矿物浮选PPT讲义

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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。
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。
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。
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。
第四章 浮 游 选 煤
内容提要
• • • • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 概 述 浮选基本原理 浮选药剂及其作用 矿浆准备器械 浮选机 浮选效果的评定 影响浮选效果的因素
第一节 概 述
一、煤泥来源
1. 粒度在0.5 mm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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
表1-1
煤 种 长焰煤 气 煤 肥 煤 焦 煤
煤炭表面的接触角
煤 种 瘦 煤 贫 煤 无烟煤 泥质页岩 接触角/ ° 79~82 71~75 73 0 ~10
接触角/ ° 60~63 65~72 83~85 86~90
A. 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。
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
4. 矿物杂质
代表矿物 硫化物 泥质矿物 可溶盐 黄铁矿、白铁矿 高岭土、粘土 石 膏 对浮选的影响 可浮性较高，进入精煤使硫分增高 遇水泥化，严重恶化浮选过程 改变矿浆离子浓度，影响煤可浮性
非硫化矿 石英、方解石等 碳质页岩 碳质页岩、泥板岩
天然可浮性差，易用浮选法除去 含有与煤相似的成分，疏水性较高
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。
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。
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。
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0.9~0.95 g/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0.83 g/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0.81 g/cm3 ，起泡性能 与仲辛醇相似，形成的泡脆，选择性好。
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。
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。