡顆粒，氣泡上升到溢流堰，一小部分不能堅(jiān)持中等吸力式氣泡被選中，通過(guò)泵和射流氣泡發(fā)生器的裝置再泡沫浮選。研究了裝置的設(shè)計(jì)，研究了各種工藝參數(shù)對(duì)浮選效率的影響，并對(duì)精礦和尾礦中的灰分含量和精礦、尾礦的產(chǎn)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)和比較。2.2試驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)前人試驗(yàn)和研究方法的學(xué)習(xí)及自己參與實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)，結(jié)合本論文的研究?jī)?nèi)容，確定實(shí)驗(yàn)的技術(shù)路線如下：（1）實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備。根據(jù)研究方向的需求，選擇合適的煤樣，收集某些選煤廠的煤泥性質(zhì)資料，經(jīng)過(guò)分析，確定采用淮南望風(fēng)崗選煤廠的煤泥作為本論文的試驗(yàn)煤樣。（2）煤樣的準(zhǔn)備，將所采用的煤樣自然晾干，為保證浮選入料粒度滿足要求及入料性質(zhì)的均勻性，先隔粗，即晾干煤樣經(jīng)0.50mm篩分處理，將篩上物排掉；后混合均勻，即將篩下物進(jìn)行多次堆積，使其混合均勻。（3）煤樣的制取。對(duì)煤樣進(jìn)行縮分，依次制取待試驗(yàn)項(xiàng)所需煤樣。（4）煤樣性質(zhì)分析。首先進(jìn)行小篩分，得到原煤粒度組成，在進(jìn)行小浮沉，得到密度組成并由密度組成和粒度組成畫可選性曲線，分析煤的可選性；XRD分析礦物組成；接觸角試驗(yàn)，分析潤(rùn)濕性，初步判斷可浮性。（5）可浮性分析最佳參數(shù)試驗(yàn)：?jiǎn)卧∵x試驗(yàn)做捕收劑和起泡劑的最佳用量。浮選速度試驗(yàn)：?jiǎn)卧∵x試驗(yàn)，畫可浮性曲線。（6）三種浮選柱對(duì)比試驗(yàn)浮選完善指標(biāo)，浮選速度，處理量的對(duì)比。（7）試驗(yàn)結(jié)果分析。對(duì)每一次試驗(yàn)的浮選精煤和尾煤進(jìn)行灰度分析并計(jì)算產(chǎn)量，對(duì)比并得出最佳參數(shù)比。最后對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析。3、實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)建3.1旋流選礦的原理旋流中固體顆粒受到的力主要包括離心力，液體阻力和軸向力。固體顆粒在旋流中隨著液體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此顆粒所受離心力是：(1)式(1)表明，旋流中固體粒子所受離心力與顆粒的粒徑dp、密度ρp、所處位置r及其該位置的切向速度vpθ有關(guān)，其方向指向浮選柱筒壁。由于慣性離心力徑向傳遞的結(jié)果，導(dǎo)致繞旋流中心作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的固體顆粒在徑向方向上受到一向心浮力(該力阻礙顆粒向器壁運(yùn)動(dòng))。此向心浮力：(2)由式(2)可以看出，向心浮力與固體顆粒粒徑dp、固粒的切向速度vpθ、液相密度ρl有關(guān)。另外顆粒在離心力場(chǎng)中沿徑向還受到流體曳力Fd的作用:（3）式(3)表明，F(xiàn)d的大小受到徑向相對(duì)速度vb的影響。在徑向上，向心浮力和液體曳力構(gòu)成了液體阻力，其阻礙固體顆粒向浮選柱筒壁運(yùn)動(dòng)。由于固體顆粒與液體之間存在密度差，其相對(duì)于流體在重力方向上有作用力差。由于流體向下流動(dòng)，使顆粒受到了向下的軸向曳力Fzd、重力Fg和向上的液體浮力Fzb，粒子在外旋流中軸向合力△FWZ：△FWZ=Fzd+Fg–Fzb（4）其中，△FWZ方向和液體流動(dòng)方向相同(朝向底流口)。在浮泥中沿切線方向進(jìn)入浮選裝置，隨著底部的浮選裝置的葉輪旋轉(zhuǎn)，形成了主旋渦和氣泡發(fā)生器的切向燃燒，并通過(guò)離心力、液阻力和軸向力作用的離心力作用下的粘液顆粒的旋流。由于泥的顆粒密度和顆粒大小的不同，密度，顆粒大小的泥狀顆粒傾倒到旋流的邊緣，并沿氣缸壁的浮選柱向下；低密度和顆粒聚集的顆粒聚集在中心的浮選裝置。由于浮煤顆粒的粒徑很小，浮泥顆粒的分離主要是在顆粒密度的基礎(chǔ)上，所以旋流可以將產(chǎn)物的重量成功地分離出來(lái)。3.2泡沫選礦原理泡沫主要是靠碰撞接觸、粘附、礦化升浮、泡沫層形成多種機(jī)理綜合作用的結(jié)果。如圖所示：①接觸階段，礦粒在流動(dòng)的礦漿中與氣泡接近，并進(jìn)行碰撞接觸，如圖3-1。②粘著階段，礦粒與氣泡接觸后，表面疏水的礦粒和氣泡之間的水化層逐漸變薄、破裂、在氣、固、液三相之間形成三相接觸周邊，實(shí)現(xiàn)礦粒與氣泡的附著，如圖3-2。③升浮階段，附著了礦粒的氣泡（即礦化氣泡）互相之間形成礦粒氣泡的聯(lián)合體，在氣泡上浮力的作用下進(jìn)入泡沫層。④泡沫層形成階段，最后形成穩(wěn)定的泡沫層，并及時(shí)刮出。圖3-1氣泡礦化示意圖圖3-2礦化氣泡升浮示意圖在氣泡礦化過(guò)程中，表面疏水性粒子優(yōu)先粘附于氣泡，形成氣泡和顆粒的組合。它是很難堅(jiān)持的表面上的親水性顆粒上的氣泡，即使有可能會(huì)附著不強(qiáng)，在噴霧的噴霧組件將被清洗干凈。所以，空氣泡的礦化過(guò)程是有選擇性的，疏水性的濃縮物更容易附著在氣泡上，而親水性的煤矸石并沒有粘在一個(gè)泡泡中，即使有小顆粒的煤矸石的粘度對(duì)氣泡會(huì)被沖刷下來(lái)。因此，氣泡根據(jù)材料的表面性質(zhì)，精細(xì)分離的精細(xì)分離的成功[20]。4、設(shè)計(jì)方案4.1裝置設(shè)計(jì)方案如圖4-1所示，微泡浮選裝置主要部件包括：浮選柱柱體1、溢流堰10、噴淋組件11、葉輪5、電機(jī)6、軸4、吸漿斗9、泵8、氣泡發(fā)生器7。在所述的浮選裝置柱體上端設(shè)有入料口2和溢流堰10，下端設(shè)有底流口12，浮選柱柱體頂端設(shè)置噴淋組件11，軸4設(shè)置在浮選裝置柱體軸心處，軸4上連接有葉輪5，在軸4的另一端連接電機(jī)6，吸漿斗9與泵8用管道連接，泵8與氣泡發(fā)生器7連接。預(yù)處理的紙漿從入口到切線形成渦流，渦流后，在切向射流氣泡發(fā)生器和形成在葉輪的主渦的作用下，在旋流場(chǎng)粒子密度的作用下移動(dòng)到邊緣沿筒壁的作用下排出底流，尾煤，氣缸中心粒移向低濃度浮選裝置、泡沫發(fā)生器產(chǎn)生旋渦運(yùn)動(dòng)的中心柱氣泡、小顆粒濃縮浮選密度，疏水性礦物顆粒附著在氣泡上的浮子，溢流堰的泡沫，水噴霧組件清洗后礦化泡沫，高灰顆粒為了去除夾帶的泡沫，剩余流量從溢流堰，高品位的煤，小部分前和煤漿氣泡礦化吸通過(guò)桶提取。泵和射流氣泡發(fā)生器裝置，以避免氣泡浮選，集中損失，提高煤炭產(chǎn)量。圖4-1微泡浮選裝置結(jié)構(gòu)示意圖工作流程簡(jiǎn)介：①預(yù)處理中的進(jìn)料切進(jìn)切進(jìn)電機(jī)和清除泵，由于切向進(jìn)料口附近形成了離心力場(chǎng)，浮選柱底端設(shè)置了葉輪軸旋轉(zhuǎn)的旋力場(chǎng)，后氣泡發(fā)生器切向射流的離心力場(chǎng)，在三離心力場(chǎng)作用下，整個(gè)浮選裝置形成一個(gè)旋流在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下。②預(yù)處理后，從泵的進(jìn)料口處進(jìn)入浮選裝置，在三個(gè)旋渦力場(chǎng)作用下，通過(guò)離心力、液阻力和軸向力，根據(jù)顆粒密度的差異分離。密度的泥粒子拋向旋邊流動(dòng)，并沿筒壁的浮選柱向下，通過(guò)開口的底部材料的收集和排出，顆粒密度聚集在中間的浮選柱。③氣泡發(fā)生器吸收漿液，由于自動(dòng)壓在空氣中呼吸，發(fā)泡劑、空氣、發(fā)泡劑和漿體混合在一起，通過(guò)擴(kuò)散管噴出的射流和氣泡。④在旋流中心密度小顆粒和氣泡的接觸，水化層之間的表面疏水性礦物顆粒和氣泡逐漸變薄，破碎，周圍的氣體，固體和液相，實(shí)現(xiàn)礦物顆粒和氣泡附件之間的三相接觸。氣泡在泡沫層中形成的礦化氣泡在氣泡作用下的作用。⑤一個(gè)噴霧組件噴水，由于不好的粘接疏水性顆粒不緊，沖了下來(lái)，倒回到了紙漿。疏水性顆粒在泡沫層表面富集。氣泡的體積也越來(lái)越多，最后的浮柱體的溢流溢流堰，流出的溢流堰底部的溢流堰。⑥小部分在煤附著在一個(gè)泡沫吸吸漿料斗，通過(guò)泵中礦礦漿輸送到泡沫發(fā)生器，最后切向射流浮選柱浮選。4.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案4.2.1葉輪設(shè)計(jì)浮選柱的底端設(shè)置有一個(gè)葉輪，該葉輪通過(guò)一個(gè)軸與電機(jī)連接。葉片是彎曲的，并在一定角度上的葉輪主體上設(shè)置。柱浮選起動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪產(chǎn)生旋渦旋流動(dòng)，浮選機(jī)中的顆粒在旋流場(chǎng)中的密度差分選，密度的粘液顆粒傾倒到旋流的邊緣和沿筒壁的浮選柱，從卸貨港收集，顆粒密度聚集中心的浮選柱[21]。圖4-2葉輪實(shí)物圖4.2.2氣泡發(fā)生器氣泡發(fā)生器是一個(gè)文氏管結(jié)構(gòu)，通過(guò)吸漿桶提取從噴嘴進(jìn)漿，以上由于壓力自動(dòng)呼吸空氣和發(fā)泡劑的吸收，通過(guò)管中空氣，發(fā)泡劑與紙漿混合在一起，擴(kuò)散管噴出的射流與氣泡。射流入口設(shè)置在切向上，在噴射進(jìn)入后形成旋流。氣泡產(chǎn)生的氣泡發(fā)生器與旋渦旋從邊緣的浮選柱的中心，小顆粒的濃度，疏水性顆粒粘附的氣泡，顆粒跟隨氣泡上升到氣泡面積。圖4-3氣泡發(fā)生器實(shí)物圖5、試驗(yàn)煤樣的分析5.1原煤分析對(duì)于此次進(jìn)行研究的煤樣需要對(duì)其進(jìn)行煤樣分析，在這里主要是對(duì)其進(jìn)行水分和灰分的研究。通過(guò)對(duì)進(jìn)行的分析試驗(yàn)，從而對(duì)煤樣的性質(zhì)得以進(jìn)一步的了解，方便對(duì)浮選試驗(yàn)的研究，得到浮選柱對(duì)其浮選效果。本次試驗(yàn)對(duì)水分的分析的試驗(yàn)步驟如下所示：（1）稱取粒度小于0.5mm分析試驗(yàn)煤樣4g左右放在事前已經(jīng)干燥并稱好質(zhì)量的稱量瓶?jī)?nèi)，要求精確至0.0001g，然后在稱量瓶?jī)?nèi)平攤好已經(jīng)稱好的試驗(yàn)煤樣。（2）在試驗(yàn)前需要將干燥箱事先鼓風(fēng)好并加熱到（105?110）℃。打開稱量瓶并將其放入干燥箱中，并在1小時(shí)左右一直鼓風(fēng)。（3）干燥過(guò)后從干燥箱中拿出該稱量瓶并且立即蓋上稱量瓶蓋子，然后將其放入到干燥器中進(jìn)行冷卻，溫度降至室溫（約20分鐘左右）后再稱其重量。（4）進(jìn)行檢查性干燥，每次大概80分鐘，直到連續(xù)兩次干燥煤樣的質(zhì)量的減少量不超過(guò)0.0010g或者是質(zhì)量有所增加時(shí)為止。其中如果質(zhì)量有所增加，要用質(zhì)量增加的前一次稱量的質(zhì)量為計(jì)算的依據(jù)。當(dāng)水分小于2.00%時(shí)，就不需要在進(jìn)行檢查性干燥。其中分析試驗(yàn)煤樣的水分的計(jì)算公式如下：式中:Mad：一般分析試驗(yàn)煤樣的水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；m：稱取的一般分析試驗(yàn)煤樣的質(zhì)量，其單位為克（g）；m1：煤樣干燥后失去的質(zhì)量，其單位為克(g）。原煤煤樣水分分析的記錄表5-1如下所示：序號(hào)1234實(shí)驗(yàn)前分析煤樣重量/g4.124.194.204.27實(shí)驗(yàn)后煤樣重量/g3.924.004.014.12所測(cè)分析煤樣水分/%4.854.534.523.51水分平均值/%4.35表5-1分析原煤煤樣水分?jǐn)?shù)據(jù)灰分分析的試驗(yàn)步驟如下:（1）準(zhǔn)確地稱取1g左右的粒度小于0.5mm的一般分析試驗(yàn)煤樣，精確至0.0001g，并且放在質(zhì)量恒定和事先已經(jīng)灼燒好的灰皿中，然后將稱取的煤樣在灰皿中平攤放好。（2）將灰皿放入爐溫不超過(guò)100℃的馬弗爐恒溫區(qū)內(nèi)，然后關(guān)上爐門。開啟電源，按下慢灰，啟動(dòng)，該馬弗爐會(huì)自動(dòng)在30分鐘內(nèi)升溫至500℃，接著保溫30分鐘，然后繼續(xù)加熱至815℃，用時(shí)大約依舊是30分鐘，并在此溫度下連續(xù)灼燒1小時(shí)。（3）從馬弗爐中取出灰皿放在耐熱瓷板上，自然冷卻5分鐘左右，再次將灰皿放入干燥器中冷卻至室溫后再稱量。（4）將灼燒好的煤樣在815℃下進(jìn)行檢查性灼燒，每次間隔時(shí)間為20分鐘，一直到連續(xù)兩次灼燒后的質(zhì)量變化不超過(guò)0.0010g為止，并且以最后一次灼燒后稱量的質(zhì)量為準(zhǔn)。分析試驗(yàn)煤樣的空氣干燥基灰分計(jì)算公式如下所示：式中:ABd：空氣干燥基的灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；m：稱取的分析試驗(yàn)煤樣的質(zhì)量，其單位為克(g);m1：灼燒后剩余殘留物的質(zhì)量，其單位為克(g)原煤煤樣的灰分分析的記錄表5-2如下所示：表5-2分析原煤煤樣灰分?jǐn)?shù)據(jù)序號(hào)123空灰皿質(zhì)量/g實(shí)驗(yàn)前煤樣質(zhì)量/g實(shí)驗(yàn)后煤樣質(zhì)量/g所測(cè)煤樣灰分/%灰分平均值/%17.07881.13060.354231.3219.14511.05690.376735.6434.7817.22061.11410.416337.37由分析原煤煤樣水分測(cè)定表5-1及分析原煤煤樣灰分測(cè)定表5-2可知，該試驗(yàn)煤樣的空氣于燥基水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為4.35％，空氣干燥基灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為34.78％,屬于中灰度煤。由此可以看出，煤泥樣品中灰度并不是很高，符合本次試驗(yàn)要求。其中灰分是煤炭的有害成分，它降低煤的發(fā)熱量，影響焦炭質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)研究微泡浮選柱對(duì)微細(xì)煤泥的有效浮選，該煤樣正好適合要求，初步判斷該試驗(yàn)用煤有益于后續(xù)研究。5.2煤樣準(zhǔn)備本實(shí)驗(yàn)用煤采自淮南望峰崗。煤樣的第一集自然晾干，以確保相同的性能和實(shí)驗(yàn)煤樣的客觀性，干燥煤樣四采樣煤樣充分混合均勻后裝入錐形壓成錐形，然后交叉框架為四析取對(duì)角兩又四采樣。重復(fù)三步得到干煤樣的混合物及其篩選。將由0.5mm篩分離處理煤樣干燥，篩上物料排出，以保證材質(zhì)均勻，將篩選的煤樣混合均勻后再重復(fù)，然后混合均勻的煤樣放入一個(gè)塑料桶，用保鮮膜密封保存，盡量減少煤樣之前在自然界的變化后。5.3粒度分析在制備好的煤樣中，根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煤炭篩分試驗(yàn)方法》（GB/T477-2008）規(guī)定，分別使用0.45mm、0.30mm、0.125mm、0.074mm與0.045mm標(biāo)準(zhǔn)套篩對(duì)其制好的試驗(yàn)煤樣進(jìn)行粒度分析。結(jié)果如表5-3所示。表5-3篩分粒度組成表粒度級(jí)/mm質(zhì)量/g產(chǎn)率/%灰分/%累計(jì)產(chǎn)率/%累計(jì)灰分%0.5-0.42566.7533.4018.0433.4018.040.425-0.252.81.4013.2734.8017.840.25-0.1259.974.9914.5139.7917.430.125-0.07578.8239.4415.4879.2336.20-0.07541.520.7717.89100.00總計(jì)199.84100.00由表5-3篩分粒度組成表可以看出：①篩上物累積量成下降趨勢(shì)，而篩下物累積量成上升趨勢(shì)，由此可以說(shuō)明此試驗(yàn)煤樣中粗顆粒含量較多。②煤樣中主導(dǎo)粒級(jí)是0.125-0.075mm，占全樣產(chǎn)率的39.44%，<0.125mm的占全樣產(chǎn)率的60.21%，說(shuō)明煤樣中含有適中的微細(xì)顆粒。>0.425mm的占全樣產(chǎn)率的33.40%，粒度級(jí)差異較大。5.4礦物組成分析X-射線衍射分析是煤炭物相分析常用的方法?？梢愿鶕?jù)其測(cè)試結(jié)果來(lái)分析出煤樣組成，準(zhǔn)備好待測(cè)樣品磨至0.20mm進(jìn)行X-衍射分析。X-射線衍射儀型號(hào)：Bruker公司D8Advance型；工作條件：X射線管：電壓：40kV；電流：30mA；陽(yáng)極靶材料：Cu靶，Kɑ輻射；檢測(cè)器：柯林斯陣列探測(cè)器；測(cè)角儀半徑：250mm；狹縫系統(tǒng)：發(fā)散狹縫：0.60mm；防散射狹縫：8mm；Ni濾片濾除Cu-Kβ射線；檢測(cè)開口：2.82°；入射側(cè)與衍射側(cè)的索拉狹縫均為2.50°；采樣：掃描速度：0.10sec/step；采樣間隔：0.01945?(step)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分析方法，通過(guò)比對(duì)得出該煤樣的XRD測(cè)試譜圖如圖5-2所示。圖5-2煤樣XRD衍射圖譜由圖5-2可知，該試驗(yàn)煤樣中包含的主要礦物質(zhì)是石英，方解石和高嶺土，其中高嶺土含量最多，屬于粘土類礦物，在水中極易泥化。因此，煤樣中存在這類礦物不僅會(huì)導(dǎo)致浮選過(guò)程惡化，還會(huì)對(duì)精煤造成污染。所以通過(guò)浮選柱浮選此類煤時(shí)，要盡量減少泥質(zhì)粘土的夾帶對(duì)精煤的污染，并提高浮選中精煤的產(chǎn)量。5.5潤(rùn)濕性分析礦物潤(rùn)濕性是用來(lái)表征礦物表面被水潤(rùn)濕的程度，根據(jù)潤(rùn)濕性大小的不同可說(shuō)明浮選行為變化的過(guò)程。常采用測(cè)定接觸角θ的方法來(lái)判斷礦物表面潤(rùn)濕性的大小。在平衡狀態(tài)時(shí)，有Yong方程可知，接觸角θ越大，cosθ越小，這說(shuō)明礦物表面潤(rùn)濕性越小，可浮性越好，其中，潤(rùn)濕性=cosθ，可浮性=1-cosθ，由此可以通過(guò)測(cè)定礦物表面接觸角來(lái)評(píng)價(jià)礦物潤(rùn)濕性和可浮性。將0.2mm的煤樣在15Mpa的壓力下進(jìn)行壓片，其操作過(guò)程是先取出凹模與模墊，裝入已配置好的0.2mm的煤樣，約占凹模的1/2-2/3。加壓15Mpa，保壓2min左右后往下旋轉(zhuǎn)手柄。將模墊翻轉(zhuǎn)180度成凹面裝上，放在模托上，旋下手柄沖擊產(chǎn)品。產(chǎn)品即可落入凹模內(nèi)，即可得正圓形的壓片，按照壓片過(guò)程做三個(gè)壓片，標(biāo)號(hào)1,2,3。將制備好的待測(cè)樣品放入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行接觸角測(cè)量。其中測(cè)定儀是德國(guó)KRUSS公司的DSA100型光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x，其工作條件為：溫度：20℃～25℃；電源：220V/50～60Hz；測(cè)量范圍0～180°；相對(duì)濕度：40～65％RH；測(cè)量精度：0.10°。其測(cè)量結(jié)果如下表5-4所示：表5-4煤樣接觸角測(cè)定表該煤樣的接觸角測(cè)定圖像如圖5-3所示。圖5-3煤樣的接觸角測(cè)定圖樣通過(guò)測(cè)定結(jié)果可知，該煤樣的接觸角為62.05°。接觸角值較大，說(shuō)明該煤樣潤(rùn)濕性較小，去離子水滴在該煤樣表面不容易鋪展開，從而可知，該煤樣在浮選過(guò)程中將表現(xiàn)出很強(qiáng)的疏水性，可浮性較好，要通過(guò)常規(guī)浮選的到低精煤比較容易，初步判定此煤樣可浮性為中等。5.6實(shí)驗(yàn)總結(jié)本節(jié)煤樣準(zhǔn)備階段首先將主要設(shè)備和儀器列出，然后詳細(xì)闡述實(shí)驗(yàn)煤樣的制備過(guò)程；再總結(jié)研究了實(shí)驗(yàn)煤樣的煤泥特性，包括實(shí)驗(yàn)煤樣的粒度及密度分析、礦物組成分析、潤(rùn)濕性分析、可浮性分析。主要結(jié)論：實(shí)驗(yàn)煤樣灰分為34.78%，煤樣主導(dǎo)粒級(jí)為0.125-0.075mm，屬于中灰煤泥。中間密度級(jí)含量大，可燃礦物和脈石礦物細(xì)微切緊密的嵌合在一起；主要礦物質(zhì)為高嶺土、方解石和石英，黏土類礦物質(zhì)高嶺土的含量較大，在水中極易泥化，會(huì)惡化浮選過(guò)程；煤樣的接觸角為62.05°，煤樣疏水性較強(qiáng)，可浮性較好，綜合判斷為易浮。6、可浮性實(shí)驗(yàn)參照GB/T4757-2001《煤粉（泥）實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室具體的條件，此次論文中選取的捕收劑是煤油，其密度是0.85g/ml，起泡劑選取的是甲基異丙基甲醇（MIBC），其密度為0.8g/ml。以煤油和甲基異丙基甲醇為捕收劑和起泡劑進(jìn)行的浮選參數(shù)的選擇試驗(yàn)，主要研究的是捕收劑和起泡劑的藥劑用量比，在葉輪存在下無(wú)中礦循環(huán)系統(tǒng)，在中礦循環(huán)系統(tǒng)存在條件下而無(wú)葉輪以及既有葉輪存在又有中礦循環(huán)系統(tǒng)存在的條件下進(jìn)行浮選試驗(yàn)。其他參數(shù)按照國(guó)標(biāo)取固定值，如充氣量為0.25m3/min,葉輪轉(zhuǎn)速為1800r/min等等。為了方便對(duì)比分選效果，精煤產(chǎn)品的灰分指標(biāo)為10.50%。其過(guò)程中所需的試驗(yàn)煤樣和藥劑量的計(jì)算如下：（1）試驗(yàn)煤樣的計(jì)算：式中：：試驗(yàn)煤樣的質(zhì)量，g;:礦漿濃度,g/L;:試驗(yàn)煤樣空氣干燥基水分，%。藥劑量的計(jì)算：V=(W×q)÷(d×10＾6)式中：:加入藥劑的體積，mL；:藥劑單位消耗量，g/t；:藥劑密度，g/cm3。首先在礦漿濃度為100g/L，捕收劑和起泡劑的用量之比為10:1條件下，通過(guò)改變捕收劑和起泡劑的用量來(lái)進(jìn)行煤泥的初步探索試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如下：表6-1藥劑初步探索試驗(yàn)結(jié)果柴油用量g/tMIBC用量g/t精煤產(chǎn)率%精煤灰分%尾煤產(chǎn)率%尾煤灰分%浮選完善指標(biāo)%6006033.7420.3376.7539.8128.498008040.6516.4753.7445.3954.16100010050.0211.0949.7163.7660.16120012050.2711.5149.4567.9759.89140014050.5712.0448.4767.9159.24由表6-1可知，隨著捕收劑和起泡劑用量的增加，精煤灰分呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì)，而精煤的產(chǎn)率呈增大趨勢(shì)；尾煤的灰分在逐漸增大，相比尾煤的產(chǎn)率逐漸減少；浮選完善指標(biāo)則呈現(xiàn)先增大后降低再增大的變化規(guī)律。分析其原因：對(duì)于不同粒級(jí)煤粒來(lái)說(shuō)其上浮速率不同，細(xì)顆粒由于浮游性較好，比粗顆粒上浮的快，而粗顆粒灰分小于細(xì)顆粒，對(duì)于高含量高灰細(xì)顆粒級(jí)顆粒煤泥，在藥劑量用量不足時(shí)，細(xì)顆粒由于其表面積較大，會(huì)優(yōu)先吸附藥劑向上升浮，導(dǎo)致大量低灰粒粗顆粒因無(wú)藥劑協(xié)助而不能礦化，而損失于尾煤中，使得尾煤灰分偏低，精煤灰分較高，精煤產(chǎn)率變低；然而，隨著藥劑量逐漸增加，大部分粗顆粒能附著于氣泡上完成礦化，成為精煤產(chǎn)品，使得精煤灰分降低，精煤產(chǎn)率、浮選完善指標(biāo)和尾煤灰分迅速增大；但當(dāng)藥物劑量繼續(xù)增大時(shí)，在疏水性顆粒礦化同時(shí)部分親水性顆粒由于藥劑過(guò)剩而發(fā)生非選擇性吸附，在氣泡帶動(dòng)進(jìn)入到精煤中，造成精煤灰分增大，精煤產(chǎn)率和尾煤灰分逐漸增大，于是導(dǎo)致浮選完善指標(biāo)先降低后增大。當(dāng)捕收劑和起泡劑用量分別是1000g/t、100g/t時(shí)，可知精煤灰分最小，為11.09%，精煤產(chǎn)率和浮選完善指標(biāo)分別為50.02%、60.16%。本文要求探索的精煤產(chǎn)品灰分指標(biāo)為10.50%，初步探索實(shí)驗(yàn)中實(shí)際精煤灰分均大于此，為了實(shí)現(xiàn)降灰目的，則選擇精煤灰分最低的藥劑用量作為初步探索實(shí)驗(yàn)所得的最佳藥劑條件。7、微泡浮選柱試驗(yàn)研究在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微泡浮選柱實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，特地分三種試驗(yàn)情況對(duì)本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行對(duì)比研究。實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)圖如下：試驗(yàn)設(shè)計(jì)：A、只有中礦循環(huán)系統(tǒng)B、只有葉輪C、有中礦循環(huán)系統(tǒng)和葉輪實(shí)驗(yàn)條件：入料濃度：100.00g/l，捕收劑和起泡劑用量分別選擇最佳浮選藥劑用量1000g/t、100g/t試驗(yàn)煤樣的質(zhì)量為1000g，充氣量為0.25m3/min,葉輪轉(zhuǎn)速為1800r/min。實(shí)驗(yàn)裝置如