摘 要：置于浮选槽分离区振荡分离器的机械振动，激励其周围介质振荡，当两个波动源之间最小局部振幅大于能够产生机械夹带的气泡表面间最大距离时，被气泡夹带的亲水性矿粒游离为自由矿粒，落回矿浆，从而减轻夹带污染。通过实验室试验，研究了振荡分离器的基本结构和参数。工业性生产实践表明，该法可有效降低浮精灰分1％～2％，提高浮选完善指标3％以上，突破了以往用冲洗水降灰的传统方法，为降低浮精灰分提供了新的途径。
关键词：浮选 振荡分离原理 降灰▲
1 引 言
浮选是细粒煤（＜0.5mm）分选的主要方法，就我国炼焦煤选煤厂来说，浮选法占14％［1］。多年来，人们一直探寻改善浮选效果的方法和措施，并把注意力尤其集中于提高选择性上，如：各类浮选柱、高选择性浮选机、微团聚浮选、选择性絮凝浮选等等。目前，在细粒煤分选技术中，广泛用于工业生产的，依然是传统浮选法；而分选精度低，精煤灰分偏高，又是浮选方法的主要缺陷。因此，现阶段研究改善浮选效果的有效措施，不仅能够满足当前生产要求，而且是发展洁净煤技术的重要内容之一。
2 高灰杂质进入浮选精煤的途径
浮选是按矿物表面性质的差异进行分选。浮选槽内矿粒与气泡碰撞后，疏水性煤粒粘附于气泡并随之升浮，亲水性矿粒不能粘附于气泡而留在矿浆中，从而实现分选。 浮选过程中，由于机械输送，使得一定数量的亲水性高灰矿物杂质进入精矿而污染精煤。机械输送的途径有气泡机械夹带、细泥罩盖、颗粒混凝和胶体颗粒（极细矿粒）随水流分配，其中机械夹带是主要形式。
通过分析浮选过程研究提出了机械夹带作用机理：①气泡聚合体对亲水性颗粒的包裹提携：实验研究表明，由于浮选槽内含气量大，其中的矿化气泡，几乎全部以聚合的气泡群体方式上浮，充填于泡间空隙的矿浆处于动平衡状态，泡间相连的水膜（或很薄的水层）和气泡的翻转，联合形成具有沥滤作用的“过滤絮团”，对矿浆产生过滤作用，使部分亲水性非目的矿粒滞留在聚合体中，形成机械夹带，将高灰颗粒输送至泡沫层。②液面剧烈波动将加重夹带污染：浮选槽液面的剧烈波动，尤其当矿浆冲入泡沫层时，将矿浆中的高灰颗粒直接带入泡沫层，降低了二次富集作用，加剧细泥污染。
精煤受高灰细泥污染的程度，取决于细泥种类、性质、含量、矿浆性质以及浮选操作条件。根据国内几个浮精灰分较高的选煤厂浮精密度组成分析，其中＞1.8g/cm3矿物含量在3％～4％，个别的可高达5.54％，灰分为64.7％～67.5％；这部分杂质可使浮精灰分升高2个百分点，最高可达3.5个百分点，严重地污染了精煤产品。
3 振荡分离原理
进入泡沫层的亲水性杂质颗粒和疏水性煤粒，两者的浮选原理截然不同。前者的作用机理主要是机械夹带，当气泡聚合体受外力作用分散时，夹带的亲水性颗粒失去依托，尤其在振动惯性力作用下，容易落入矿浆；后者是当疏水性煤粒与气泡碰撞接触时，因体系的自由能降低而自发发生牢固粘附，即
ΔW=W2-W1=ΔA(σsg-σsl-σlg)
=ΔAσlg(cosθ-1) (1)
式中：W1、W2——分别为矿粒与气泡粘附前、后体系的自由能储量，J；
ΔW——矿粒与气泡粘附前后体系自由能变化量，J；
ΔA——矿粒与气泡的粘附面积，cm2；
σsg、σsl、σlg——分别为固气、固液、液气相界面的自由能，J/cm2；
θ——接触角，（°），θ值越大表明疏水性越强。
式（1）中，θ∈（0，180°），cosθ∈（1，-1），ΔW＜0，且随θ值增大（即疏水性增强），｜ΔW｜增加。根据热力学第二定律，ΔW＜0，粘附具有自发进行的趋势；
｜ΔW｜（负值）越大，粘附越牢固。因此，当粘附疏水性煤粒的矿化气泡受到一定限度内的外力作用时，其上粘附的煤粒不致脱落，随气泡浮入泡沫层。
根据以上分析研究提出了振荡减轻机械夹带原理：采用机械振动方法，激励分离区矿浆和矿化气泡及其聚合体发生振荡，促使矿化气泡聚合体分散为单个气泡升浮，利用振动惯性力，强制排除聚合体提携的亲水性高灰颗粒；强烈地高频振荡，其水平交变速度远大于槽内上冲水流速度，交变加速度更大，由此对上冲水流产生屏蔽作用，稳定了矿浆液面和泡沫层。由此，浮选选择性得到提高。
设置于浮选槽分离区的高选择性振荡分离器［2］，在外部激振力作用下产生简谐振动，运动方程为：
x=Acosωt （2）
分离器的简谐振动，造成其周围的流体介质产生波动，运动方程为［3］
x＇＝Α0sin(2πft） （3）
式中：x——时刻t偏离平衡位置的位移，m；
A——机械振动振幅，m;
ω——振动圆频率，rad/s,ω＝2πf;
t——运动时间，s；
x——形成的连续波列中每个质点的位移，m；
A0——局部振幅，m；
f——振动频率，Hz。
产生于两个波动源之间的最小局部振幅大于产生机械夹带的气泡表面间最大距离时，即
A0，min＞dmax (4)
机械夹带的亲水性颗粒因失去依托而落入矿浆中，从而减轻或消除夹带污染。
式中：A0，min——产生于两个波动源之间的最小局部振幅，m;
dmax——产生机械夹带的气泡表面间最大距离，m。
4 实验室试验结果
根据提出的振荡分离原理，进行了实验室试验。选择4种有代表性的浮选入料A，B，C，D进行振动参数试验，物料特性见表1。
不同振动强度下4种煤样浮精降灰幅度如图1。浮精降灰幅度与振幅、振次的关系如图2、图3。
图1 4种煤样降灰幅度与振动强度的关系
图2 不同振次下降灰幅度与振幅的关系
图3 不同振幅下降灰幅度与振次的关系
由图1可见，不同振动强度下浮精降灰幅度为0.5～2个百分点，由于各种煤样的粒度组成和矿物成份不同，其最大降灰幅度也不同，为1～2个百分点，且存在各自的最佳振动强度。
表1 试样特性
| 试样编号 | 煤质牌号 | 矸石泥化特性 | 灰分，％ | ＜0.076mm级含量／灰分，％ | 可浮性 |
| A | 焦煤 | 矸石极易泥化 | 23.1 | 45.33／27.75 | 极难浮 |
| B | 气煤 | 含粘土类共伴生矿物、易泥化 | 25.8 | 31.67／32.66 | 极难浮 |
| C | 1／3焦煤 | 不易泥化 | 15.3 | — ／ — | 中等可浮 |
| D | 肥煤 | 不易泥化 | 15.5 | 53.34／24.98 | 易浮 |
|
由图2、图3可以看出，振次和振幅对浮精降灰幅度均有显著影响，而且振次和振幅存在最佳配合关系。 5 工业效果 根据振荡分离原理研制成功的FJG—S8型高选择性浮选机，在徐州矿务局夹河矿选煤厂投入了工业生产。浮选机处理量达300m3/h.台，在相同尾煤灰分下，浮精灰分比XJM—S8型浮选机降低1～2个百分点，平均降低1.39个百分点；浮选完善指标提高3.54个百分点。 6 结 论 设置于浮选机分离区的振荡分离器产生的机械振动，激励其周围矿化气泡聚合群体发生振荡，使之分散为单个气泡上浮，机械夹带的亲水性高灰矿粒失去依托，在振动惯性力作用下返落矿浆，减轻夹带污染。在工业生产中，该法可降低精煤灰分1～2个百分点，突破了用冲洗水降低浮精灰分的传统方法，为改善浮选效果提供了新的技术途径。 （责任编辑：沈丽娟）■ 作者单位：程宏志（煤炭科学研究总院唐山分院 河北省 063012） 参考文献： ［1］于尔铁.中国选煤业回顾与展望.洁净煤技术.1998（3）：5～8 |
煤炭网版权与免责声明：
凡本网注明"来源：煤炭网www.coal.com.cn "的所有文字、图片和音视频稿件，版权均为"煤炭网www.coal.com.cn "独家所有，任何媒体、网站或个人在转载使用时必须注明"来源：煤炭网www.coal.com.cn "，违反者本网将依法追究责任。
本网转载并注明其他来源的稿件，是本着为读者传递更多信息的目的，并不意味着本网赞同其观点或证实其内容的真实性。其他媒体、网站或个人从本网转载使用时，必须保留本网注明的稿件来源，禁止擅自篡改稿件来源，并自负版权等法律责任。违反者本网也将依法追究责任。 如本网转载稿件涉及版权等问题，请作者在两周内尽快来电或来函联系。
网站技术运营：北京真石数字科技股份有限公司、喀什中煤远大供应链管理有限公司、喀什煤网数字科技有限公司
总部地址：北京市丰台区总部基地航丰路中航荣丰1层
京ICP备18023690号-1 京公网安备 11010602010109号
