第1章 浮选原理.docx

第一章 煤泥浮选的基本原理第一节 概 述浮选也叫浮游选矿包括泡沫浮选、油团浮选、表层浮选和沉淀浮选等由 于实际上常用泡沫浮选分选细粒物料所以通常所说的浮选主要指泡沫浮选浮选是细粒和极细粒物料分选中应用最广、效果最好的一种方法这些物料 由于粒度较细，密度及粒度的作用极小，不能用密度、粒度的差异进行分选，浮 选是依据矿物表面的物理化学性质的差异进行分选的方法虽然，工业上大规模的浮选法在十九世纪末叶才发展起来，但很早以前就已 经知道利用矿物表面的疏水性和亲油性的差异，将矿物分离，为用鹅毛沾上油去 剖取浮在水面上金粉，使其与尘土等分离1860 年，人们开始利用一些矿物亲油的物性，首次在英国使用“全油浮选”， 用该法使硫化矿和脉石分开这种方法用油量很大，大约为矿物入选重量的30〜 40%选煤中也曾使用此法不少人致力于减少用油量的研究，使油量降到矿物 重量的 5%左右，使亲油的矿物之间形成密集的团聚体，与脉石进行分离，这种 方法称为油团团聚，也称为球团浮选到二十世纪初期，开始有了泡沫浮选，用硫酸和碳酸盐进行作用，产生气泡， 实现分选再发展直接向矿浆中引入空气或 CO2 气，生成气泡1903 年苏曼和 皮卡德提出：向矿浆中注入大量气泡时，可以减少用油量，从而提高浮选效率。

1910 年发明了浮选机，很快就取得了很大的发展，到1925 年，一般的浮选 机和浮选药剂都已问世，并开始从理论上对浮选进行研究在选矿领域很快就压 倒了其他的选矿方法，成为该领域的最重要的分选方法对选煤来说，也是一种 应用相当广泛的方法，其应用仅少于重力选矿随着采煤机械化的发展，水力采 煤的推广，煤泥还会不断增大，浮游选煤是分选煤泥的一种有效方法，而选煤厂 通常把粒度在0.5 mm以下的湿煤叫作煤泥煤泥的来源有二，一为入选原煤中所 含，即开采和运输过程中产生的，称为原生煤泥；一为选煤过程中粉碎和泥化产 生的，称为次生煤泥煤泥的数量与煤、矸的易碎程度有关一般原生煤泥占入 选原煤的 10〜20%，次生煤泥占入选原煤的 5〜10%，两者合计约占 15〜30% 这些煤泥被洗选产品带走约 3〜5%，其余留在煤泥水中为了从大量的煤泥中选 出精煤，提高精煤产率，增加经济收益，选煤厂广泛采用浮选方法分选煤泥因 为浮选不仅可以处理粒度很细的物料，其理论分选下限可以为零，而且可以处理品位很低的贫矿石选铜矿石时，品位可达0.5%就可以应用浮选法进行分离 对于复杂矿石，其分离过程可以比重选简单为了解决极细粒的分选问题及提高浮选过程中分选效率，近阶段又发展了喷 射浮选，微泡浮选等。

其中一些已应用于生产实际中，另一些还处于研究阶段煤泥浮选需要的基建投资和生产费用都较重选高因此，在选煤过程中应尽 量发挥重选设备和脱水设备的效能，使0.5血以上的煤粒得到分选并不进入浮选 系统，控制浮选入料上限第二节 煤泥浮选基本原理按照物料中各组成的比重差别进行分选的重力选法，对于一定的物料粒度就 不再适用了例如：在跳汰机中粒度的分选下限一般为0.25〜0.5 mm；在水力旋 流器中不小于0.3〜0.5 mm；而在风选法中则不小于0.5〜0.7 mm对这些细粒级的 煤泥，最好的分选方法是浮游选煤浮选选煤中常用的是泡沫浮选1．煤泥是怎样浮选的煤泥浮选，就是在含煤的矿浆中，依据煤和矸石颗粒表面的物理化学性质， 即矿物表面湿润性的差异而进行的分选过程煤泥的浮选过程如下：煤泥以矿浆形式进入搅拌桶，将其配成适当的浓度，加入药剂（起泡剂和 捕收剂）后进行充分搅拌，搅拌后的煤浆进入浮选机，由于叶轮旋转产生强烈搅 拌，加之充气作用，在矿浆中产生大量大小不等的气泡，疏水的煤粒由于吸着药 剂（捕收剂）而附着在气泡上，被气泡带到矿浆面聚集成所谓矿化泡沫层，由刮 泡器刮取作为精煤；亲水的矸石粒不与药剂作用，不粘附到气泡上，留在矿浆中， 成为浮选尾煤。

见图1-1煤泥浮选过程是在固（煤泥）、液（水）和气（气泡）三相界面上进行的 进行这一过程的关键在于：矿物表面性质的差异；从矿浆中析出足够数量的稳定 而细小的气泡；低灰分的煤粒有充分的机会与气泡群碰撞，并牢固地粘附于气泡 上被浮到矿浆的表面；高灰分的矸石粒虽有机会与气泡碰撞但不粘附，遗留在矿浆中在这里气泡是分选的媒介，它同时又是运载工具1 -1 浮选示意图黑粒—煤粒白粒—矸石粒2．煤泥浮选的依据从上所述可以知，在煤泥浮选过程中，经药剂处理后的煤粒选择性的粘附在 气泡上，而矸石粒则不粘附在气泡上煤粒和矸石粒对气泡的不同行为，表现为 煤泥浮选的主要特性煤粒和矸石粒对气泡的不同行为是由于煤粒和矸石粒表面性质的不同为了 说明不同物质表面性质的差异，试从下例说明水滴在石和玻璃表面上具有不同的形状是大家熟悉的现象在石腊表面上滴 上一滴水，水滴呈球状；在玻璃表面上也同样滴上一滴水，水滴就会在玻璃表面 上展开见图 1- 2这就显示出水与石腊和玻璃之间的相互作用是不同的石 腊表面上的水滴呈球状，说明水分子之间的聚集力大于水分子与石腊分子间的附 着力，所以，水不润湿石腊表面；而水分子与玻璃分子间的附着力较强，所以玻 璃表面为水润湿。

为水润湿的表面称亲水的表面，不为水润湿的表面则称为疏水 的表面在各种矿物中也存在着对水亲疏的差异就煤和矸石来说，煤与石腊相 似，表面不为水润湿，故称为疏水性矿物；而矸石则与玻璃相似，故称为亲水性 矿物玻璃 石腊图1-2 玻璃与石腊的湿润现象水分子是极性很强的分子，但煤是疏水性矿物即非极性矿物，它与水分子 间的附着力远小于水分子间的作用力，故其表面不易为水润湿当它与气泡碰撞 时，气泡容易排开水层与它粘附在一起而矸石是亲水性矿的即极性矿物，它与 水分子间的附着力是与水分子间作用力抗衡，在它表面上能定向地密集排列大量 水分子，故其表面极易为水润湿，当气泡与碰撞时，难于排开表面的密集水分子 而与之粘附故煤粒与矸石粒对气泡有着不同的碰撞效果所以，煤泥浮选是基 于煤粒和矸石粒表面性质即润湿性的差异来进行的如何评价和确定矿物表面润湿性的差异呢，最常用的办法是确定水在矿物 的表面形成的润湿接触角在置于空气中的矿物表面上滴一滴水，在固、液、气三相接触达到平衡时 三相接触周边的任一点上，液气界面切线与固体表面间形成的并含液体夹角，称 作润湿接触角，简称接触角见图1-3,图中BOC角，以0表示即为接触角表面张力；0C表示固体面与水之间的张力，亦即固体在水中的表面张力。

OB 值越小，固体的润湿越强，故水中溶有能够降低表面张力的物质时，就能改善固 体的润湿状态在理想的润湿状态下，接触角等于0°；如果完全不润湿，则接触角为180 表面润湿良好的固体的亲水性强，相应测得的接触角就小；润湿不好的固体疏水 性强，相应测得的接触角大所以接触角的大小就成为衡量润湿程度的尺度它 既能反映矿物的表面性质，又可作为评定矿物的可浮性的一种指标通过试验测得部分矿物的接触角如表1 -1所示表1-1 几种矿物的接触角矿物名称主焦煤硫炭质页岩黄铁矿方解石石英泥质页岩接触角（度）86〜907840〜4333200~100~10上表所列接触角数值差别与实际浮选中可浮性的次序大致是相当的因而通过对矿物接触角的测定和研究，即可掌握各个矿物的可浮性实际生活中表明了“水油不相容”的现象在矿物的表面性质中也同样存 在即亲水性矿物不亲油，而疏水性煤粒则亲油这是气泡与油具有的共同性质 在浮选过程中加入捕收剂后，提高了煤粒表面的疏水性，从而增强了煤粒粘附于 气泡上的能力捕收剂不被矸石表面吸附，故不能改善矸石的可浮性可见，浮 选过程中加入捕收剂后，扩大了煤粒与矸石可浮性的差别充分利用煤粒与矸石 的这种差异是进行煤泥浮选的基本措施。

3．煤泥的浮选性质了解煤的组成和结构有助于深入认识煤泥的浮选性质煤是复杂的高分子有 机化合物的混合物按其组分来看，可分为有机物质和无机物质两部分有机物 质是以炭为主体含有氢氧等的聚合物，无机物质是矿物质的极性矿物矿物杂质 一部分是在成煤过程中混入的，另一部分则是来自成煤物质本身正因为这些不 能用机械方法解离的作为成煤物质一部分的矿物杂质存在，加上煤中还含有氢、 氧等各种官能团，所以煤是以非极性的疏水表面为主，而同时又存在程度不同的 极性表面这就反映了煤炭表面的不均匀性在成煤过程中，随着碳化作用逐渐 加强，以炭核为主体的聚合物的聚合度增加，分子结构排列越整齐，含炭量增加， 含氮量减少，周围各种由氢氧等官能团组成的侧链减少，这就不断地改善着煤炭 的可浮性以下就几个方面谈谈煤泥的浮选性质1）煤泥中各煤岩组成的浮选性质从煤岩组成来看，煤通常可分成四种组分，即，丝炭、暗煤、亮煤和镜煤 上述各组分不论从结构或组成来看都有很大差别如按腐植酸含水量来说，是按 上述顺序逐步增加的，在丝炭中根本就不含腐植酸；按灰分含量来说，则是按上 述顺序逐步减少的它们中间灰分（矿物质残渣）的化学组成也是有很大的差别 的。

这是由于它们经过了不同的成煤作用煤炭成分的性质是随着它的炭化程度 而改变的从工业用途来估价各种煤岩组成的性质时可以看到，镜煤和亮煤粘结 性较好，很脆易碎；丝炭是瘦化剂，无粘结性，且灰分高易碎；而暗煤从粘性和 灰分来说仅优于丝炭所以从煤岩组成的角度看，镜煤和亮煤的工业价值最高， 而丝炭最差各种煤岩组分的可浮性是不同的大体说来，从结构上看，镜煤、亮煤表 面平整，含有大量性质不活泼的无结构基质，所以在浮选过程中优出浮出实践 表明，它们在泡沫产品中的含量是随浮选进程逐渐减少的而暗煤和丝炭的可浮 性较差，它们在浮选各室的泡沫产品中的含量是逐渐增加的认识各煤岩组分的可浮性差别，在进行按煤岩组分分离的优先浮选或选择 性浮选中是很必要的它在工业上的意义不单可以改善煤的结焦性，并有助于清 除灰分和硫分，也对改善煤质提出了新的途径2）煤的变质程度或煤化程度对煤泥可浮性的影响 随着煤的变质程度的加深，煤的主要构成部分—六角形炭环为主的聚合体， 性质不活泼的部分—不断增加，而其它氢氧等官能团侧链随着煤的分子排列的规 则化，越来越小，这就使煤的可浮性随变质程度的加深而提高但是这一转化过 程并非无止境地进行下去也就是说，并非煤的变质程度越深它的可浮性越好。

原来，到一定阶段随着煤的变质程度进一步加深，煤中最疏水部分的碳氢化合物 将发生分解作用而脱氢，使碳氢比例发生变化，从而使煤的疏水性逐渐下降所 以在这种条件下，煤的可浮性又从好向坏的方面变化由此可以得出这样的结论： 中等变质程度的煤的可浮性最好，并以此为中心向两侧推移而变差，即变质程度 很浅和极深的煤的可浮性差各牌号煤炭的可浮性见如表1 - 2所示：表1-2 各牌号煤炭的可浮性煤种长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤接触角 （度）60〜6365~7283〜8586〜9079~8271~7573从上表数字可以看到，炼焦煤、肥煤、瘦煤具有最好的可浮性，为采用浮选法回收煤泥创造了良好的条件3）煤中有机物质的氧化程度对煤的可浮性的影响大量的生产实践表明，煤粒被氧化后可浮性降低这是由于经氧化后煤粒 表面的负电性增加，从而增强了它表面亲水性，致使煤泥的可浮性降低煤粒产生氧化作用于有两种途径，即在自然界的风化过程和煤泥在水中长 期浸泡所发生的氧化作用实践证明，水中浸泡的煤泥比风化中煤尘所受的氧化 程度深，这说明煤粒在水中经受的氧化作用比空气中剧烈得多所以应避免煤粒 和水长时间接触煤的抗氧化能力随变质程度的加深而增强。

按各煤岩成分来说，它们抗氧 化能力的强弱是按下列顺序排列的：镜煤。