（1.潞安矿务局， 山西省长治市， 046032； 2.中国矿业大学， 江苏省徐州市， 221008）
摘 要 介绍了国内外浮选柱的发展概况及不同类型浮选柱的结构特点，详细介绍了新型旋 流微泡浮选柱在选煤厂煤泥浮选中的工业应用情况。结果表明，该旋流微泡浮选柱工艺指标 先进、动力消耗小、节能明显、维护方便，是细粒煤浮选脱硫降灰有效而经济的工艺设备 ，具有广阔的应用前景。
关键词 煤泥浮选 浮选柱 脱硫降灰
1 国内外浮选柱的发展概况
浮选柱自问世至今，经历了近40年曲折历程。由于浮选柱结构简单、占地面积小、成本低 、 建设周期短和精矿质量好等众多优点而倍受选矿界的青睐。曾经形成一股世界范围内的应用 浮选柱热潮，然而，浮选柱热很快又冷落下来。在我国一些煤矿、金属矿等部门，60年代 有 数十家选煤厂安装了浮选柱，到70年代都被拆除了。浮选柱失败的原因主要在于气泡发生 器的结构堵塞、运行不稳定、操作不便以及缺乏经验等。
80年代，浮选柱的研究在气泡发生器和运行稳定控制上取得较大进展，在新设计思想的指 导下出现了一大批各具特色的浮选柱。如加拿大的CFCC浮选柱，德国的KHD浮选柱，美国的F lotair浮选柱、VPI微泡浮选柱、MTU型充填介质浮选柱和Wemco利兹浮选柱，前苏联的乌克 兰浮选柱，ФП浮选柱，澳大利亚的詹姆森浮选柱及全泡沫浮选柱，印度的电浮选柱和磁浮 选柱等，其中有一些获得较大成功。尤其在处理极细物料方面，它们具有常规浮选机所不可 比拟的分选效果。
我国在吸收国外浮选柱经验的同时，曾先后研制了3种类型的浮选柱，包括中国矿业大学北 京校区的充填介质浮选柱和类似于詹姆森的短体喷射浮选柱以及徐州中国矿业大学矿物加工 工程研究中心研制的旋流微泡浮选柱等，其中旋流微泡浮选柱正在工业生产中广泛应用。
2 浮选柱的类型结构
在繁多的浮选柱中，最引人注目的有短体自由喷射式和高柱体的逆流式浮选柱，后者被认为 是效果最佳的。它有2种形式：一是充填介质式——柱内充满某种结构的材料以粉碎气泡和 创造良好的浮选环境；另一种是无充填式 （开式）——柱内无充填，以其他方法创造必要的 分选条件。逆流式浮选柱有以下几个特点。
（1）比常规机械搅拌式浮选机和短体喷射式浮选柱有更大的矿化区。前者的矿化区仅在转 子周围的高剪切区，后者也仅在射流所及的范围内，而逆流式浮选柱从给料口到气泡入口的 整个捕集区都是矿化带，所以容积利用率高，单位容积的处理能力也大。
（2）矿物颗粒与气泡的碰撞及粘附机率大。机械搅拌式和喷射式浮选机的矿物颗粒 和气泡 高速甩出时运动方向基本一致，依靠紊流中两者间的速度差碰撞并实现粘附。但紊流不仅可 使两者粘附，也可使两者脱离。且为了产生紊流要消耗很多能量。逆流浮选柱内颗粒和气泡 的运动总体上是相向的，虽然运动的绝对速度较小，但相对速度却不小。由于紊流程度低、 能耗低，颗粒和气泡的脱离几率也低。〖JP〗
（3）浮选柱产生的气泡分散度高、微细气泡多，因而同样的充气量可产生更大的气液界面 ，与矿物颗粒就有更多的碰撞机会，而且可产生多个气泡粘附于一个颗粒的气固絮团，减少 了气泡和颗粒的脱落几率。此外大量微细气泡上升速度较慢，基本处于层流状态，造成和 颗粒碰撞的有利条件，也提高了浮选速率和回收率。
（4）减少了高灰细泥的污染。机械搅拌式浮选机的泡沫精煤中常夹带高灰细泥，而逆流式 浮选柱的湍流程度低，顶部又有冲洗水，迫使泡沫间夹带的入料水和高灰细泥排出，有利于 生产低灰精煤和浮选脱硫。许多厂采用机械搅拌式浮选机为提高精煤质量，或采用精选、扫 选等复杂的流程，或以降低重选精煤的灰分来平衡全厂的精煤灰分，若采用浮选柱处理细泥 ，提高其分选效果，则有可能以简单的浮选工艺取得全厂最高的精煤产率。
2.1 传统浮选柱
图1是国产浮选柱示意图，为高6～7m的圆柱体，底部装有一组微孔材料制成的充气器，上部 设有给矿分配器，给入的矿浆均分布在柱体的横断面上，缓缓下降，在颗粒下降过程中与气 泡碰撞，实现矿化。浮选柱内浮选区的高度远大于其他浮选机，矿粒与气泡碰撞和粘着 的概 率大。浮选区内浆气流的湍流程度较低，粘附在气泡上的疏水性矿粒不易脱落。浮选柱的泡 沫层可达数十厘米，二次富集作用特别显著，且可向泡沫层淋水加以强化，往往一次粗选便 可获得高质量的最终精矿。如加拿大研制的浮选柱高达12～15m，这种浮选柱的最显著特点 也是 正压微孔充气和气泡与颗粒的逆流碰撞矿化。这种浮选柱在我国应用已多年，选择性好，适 用于细粒物料，但充气器易堵塞是其推广应用的主要障碍。
2.2 新型浮选柱
近年来，国内外对浮选柱进行了深入广泛的研究，新型充气器和新型结构已用于工业生产， 其中最引入注目的有静态浮选柱、微泡浮选柱和旋流微泡浮选柱。
2.2.1 静态浮选柱
静态浮选柱是美国1986年研制的，如图2，特点是在柱中充填波纹板，形成众多孔道。当空 气通过众多孔道时被粉碎成气泡，上升的气泡被强制地与矿粒接触，增加了矿化概率。顶部 给入的淋洗水顺着孔道向下流，不断带走脉石，尾矿从底部阀门排出。该机断面0.61×0.61 m、高6m，每小时可处理煤泥0.25t，效果很好。
图1 国产浮选柱示意图（略）
图2 静态浮选柱（略）
2.2.2 微泡浮选柱 （Mircrocell）
图3是微泡浮选柱结构图，特点是采用新型的微泡发生器。这种多孔管微泡发生器是在压力 管道上设一微孔材质的喉管，喉管通过密封的套管同压缩空气相连，煤浆由上部柱高2/3处 给入，泡沫层厚度0.6～0.8m，与柱高和直径无关。淋洗水加入泡沫中间 （可由试验确定） ，水量按断面计算时约20cm3/min.cm2。用直径2.4m的微泡浮选柱处理高灰(60 %)、细粒 （小于150目）、低浓度 （3%～6%固体）、曾用大型浮选机处理得不 到合格指标的煤泥水时，一次分选便得出灰分10%、可燃体回收率60%的好指标。
图3 Mircrocell微泡浮选柱结构图（略）
图4 FCMC型旋流微泡浮选柱原理图（略）
2.2.3 旋流微泡浮选柱
（1）FCMC型旋流微泡浮选柱结构和工作原理。
这是我国研制的适合中国煤泥的浮选柱。1992年投入工业应用以来已形成直径1、1.5、2、3 m的系列规格。旋流微泡浮选柱的结构与原理如图4所示，其包括浮选段、旋流段和气泡发生 器3个部分。
气泡发生器是该设备实现浮选的关键部件。利用循环矿浆加压喷射、吸入空气和粉碎气泡， 并通过压力释放析出大量微泡，然后沿切线进入旋流段。气泡发生器在产生合适气泡的同时 ，也为旋流段提供旋流力场。
旋流段的工作是扫选回收浮选段未分选的精煤颗粒，以提高精煤回收率，增加浮选尾矿 灰分。气泡在柱体内上升矿化并不断受到清洗，清除夹带的高灰物，上部较厚的泡沫层以及 冲洗水的喷淋作用使精矿的品位大大提高，从而使旋流微泡浮选柱具有很高的精煤回收率和选择性。
（2）旋流微泡浮选柱的特点。
旋流微泡浮选柱除具有逆流浮选柱的特点外还具有如下独特之处。
集浮选与重选于一体，强化分选。该浮选柱实质是在旋流器上方安一逆流式浮选柱，利 用泡沫浮选，又与旋流力场中的重选相结合。
该类浮选柱采用了数个外置型自吸式气泡发生器，见图5。产生的微泡特别有利于微细 颗粒的浮选，这就是微泡浮选具有良好的浮选选择性及较高精煤产率的原因。
图5 微泡发生器示意图（略）
浮选柱的浮选段下部为中矿出口，中矿浆由此被泵抽出，加压后通过微泡发生器充气 混合，从旋流段的上部切向给入，其重产品沿旋流段锥壁下降经尾矿口排出。
（3）FCMC型旋流浮选柱的应用。
目前煤用浮选柱的应用主要有3方面：一是在大型选煤厂取代工业浮选机；二是在中、小型 选煤 厂形成以浮选柱为核心的高效、简易煤泥分选回收系统；三是在低灰、低硫煤制备及高灰、 细粒煤分选方面获得工业应用。
表1 1m浮选柱在中梁山选煤厂生产结果 %（略）
旋流微泡浮选柱由中国矿业大学矿物加工工程研究中心研制，在直径50mm的实验室型浮选柱 、150mm、200mm改进型半工业性浮选柱研究的基础上，1m、1.5m、2m、3m直径等工业性浮选 柱已开始投入工业化应用。
表1、表2、表3分别为1m、1.5m、3m直径浮选柱在中梁山、邢台磨窝、大屯选煤厂中工业 应用的结果。
从表1可看出浮选柱不仅具有显著的降灰作用，而且脱硫效果也较明显。
表2 1.5m浮选柱在邢台磨窝选煤厂生产结果 %（略）
从表2可看出浮选柱具有显著的降灰效果，并且能使浮选精煤灰分与水洗精煤灰分 相当， 避免重选背浮选灰分，从而可大大提高全厂的精煤回收率，由此产生较好的经济效 益。从表3（略）可看出，浮选柱的精煤灰分比浮选机的精煤灰分降低1%～1.5%，从而确 保了选煤厂精煤灰分小于8.0%的要求。
表4 各种规格浮选柱与处理量相当的浮选机的配用电机功率对比（略）
从表4可看出，浮选柱比相同处理能力的浮选机节能1/2～1/3。
3 结论
浮选柱产生的气泡分散度高、微细气泡多，与矿物颗粒的碰撞及粘附机率大，高灰细泥污染 小。工业应用结果表明：旋流微泡浮选柱对煤炭脱硫降灰效率高，工艺指标先进。由于结构 设计独特新颖，柱体短，且动力消耗小，节能明显，维修量小，运行稳定可靠，所以旋流微 泡浮选柱是细粒煤浮选脱硫降灰有效而经济的工艺设备，推广应用前景广阔。
参 考 文 献
1 谢广元等.FCMC-1500型旋流微泡浮选柱在煤泥浮选中的应用研究.煤炭科学技术，1997 ， （11）
2 王敦曾等.选煤新技术的研究与应用.北京：煤炭工业出版社，1999
3 卢寿慈.矿物浮选原理.北京：冶金工业出版社，1988
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