充填式静态浮选柱及其分选细粒煤的实践

摘要　介绍了充填式静态浮选柱的特点及其在工业上的应用。充填式静态浮选柱与目前的浮选设备相比，具有结构简单、能耗低、分选效率高、操作容易并能直线放大等特点，适于细粒煤的分选。
关键词　充填介质　浮选柱　细粒煤分选

1　前　言
　　SFC型充填式静态浮选柱由美国国际矿业工程技术公司董事长杨锦隆（David.C.Yang）博士发明，已获国际专利。此浮选柱最初是用于矿物选别和纸张脱除油墨，现已被用在细粒矿物、粉煤及其它物料分离工业领域中。
　　1993年，江苏星辰集团与杨博士合作，成立南通米泰爱分离设备有限公司，开始在中国设计制造充填式静态浮选柱。

2　充填式静态浮选柱简介
　　充填式静态浮选柱是在常规柱体内装有特定的充填介质，充填板层层排列，并各成90°角，以提供细小曲折的流通孔道，使矿粒和气泡紧密接触，强化泡沫分离。入料从柱体中部给入，底部通入压缩空气，精矿从顶部溢流，尾矿从底部排出。该浮选柱还设有液位自动控制系统和喷淋装置及测量仪表等配套辅助设备（图1）。

图1　充填式静态浮选柱示意图

　　与常规浮选设备相比，充填式静态浮选柱具有如下特点：
　　（1）无需气泡发生器
　　充填式静态浮选柱在柱体内装有特定的充填介质，空气从柱体底部给入，在其上升过程中经充填介质的多次切割，形成细小的气泡，再沿着充填介质的交叉孔道，平衡地迂回推进上升。而普通浮选柱由气泡发生器生成浮选所需的气泡，在气泡上升过程中伴有沟流翻花、气泡兼并、膨胀、破灭等现象；且随柱高的增加，柱体顶部的压强变小，由PV=nRT(nRT常量不变）可以看出，气泡的膨胀更加显著。
　　此外，随着柱子直径的变大，气泡的管壁效应丧失更加严重。充填式静态浮选柱由于充填介质的存在解决了上述问题。
　　（2）由负压进气（被动）改为正压进气（主动）
　　常规机械搅拌式浮选机是靠叶轮的高速转动使靠近叶轮的矿浆甩出，造成负压，由导气管吸入空气。常规的旋流式浮选柱是靠矿浆的循环高速射流造成负压吸入空气。这两种给气方式动力消耗大，属被动给气。而充填式静态浮选柱鼓入的是压缩气流，属于正压给气。其充气量的大小可通过阀门开闭的大小任意调节，能耗低。
　　（3）存在两个逆流
　　柱体中部给入的矿浆沿充填介质提供的特定孔道向下运动，下部鼓入的空气经充填介质切割形成的气泡沿特定孔道向上运动，形成矿浆与气泡的逆向流动。气泡在上升过程中不断被矿化，并与柱体上部的淋洗水形成逆向流动，这样矿化泡沫中的夹杂可经过多次的洗涤。气泡、矿浆中的矿粒以及上部的淋洗水在柱体中的运动不是垂直的，而是沿充填介质提供的迂回孔道流动，使气泡矿化更充分，矿化泡沫中的夹杂洗涤得更加充分。
　　（4）能支承很厚的泡沫层，实现多次再精选
　　浮选机的搅拌器被用于做几种相互矛盾的工作，它需产生紊流以使颗粒悬浮，并促进颗粒与由于搅动作用产生的微小气泡接触，也要提供稳定区域，以使矿化气泡通过冲洗而有效地与夹杂分离，特别是细粒亲水性矿粒的夹杂。常规浮选机发展中的主要变化是增大单个槽子的尺寸，其上部泡沫层厚度均在30cm以下。常规浮选柱无论多高，其上部泡沫层只能达到50cm。充填式静态浮选柱由于充填介质的存在和板间的毛细管作用，能够支承厚得多的泡沫层，在很深的层位中实现矿物的精选，并使喷淋水对泡沫产品进行有效的洗涤，有利于降低精煤灰分。
　　（5）产品调整因素多
　　充填式静态浮选柱除能调整药量、药比外，还能调整常规浮选设备不能调节的如给气量、给水量及泡沫层厚度或界面高度等因素。可根据入料的性质及精煤灰分的要求，通过改变充填介质的高度来调整泡沫层的厚度，以满足生产需要。
　　（6）能直线放大
　　常规浮选设备都存在机械放大的问题。而充填式静态浮选柱由于其特殊的充填设计，使得填料波峰与波谷之间小的流通孔道像开放式浮选柱单元，只要填料的规格没有改变，即浮选柱单元没变，小型充填式静态浮选柱和工业应用上的充填式静态浮选柱的区别只是浮选柱单元数量上的变化，这从本质上解决了机械放大的问题。故充填式静态浮选柱的放大依据是：给气量和给水量与柱体的截面积成正比，处理量与柱体的体积成正比。

3　细粒煤分选实践
3.1　充填式静态浮选柱分选石台细粒煤泥
　　淮北矿务局石台选煤厂是个年处理能力120万t的矿区型选煤厂，采用50～0mm级原煤混合跳汰，主选中煤重介旋流器再选，煤泥浮选的原则流程。入选原煤中6～0mm粒级含量占70％以上，其中－0．5mm级占20％左右，灰分约25％，这些细泥在浮选中难以分选，严重污染精煤。
　　1992年10月，该厂针对此问题对浮选工艺进行探索，发现脱泥入浮效果好，精煤灰分低，但脱除的细泥分选成为新课题。对此，1996年该厂采用实验规格的Φ100mm×6400mm充填式静态浮选柱来处理这部分细煤泥（入料筛分结果见表1），有效解决了此问题，具体指标见表2。

表1　入料小筛分结果　　（％）