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第四章浮游选煤内容提要•第一节概述•第二节浮选基本原理•第三节浮选药剂及其作用•第四节矿浆准备器械•第五节浮选机•第六节浮选效果的评定•第七节影响浮选效果的因素第一节概述一、煤泥来源1.粒度在0.5mm以下的湿煤称为煤泥，有原生煤泥和次生煤泥之分。2.原生煤泥是入选原煤中所含煤粉（在开采和运输过程中产生的）形成的煤泥。一般占入选原煤的10%~20%。3.次生煤泥则是在选煤生产过程中，煤炭因粉碎和泥化而产生的煤泥。煤泥的数量与煤、矸石的易碎程度有关，一般占入选原煤的5%~10%。4.二者合计约占入洗原煤的15%~30%，其中的3%~5%由产品带走，其余均进入煤泥水系统。二、煤泥处理方式•一种方式是将煤泥全部浓缩，然后用压滤机回收，只出一种产品。•另一种方式是用浮选的方法将煤泥分为精煤和尾煤，然后分别回收，出两种产品。•通过浮选的方法回收煤泥，既可以提高精煤产率，增加经济效益，又可确保煤泥水系统正常工作。所以，目前选煤厂广泛采用浮选法来处理煤泥。三、浮选基本过程•浮选过程涉及三相,即固相、液相和气相。其中液相是分选介质,一般为水;气相空气,煤粒的选择性运输工具；固相是欲分离的矿物，包括煤和矸石。•在充气矿浆中，矿粒与气泡碰撞接触。由于煤表面润湿性较小，所以碰撞后能粘附在气泡上并随气泡一起升浮，最终成为泡沫精矿；矸石表面润湿性强，碰撞后不能与气泡附着，只能作为尾矿留在矿浆中，从而实现了二者的分离。第二节浮选基本原理一、润湿现象•定义：水在固体表面展开的现象称为润湿。•润湿是自然界中常见的一种现象，水滴展开的程度越大，固体表面的润湿性越好。•表面易被水润湿的矿物，称为亲水性矿物，表面不易被水润湿的矿物称为疏水性矿物。•矿物润湿性越强，其表面越亲水，浮选时可浮性越差。•矿表润湿性的大小，常用接触角来度量。矿物表面的润湿现象二、接触角•定义：三相润湿周边上任一点处的气液界面切线与固体表面之间包含液相的夹角称为接触角，用θ表示。•θ角的理论取值为0~180°，θ=0°矿表完全被润湿，表现为绝对亲水；θ=180°矿表完全不能被润湿，表现为绝对疏水。•自然界中，绝对亲水和绝对疏水的矿物极少，目前测得的最大接触角为石蜡的106°。•θ角减小，润湿性提高，矿物表面亲水性增强，可浮性变差；θ角增大，润湿性降低，矿物表面疏水性增强，可浮性变好。•结论：矿物的接触角越大，其表面疏水性越强，可浮性越好。煤种接触角/°煤种接触角/°长焰煤60~63瘦煤79~82气煤65~72贫煤71~75肥煤83~85无烟煤73焦煤86~90泥质页岩0~10A.自然界中，接触角大于或等于90°的矿物较少，主要是由于氧化、风化等因素的影响，矿物表面性质的差异被削弱，使浮选过程更加困难。B.煤泥的可浮性与其变质程度密切相关，中等变质程度的煤具有最好的可浮性。表1-1煤炭表面的接触角三、水化现象•矿物表面具有一定程度的极性，置于水中，将与极性的水分子发生作用，使水分子在其表面产生定向、密集排列，形成水化膜，这种现象称为水化现象。•水化膜呈扩散结构，越靠近矿物表面，水分子的排列越紧密、有序。•水化膜具有一定厚度，其厚度与矿物表面的润湿性成正比。亲水性矿物表面润湿性大，故形成的水化膜厚，疏水性矿物表面润湿性小，形成的水化膜相对较薄。•水化膜的粘度比普通水大，具有与固体相似的弹性，所以比普通水稳定，且水化膜越厚，越稳定。矿物表面的水化膜水化膜对煤泥浮选的影响浮选时，煤粒欲与气泡发生附着，首先要排开二者之间的水化膜，此时需要外加一定的能量。煤泥浮选时,由于煤粒表面的疏水性较强，故形成的水化膜薄，不稳定，排开较容易，煤粒与气泡生碰撞时，它就能够附着在气泡表面，进入泡沫精矿；而矸石表面亲水性较强，形成的水化膜厚，稳定性好，矸石与气泡碰撞时，水化膜很难破裂，所以矸石不能与气泡附着，只能留在矿浆中。四、气泡矿化浮选过程中，矿粒粘附在气泡上的过程称为气泡的矿化。粘附矿粒后的气泡称为矿化气泡。（一）气泡矿化的过程1.煤粒与气泡碰撞接触是实现矿化的前提。2.排开气泡与煤粒之间的水化膜是能否实现矿化的关键。3.煤粒与气泡附着的稳定程度决定了它能否最终到达泡沫层。1.矿粒与气泡的碰撞接触在浮选机的搅拌作用下，矿粒与气泡在浮选机内作相对运动，于是有了相互碰撞接触的机会，进而可以粘附在一起。碰撞的几率越高，气泡矿化的可能性就越大。2.水化膜及其薄化•排开气泡与煤粒之间的水化膜是能否实现矿化的关键。•矿粒与气泡碰撞后，并不是都能粘附在一起形成矿化气泡，只有在碰撞过程中能及时排开两者间的相隔水层，才有可能实现两者的粘附和固着。•由于不同矿粒表面的润湿性不同，所以形成的水化膜厚度及水分子排列的紧密程度不同，排开时的易程度也不同。•矿物表面疏水性越强，形成的水化膜就越薄，气泡与其靠近时，两者间的水化膜排开就越容易。3.矿粒与气泡附着的牢固性•矿化气泡在上升的过程中会受到许多外力的作用，如重力、离心力等，这些力将有可能导致已粘附在气泡上的矿粒再从气泡上脱落下来，故称其为脱落力。•只有附着牢固的煤粒才可能随气泡上升进入泡沫层，实现与矸石的分离。•向矿浆着添加捕收剂，可强化煤粒与气泡的附着。（二）气泡矿化的影响因素气泡矿化是浮选过程的基本行为。它的影响因素有很多，如：矿粒的大小、表面疏水性、矿浆浓度、气泡尺寸以及浮选机内流体的动力学性质等等。矿粒最终能否成为泡沫精矿，取决于：矿粒与气泡碰撞接触的概率；矿粒与气泡的附着概率；矿化气泡在升浮过程中的不脱落率；泡沫层的稳定性。（三）气泡矿化的途径•煤粒与气泡通过碰撞、附着实现矿化(a);•小气泡与小颗粒一起形成气絮团实现的矿化(b)；•气体在疏水性煤粒表面析出形成矿化气泡(c)。微泡析出附着•正常情况下，水中都溶有一定数量的空气。温度和压力发生变化，溶解的空气数量也变化。•浮选中的气体析出都是在恒温降压条件下进行的。产生的气泡有两个特点：一是直径小，分散度高，单位体积内具有很大的气泡表面积；二是能选择性地优先在疏水性矿物表面析出，是一种“活性微泡”。•微泡形成的条件：①矿浆中空气的初始溶解度；②矿浆的降压程度；③矿浆中是否存在疏水性矿物表面。•微泡的作用：•①与微粒形成气絮团，带动微粒上浮；②是矿粒与大气泡附着的桥梁，使二者的附着更为容易，也更牢固；五、煤泥性质对浮选的影响1.煤岩成分根据煤岩成分可将煤分成镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。不同煤岩成分的性质和可浮性均有不同。镜煤、亮煤的接触角为37°~40°，暗煤和丝炭的接触角则在26°~33°之间，故镜煤、亮煤的可浮性较暗煤和丝炭好。一般而言，原料中暗淡型成分含量高时，会增加浮选的难度。另：丝炭的灰分较高，如果其进入泡沫产品会增加精煤的灰分，并影响精煤的结焦性。丝炭在精煤中的含量超过10%~12%，精煤将不能结焦。2.煤的变质程度实践表明：中等变质程度的煤具有最好的可浮性。年轻和年老煤浮的选效果差，一是因为它们具有较发达的孔隙，孔隙度在中等变质程度时最小。二是因为它们的疏水性差，变质程度低的煤，因含有较多的含氧官能团，故亲水性较强，可浮性差；变质程度较高的无烟煤则因侧链减少、变短而使疏水性降低。3.煤的氧化程度煤具有较大的孔隙度和表面积，故其表面具有相当好的吸附能力。氧具有较强的化学活性，煤粒无论是在空气中还是在水中，都能对它产生吸附作用，使煤粒表面发生氧化。煤氧化后，表面亲水性增加，可浮性降低。煤氧化有两种途径，一是在自然界的风化过程中被氧化，二是在水中长期浸泡被氧化，后者的氧化更为剧烈，故应尽量减少煤泥在水中的停留时间，如可以采用直接浮选。4.矿物杂质代表矿物对浮选的影响硫化物黄铁矿、白铁矿可浮性较高，进入精煤使硫分增高泥质矿物高岭土、粘土遇水泥化，严重恶化浮选过程可溶盐石膏改变矿浆离子浓度，影响煤可浮性非硫化矿石英、方解石等天然可浮性差，易用浮选法除去碳质页岩碳质页岩、泥板岩含有与煤相似的成分，疏水性较高高灰细泥对浮选的影响1.高灰细泥以如下三种方式混入精煤，降低精煤质量。1）机械夹带，即细泥被气泡-煤粒聚合体包裹进入精煤；2）随泡沫精矿夹带的水进入精煤；3）覆盖在粗颗粒表面进入精煤高灰细泥对精煤的影响通常是沿着浮选室逐渐增加的，故浮选机后几室灰分相对较高。2.高灰细泥影响精煤回收率1）在粗粒表面形成细腻覆盖，降低其表面的疏水性；2）占据大量的气泡表面，影响煤粒与气泡的碰撞和附着；3）对药剂无选择吸附，消耗大量药剂，使粗粒在亏药条件下浮选。3.其它高灰细泥不仅影响浮选过程，对后续精煤脱水及煤泥回收均有不利影响。如：增加粘度，堵塞滤饼毛细孔和滤布孔隙，导致产品水分增加，及循环水浓度增高等。第三节浮选药剂•浮选是利用煤粒与矸石之间表面润湿性的差别进行分选的，差异越大，分选效果越好。•向浮选矿浆中加入药剂，可人为地增加二者之间的差异，改善浮选效果。•浮选药剂种类繁多，根据其作用的不同，可将其分为捕收剂、起泡剂和调整剂。其中，调整剂又分为活化剂、抑制剂、介质pH调整剂和分散剂、絮凝剂等。一、起泡剂1.浮选工艺对气泡的要求1）气泡直径较小充气量一定时，气泡的尺寸越小，数量就越多，可提供足够的气泡表面供煤粒附着，但不能过小。2）气泡在矿浆中应充分弥散，不兼并气泡的生成和兼并是一对逆过程，兼并过快，则气泡数量减少，对矿化不利，故应控制气泡的兼并速度。3）气泡稳定性应适当气泡的稳定性过小，则易破裂，不能将煤粒带入进入泡沫层，影响精煤回收率；过于稳定，又会对精煤脱水及后续作业产生影响。。所以，气泡的稳定性要适当。在普通水或矿浆中通入气体，只能形成一些大而易碎的气泡。为了获得性质良好的气泡，可向其中添加起泡剂。2.起泡剂的结构与性能选煤过程中添加的起泡剂多为杂极性的有机物质。其分子结构中均有两个基，一端为极性基，具有亲水疏气的性质，如：—OH，—COOH,—O—,—SO3H等；另一端为非极性基（烃链），表现疏水亲气性。起泡剂可在气泡表面产生定向吸附。在水中，起泡剂都有一定的溶解性。溶解度高的起泡剂可迅速产生大量气泡，但气泡较脆，寿命短，不能持久，故药耗比较大。溶解度小的起泡速度慢，但泡沫持续时间长，泡沫层较稳定。3.起泡剂的作用起泡剂分子以其非极性的烃链与气泡接触，以其极性基指向水。极性基具有亲水性，与周围水分子相互作用，在气泡表面形成水化膜。起泡剂的作用：1）使空气在矿浆中分散成小气泡，并防止其兼并；向矿浆中加入起泡剂，气泡的平均直径由3~5mm降到0.5~1mm，外围水化膜的存在可防止气泡间的兼并。2）增大气泡的机械强度，提高其稳定性；3）降低气泡升浮速度，增加其在矿浆中的停留时间。但是，起泡剂用量不是越多越好，而是有一个最佳值。4.浮选对起泡剂的要求1）用量低，能形成数量多、大小适度、分布均匀、稳定性适当和粘度不大的气泡；2）具有适当的溶解度和良好的流动性；3）无捕收作用，对矿浆pH的值变化及各种组分具有较好的适应性；4）便于使用又不造成公害；起泡剂应无毒、无臭、无腐蚀性，不污染环境、且使用方便。5.选煤厂常用的起泡剂1.松木加工副产品松油：主要成分为ａ-萜烯醇，淡黄色或棕色液体，密度0.9~0.95g/cm3，起泡能力强，一般无捕收作用。缺点是粘性大。选择性差，来源有限。2.石油、化工副产品仲辛醇：原料是蓖麻籽，淡黄色油状液体，具有刺激性臭味，密度0.83g/cm3。起泡性能强，选择性好，泡沫不粘，对过滤脱水影响小，用量为100g/t煤泥。3.合成起泡剂FP101：棕色油状液体，密度0.81g/cm3，起泡性能与仲辛醇相似，形成的泡脆，选择性好。二、捕收剂煤泥浮选广泛采用非极性烃类油为捕收剂。1.非极性烃类油的特点：1）结构对称2）化学性质不活泼3）难溶或微溶于水4）具有较强的疏水性2.烃类油与煤表面的作用规律1）烃类油不溶于水,以油滴形式存在于矿浆中；2）烃类油在煤粒表面选择性吸附；煤表面疏水性越强，吸附的油滴数量越多。3.烃类油的捕收作用1）油滴在煤粒表面吸附，提高煤表面的疏水性；2）烃类油可以在煤粒与气泡接触的三相接触周边形成三相油环，提高煤粒与气泡的粘着强度；3）油滴可与煤粒、气泡形成气絮团，增加上浮力，提高浮选速度