摘要：隨著選煤工藝的不斷進步，選煤廠煤泥的浮選、干燥、壓濾等工藝也在不斷的發(fā)展和完善。煤泥浮選是將細粒級的煤分選成中粒級的產品，是選煤廠的重要生產工藝，在工業(yè)生產中應用廣泛，煤泥干燥則是將煤泥中水分降低到一定范圍內，減少對后續(xù)產品脫水的影響，提高精煤產率?；诖耍疚暮唵谓榻B選煤廠煤泥浮選及干燥的作用，深入探討選煤廠煤泥浮選要點和煤泥干燥技術，以供參考。

關鍵詞：藥劑；干燥技術；浮選

DOI：10.12433/zgkjtz.20240141

選煤廠煤泥的處理是既降低選煤成本，又保證選煤廠正常生產的重要環(huán)節(jié)。但由于煤泥中含有大量的水分，如果不對其進行處理，煤泥中的水分就會逐漸升高，影響選煤廠煤泥的質量和處理效率，增加運輸成本，并造成安全隱患。因此，如何降低煤泥中的水分是一個重要的問題。

一、選煤廠煤泥浮選及干燥的作用

（一）提高浮選效果

煤泥水分越高，其在浮選過程中的表面張力就越大，不利于浮選藥劑的分散和氣泡與顆粒的附著，從而影響浮選效果。如果浮選機內煤泥水分過大，在浮選時易造成泡沫過濕，不僅會降低泡沫的穩(wěn)定性和附著能力，還會使泡沫容易在浮選機內生成“針眼”和“過濕”現(xiàn)象。在浮選機內煤泥水分過低時，氣泡與顆粒的附著能力會降低。如果煤泥水分過小，會影響氣泡與顆粒的附著能力，降低泡沫穩(wěn)定性，減少泡沫層厚度。同時，隨著煤中水分的減少，煤泥中細顆粒含量增加，浮選時易造成泡沫過濕或過干。當浮選機內煤泥水分較高時，泡沫層厚度較大、泡沫穩(wěn)定性差、易發(fā)生溢流“針眼”現(xiàn)象、浮選機容易發(fā)生磨損等現(xiàn)象。因此，在浮選前降低煤中水分對提高煤泥浮選效果具有重要意義。

（二）降低煤泥泥化程度

煤泥泥化程度過高不僅會造成浮選藥劑用量過大，還會造成煤泥浮選不徹底，從而影響精煤質量，甚至造成跳汰分選或浮選設備損壞，阻礙生產的正常運行。在對煤泥浮選前，需要對煤泥進行干燥處理，干燥后的煤泥中水分降低到一定范圍內，可避免煤泥與藥劑之間的劇烈反應，減少藥劑用量，提高精煤產率。在煤泥干燥過程中，水分主要由煤中的自由水和吸附水構成。當煤中自由水含量較高時，會導致其在干燥過程中產生較多的水分，而當煤中吸附水含量較高時，會導致其在干燥過程中難以消除。因此為了提高煤泥的干燥效果，需要對煤進行適當脫水處理或降低煤的水分含量。

二、選煤廠煤泥浮選要點

（一）浮選過程

起泡：用藥劑使懸浮液中的氣泡浮出，所使用的藥劑稱為起泡劑。起泡劑在氣泡表面上吸附，并將其表面粘附的細泥或氣泡包裹起來，形成泡沫層。浮出的泡沫層越厚，其含泥量就越低。浮選過程中起泡的主要作用是：抑制煤泥的再懸浮，防止懸浮液中形成泡沫層；將空氣與煤粒表面接觸，使足夠的氧氣與煤粒表面發(fā)生氧化反應，降低煤粒表面能，破壞其疏水性；增加懸浮液中的氣泡數量，使之具有良好的流動性，改善礦漿在空氣中的擴散速度，加快煤粒從空氣中脫離出來的速度；使礦漿中產生氣泡或氣泡周圍產生泡沫層，將礦漿和空氣隔開。因此，起泡過程是一個選擇性分離和泡沫層控制過程。起泡過程可分為兩個階段：第一階段：將氣泡包裹在煤粒表面，并使其粘附在表面；第二階段：使泡沫層穩(wěn)定，防止懸浮液中的氣泡過多釋放。

浮選：將懸浮液中的煤粒分離出來，將浮選精煤與煤泥一起進入分選設備進行分選。在浮選過程中，粗顆粒主要靠機械攪拌、空氣攪拌和藥劑攪拌進行分選。粗顆粒浮選后進入煤泥濃縮池濃縮至－0.35 mm以下。泡沫層形成過程是指在浮選過程中，在礦漿中不斷有氣泡產生并粘附在顆粒表面上，或當浮選機的給礦量或浮選入料濃度超過浮選精煤的產率時，會出現(xiàn)泡沫層現(xiàn)象。浮選機可以控制泡沫層厚度和厚度，從而控制煤泥的產率和灰分。

（二）浮選機溢流液位控制

浮選機溢流液位控制主要有人工手動操作、自動化控制系統(tǒng)、 PLC自動控制三種方式。對于人工手動操作，無法實現(xiàn)自動控制，主要是對藥劑投加量、藥劑添加順序和入料濃度等進行人為手動調節(jié)，很難達到最佳的藥劑投放效果。對于自動化控制，目前主要采用液位傳感器進行人工檢測和人工手動調整浮選機溢流液位。自動化控制系統(tǒng)則通過 PLC程序實現(xiàn)自動控制，能在一定程度上解決上述問題。但PLC控制系統(tǒng)的程序編寫較復雜，對操作員的操作水平需求較高，需要熟練掌握 PLC程序編寫技術。此外，當浮選機出現(xiàn)故障時，人工調整液位難度較大。

（三）浮選藥劑自動添加

浮選藥劑添加是浮選工藝中的關鍵環(huán)節(jié)，浮選藥劑自動添加系統(tǒng)可對浮選工藝進行自動控制，具有運行可靠、操作方便等特點。主要功能包括：根據浮選機入料濃度、入料壓力、浮選藥劑濃度及用量，自動計算浮選機各道工序所需藥劑的量，并通過智能控制系統(tǒng)向各個加藥裝置（如液位調節(jié)閥、液位開關等）發(fā)送指令，實現(xiàn)自動加藥。根據浮選藥劑的量以及浮選藥劑的成分及其濃度，自動控制各加藥裝置（如計量泵、加藥泵等）的轉速，使其按一定比例混合后再向各加藥裝置中加入浮選劑。根據浮選藥劑的成分及其濃度，自動控制加藥泵的流量、轉速和加藥量。根據浮選藥劑濃度的變化情況，自動控制給藥裝置的工作狀態(tài)，確保浮選藥劑在各加藥裝置中均勻分布。實現(xiàn)浮選劑的自動添加可以提高浮選作業(yè)效率，降低人力成本和勞動強度，實現(xiàn)安全生產。

（四）浮選機智能控制

浮選機是煤泥浮選過程的核心設備，通過攪拌和機械攪拌產生氣泡，將礦物顆粒和氣泡混合在一起，提高礦物回收率。浮選機主要是對浮選機的充氣量、攪拌速度、泡沫層厚度等進行控制。浮選充氣量是根據生產過程中實際所需的浮選產品量計算，在實際生產中，當浮選機不能滿足生產需求時，要增加充氣量，否則會影響產品質量。目前，用于浮選機控制的充氣量調節(jié)方法主要包括：在浮選機上安裝浮選充氣量調節(jié)閥調節(jié)充氣量、通過調節(jié)攪拌速度控制充入礦漿中氣泡的數量、通過調節(jié)攪拌槳轉速控制充入礦漿中氣泡的數量。

趙軍華等人基于模糊控制和專家控制設計了一種浮選機充氣量模糊控制器，實現(xiàn)了對浮選機充氣量的在線監(jiān)測。該控制器可根據生產現(xiàn)場實際情況調整參數，實現(xiàn)對浮選機充氣量的智能控制。由于泡沫層厚度會直接影響著浮選效果，因此需要準確測量泡沫層厚度并通過神經網絡算法預測泡沫層厚度，可以在浮選機上安裝泡沫層厚度在線測量系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)進行浮選充氣量的智能控制。另外，為了實現(xiàn)對煤泥水處理系統(tǒng)中泡沫層厚度的監(jiān)測和控制，在工業(yè)生產中使用泡沫層厚度在線測量系統(tǒng)。浮選機攪拌速度是影響礦物回收率的重要因素之一。采用模糊控制方法可以根據實際情況調節(jié)攪拌速度。例如，在實際生產中，由于煤泥水中含有大量煤泥和較多的水分，會導致攪拌速度不能快速調整。因此，將模糊控制與自適應模糊控制相結合以調節(jié)攪拌速度來調節(jié)礦漿濃度是一種有效的方法。

三、選煤廠煤泥干燥技術

（一）傳統(tǒng)干燥方法

選煤廠煤泥干燥技術的研究是近年來的一項重要課題，傳統(tǒng)的干燥方法是利用燃燒蒸發(fā)煤泥中的水分，而這種方法具有較大的局限性。由于燃燒過程中產生的熱空氣量較少，難以實現(xiàn)充分利用能源的目的，且燃燒過程中會產生大量污染物，不僅造成環(huán)境污染，還會影響空氣質量，甚至對設備和工作人員造成嚴重傷害，這都是傳統(tǒng)干燥方法無法克服的缺陷。因此，必須對煤泥干燥技術進行改進，提高干燥效率。

目前，國內采用的煤泥干燥方法主要有：利用重力排出水分、利用高溫水蒸氣蒸發(fā)、利用熱風吹干水分、利用熱泵烘干。其中，前三種方法可以有效降低煤泥中的水分含量，但還存在一些局限性：重力排出水分雖然操作簡單方便，但耗能較大；高溫水蒸氣蒸發(fā)雖然可以使煤泥中的水分蒸發(fā)，但成本高；熱泵烘干雖然操作簡單方便、成本低、節(jié)能效果好，但存在投資較大、占地面積大等缺點。

（二）自然晾干

自然晾干是一種經濟、環(huán)保的煤泥處理方式，具有投資小、建設周期短、占地面積小等優(yōu)點，但其缺點也很明顯，例如，設備運行能耗大、人工操作工作量大、煤泥水分不易控制等。煤泥自然晾干的基本原理是將煤泥在適宜的溫度、濕度環(huán)境下進行干燥，使其水分降低到自然狀態(tài)下的10%以下，再堆放或外運。主要工藝流程為：煤泥與水混合后在一定溫度下自然晾干，或在不低于20℃的溫度條件下將煤泥攤開在干燥室內，通過自然風干。根據自然晾干方式的不同，一般分為三種類型：

第一，翻曬式。該方式采用人工翻曬的方式，將煤泥攤在地面上，在陽光下曝曬，使水分降低到10%以下。主要存在的問題包括：沒有設備輔助烘干，造成能源浪費；對煤泥中水分進行控制較困難；無法避免太陽照射對煤泥質量的影響。

第二，烘干式。該方式是通過烘干設備將煤泥中的水分烘干至10%以下。存在的問題包括：需要燃料等輔助材料；烘干過程中溫度變化大，容易導致煤泥質量變差；對煤泥中水分的控制不夠準確。

第三，晾曬式。該方式是通過陽光照射，使煤泥中的水分蒸發(fā)掉。優(yōu)勢包括：操作簡單；投資小，可以節(jié)省較多的人力成本；可以控制煤泥中的水分，避免水分過高造成煤泥質量變差或堵塞等問題。晾曬式自然晾干又可以分為單鋪式和雙鋪式兩種。單鋪式晾曬法指的是將煤泥均勻地鋪在地面上或地面上，雙鋪式晾曬法指的是在地面上鋪設一層薄布或麻袋片等材料來實現(xiàn)對煤泥中水分的控制。相比于傳統(tǒng)晾曬方式，晾曬式自然晾干具有明顯優(yōu)勢：可以有效控制煤泥中的水分，提高煤炭質量、提高煤炭運輸效率、減少運輸成本。晾干式自然晾干方法雖然有諸多優(yōu)點，但在應用方面仍存在一些問題，因此仍需要綜合考慮多方面因素選擇合適的晾干法。

（三）微波干燥

微波是一種電磁波，是由不同頻率的電磁波組成的。不同頻率的電磁波在介質中傳播時，其作用效果也會不同，其中，最強的電磁波是微波。由于微波具有穿透性和加熱快的特點，在干燥中將煤泥進行快速加熱，并提高水分含量。微波干燥主要是利用煤顆粒吸收微波后發(fā)生熱變形產生大量熱量，從而達到干燥煤泥的目的。微波干燥具有以下特點：第一，微波能穿透物料并使其內部發(fā)生熱效應。第二，微波能破壞物料中的有機分子和無機離子。第三，使物料中的水分快速汽化。因此，在煤泥干燥過程中，應用微波技術可以有效降低煤泥中的水分含量。另外，由于煤泥是一種有機物和無機物混合的物質，因此在干燥過程中可以同時對有機物和無機物進行干燥處理。煤泥是一種熱敏性物質，在微波加熱過程中容易發(fā)生自燃現(xiàn)象，因此在應用微波干燥技術時一定要注意安全。目前，國內外有不少學者對煤泥微波干燥進行了研究和開發(fā)，例如，吳志華等人提出了一種利用微波對煤泥進行加熱、干燥的方法，李剛等人提出了一種利用微波對煤泥進行加熱、干燥的方法。

（四）超聲波干燥

超聲波干燥技術是將超聲波設備應用到干燥領域，原理是將超聲波傳遞到固體表面，使其吸收超聲波能量，從而降低固體表面溫度，最終實現(xiàn)干燥。實驗表明：超聲波干燥能有效降低煤泥中的水分，但在干燥過程中煤泥的水分會隨著時間的延長而增加。隨著溫度和壓力的增加，煤泥中水分會不斷蒸發(fā)。此外，超聲波干燥技術不能將水分全部干燥，還需要其他方法除去煤泥中的水分。目前已有研究表明：超聲波與其他技術聯(lián)合使用可提高煤泥干燥效率，超聲波能增強煤泥水分子間的相互作用力，促進煤泥水分子擴散，改變煤泥表面性質，促進煤泥中水分蒸發(fā)。在實際應用中，根據具體情況選擇合適的設備和方法降低煤泥水分子之間的相互作用力。

四、結語

新時代，選煤廠對煤泥進行浮選和干燥有著重要意義，需要結合實際情況，了解煤泥浮選和干燥的作用，并掌握超聲波干燥、微波干燥、浮選精煤產品的灰分、浮選機型和設計等一系列要點，確保煤泥浮選和干燥有效進行，并推動可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡介：田豐亮（1987），男，山西省介休市人，本科，助理工程師，主要研究方向為煤泥浮選。