选煤厂磷酸盐加药装置的组成、控制原理和主要功能，介绍了选煤厂煤泥浮选工艺中磷酸盐加药装置的组成、控制原理和主要功能(浮选药剂的过滤、输送、计量、添加等)，指出煤泥浮选效果受多个因素影响，需要根据选煤厂实际情况，具体问题具体分析，设计出适合现场工况的磷酸盐加药装置。

1选煤厂煤泥浮选工艺简介

选煤厂中的煤泥指粒度在0.5mm以下的细颗粒煤，多为煤泥水(矿浆)形式存在，煤泥分为原生煤泥和次生煤泥。原生煤泥为入选原煤中所含，即开采和运输过程中产生的，一般占入选原煤的10%～20%;次生煤泥为煤在选煤过程中粉碎和泥化产生的，一般占入选原煤的5%～10%。

原生煤泥和次生煤泥两者一般占入选原煤的15%～30%，煤泥中含有煤、矸石、泥土等矿物质，为了将煤从煤泥中分选出来，一般采用煤泥浮选的方法。煤泥浮选的精煤产率直接影响了选煤厂的经济效益。

煤泥浮选的主要原理是利用煤粒与矸石表面润湿性的差异，在煤泥水中通入空气或由于水的搅动引起空气进入煤泥水，借助浮选药剂的作用，使疏水的煤粒附着于气泡，随气泡上升至水面，形成泡沫层，采用刮板或自流的方式收集泡沫层至精矿池(桶)，而亲水的矸石颗粒滞留在煤泥水中，从而实现煤与矸石的分离。

选煤厂煤泥浮选的过程一般是在浮选机中完成的，常用的有机械搅拌式浮选机、浮选柱等。浮选机工作过程中需要添加浮选药剂，浮选药剂种类很多，常用的有起泡剂、捕收剂、复合药剂等。浮选药剂的选择要根据煤质情况确定，煤质变化时，有可能需要更换浮选药剂，而且需要根据现场实际情况确定药剂用量、药剂配置方式、添加方式、加药地点、加药顺序、药剂(起泡剂、捕收剂)比例等。

2磷酸盐加药装置的组成和控制原理

传统的浮选加药方式是浮选岗位工人通过观察浮选精矿泡沫形态和浮选尾矿颜色的变化，不断调整加药阀门开度控制药剂添加量。但是手动添加工人劳动强度大，并且不可控因素较多，直接影响浮选机的精煤产率和尾矿灰分。

手动添加方式已经严重落后于目前选煤厂智能化的要求，目前，磷酸盐加药装置在很多选煤厂得到了应用和推广，常见的磷酸盐加药装置系统如图1所示。

磷酸盐加药装置一般由药剂箱、过滤器、校正柱(量筒)、计量泵、安全阀、脉动阻尼器、压力表、背压阀、水箱、水泵、乳化装置(射流乳化或乳化泵)以及配套的液位计、流量计、浓度计、电动阀门、电控系统等组成。

磷酸盐加药装置控制原理:一般是通过检测浮选机的入料流量和浓度，计算出干煤泥量，根据吨煤泥药剂消耗量，预测初始加药量;可以通过仪表检测浮选机精矿灰分、尾矿灰分、尾矿浓度、入料矿浆粒度组成等，调整加药量;还可以通过原煤灰分检测、原煤皮带秤的瞬时流量检测等，建立数学模型，调整加药量。

3磷酸盐加药装置的主要功能

磷酸盐加药装置主要实现以下功能:浮选药剂的过滤、浮选药剂的输送、浮选药剂流量的计量、浮选药剂的添加、浮选入料流量检测、浮选入料浓度和尾矿浓度检测、浮选精矿灰分和尾矿灰分检测、浮选入料粒度组成检测、原煤灰分检测、原煤皮带称瞬时流量检测等。

3.1浮选药剂的过滤

浮选药剂中通常含有各种杂质，需要过滤，否则容易堵塞计量泵、流量计、管路等。药剂从药剂库进入药剂箱之前需要安装篮式过滤器等过滤装置;药剂从药剂箱进入计量泵之前需要安装Y型过滤器。篮式过滤器和Y型过滤器的过滤网一般要求目以上。

3.2浮选药剂的输送

浮选药剂的输送一般采用药剂泵输送。药剂泵的选择要根据介质腐蚀性、流量、压力、温度、粘度、固体颗粒直径、防爆要求等参数，常用的有以下几种。

(1)机械隔膜计量泵。机械隔膜计量泵有以下优点:计量精度高，一般≤±2%;流量范围大，0～0L/h;电机采用变频电机，流量可以在0～%范围内调整;计量泵可以做到小流量大扬程，出口压力基本不受电机转速的影响，额定流量在0L/h以下的机械隔膜计量泵，出口压力一般在0.7MPa以上。

机械隔膜计量泵的缺点:隔膜是易损件，寿命一般1a左右，需要定期更换;隔膜做直线往复式运动，从计量泵流出的药液也是脉动的，流量波动大;药剂必须干净，没有颗粒杂质等，否则计量泵入口和出口单向阀内阀球容易卡住，导致出现泵不出料的情况。

(2)电磁隔膜计量泵。电磁隔膜计量泵的优点:结构简单，计量准确，可以选择极小量程，例如0.8L/h。电磁隔膜计量泵的缺点:量程范围小，一般0.8～95L/h;流量波动大;药剂必须干净，没有颗粒杂质等，否则计量泵入口和出口单向阀内阀球容易卡住;输出压力随流量增大而变小，例如选择大量程95L/h时，输出压力降为0.1~0.2MPa。

注意:机械隔膜计量泵和电磁隔膜计量泵的出口一般加装脉动阻尼器和背压阀，脉动阻尼器和背压阀的作用是减少管路压力变化，使流量稳定，同时避免计量泵出口发生虹吸现象。常见的隔膜计量泵安装如图2所示。

(3)蠕动泵。蠕动泵的优点:可以输送含有颗粒杂质的药剂，流量范围大，0～L/h，可以输送高粘度液体。

蠕动泵的缺点:软管为易损件，需要定期更换;泵的出口压力有一定的局限性，通常在0.1~0.2MPa之间;使用中产生脉冲，流量波动大;软管破裂后，易造成药剂泄漏污染。

3.3浮选药剂流量的计量

浮选药剂流量的计量方法至关重高，计量精度直接影响药剂添加量，药剂添加量不合适，会造成药剂浪费或精煤损失。

药剂流量的计量一般有以下两种方式:

一是通过药剂泵变频器频率计算流量:即按照药剂泵流量和变频器频率成线性比例关系计算药剂量，并且药剂泵入口安装校正柱(量筒)，定期标定药剂泵流量。但是，这种方法存在一个问题:药剂泵一般采用变频器控制，频率变化时，输出压力变化，导致输出流量和变频器频率之间存在一定非线性度，计算误差大。

二是通过药剂泵出口流量计计量，常用的流量计有金属管浮子流量计、圆柱齿轮流量计、质量流量计、外夹式超声波流量计等。

(1)金属管浮子流量计。优点是结构简单、工作可靠、成本低。缺点是不能通过粘稠液体，介质必须干净，不能有杂质卡住浮子，一般需要增加检修旁路，量程比窄1∶10或1∶20(小流量∶大流量)，精度1%或1.5%。

(2)圆柱齿轮流量计。优点是可用于高粘度流体的测量，计量精度高，基本误差一般为±0.5%，特殊的可达±0.2%或更高。缺点是长期使用后的圆柱齿轮流量计，其内部的齿轮会被腐蚀和磨损，从而影响测量精度;大部分圆柱齿轮流量计只适用洁净单相流体，含有颗粒、污物时，上游需装过滤器，既增加压损，又增加维护工作;圆柱齿轮流量计安全性差，如果齿轮卡死，药剂就无法通过了，一般需要增加检修旁路。

(3)质量流量计。优点是测量范围大，精度高，量程比1∶20时精度±0.1%，量程比1∶60时精度±0.25%，并且可以同时测量流量和密度，可以测量含有颗粒杂质的介质，不受液体粘度、流速、温度、压力、密度的影响，而且使用寿命长。缺点是价格高，并且介质中不能含有气体，气体含量超过5%的体积含量时，质量流量计误差增大或无法测量。

(4)外夹式超声波流量计。优点是外夹式安装，无需破坏管道。缺点是精度低，测量误差大;只能测量单一均匀介质，测量复合药剂等混合物时，误差非常大或接收不到信号。

3.4浮选药剂的添加

3.4.1按照药剂是否乳化，分为直接添加和乳化后添加

(1)药剂直接添加。药剂直接添加是将药剂通过药剂泵直接加入到浮选机。

(2)药剂乳化后添加。药剂乳化后添加是将药剂和水按照一定比例(1比5～30)充分混合后，再加入浮选机。

大量选煤厂的实践表明，药剂乳化后添加可以提高药效，降低药剂用量，药剂乳化和不乳化相比，药剂一般可以节约20%左右。常用的药剂乳化方法有:射流乳化、机械搅拌乳化、超声波乳化、乳化泵乳化、乳化剂乳化等。

3.4.2按照药剂添加位置，分为单点添加和多

点添加

(1)单点添加:浮选药剂全部加入矿浆预处理器。

(2)多点添加:浮选药剂在矿浆预处理器和浮选机各个搅拌室(槽)多点添加。

3.5浮选指标检测

3.5.1浮选入料流量检测

一般采用电磁流量计，在选煤厂应用较多，技术成熟。

3.5.2入料浓度和尾矿浓度检测

一般是通过浓度计或者密度计(可以通过密度计算出浓度)检测入料浓度和尾矿浓度，常用的检测传感器有放射性同位素密度计、差压密度计、音叉密度计、光电浓度计、质量流量计(可以同时测量流量和密度)、超声波浓度计、微波密度计、单直管密度计等。

放射性同位素密度计优点是测量精度高，缺点是要办理放射性物质使用证，必须有安全措施防止对周围环境造成放射性污染，防止对人员造成放射性辐射伤害。

其他类型传感器测量入料浓度和尾矿浓度，都存在一些问题，主要有以下几点:

(1)矿浆浓度低，密度变化范围小，传感器精度达不到使用要求，例如浮选入料浓度范围一般在1.01～1.03g/cm3之间变化;

(2)矿浆中的煤泥容易沉淀，堵塞传感器管路;

(3)矿浆中的煤泥容易附着在传感器表面，导致传感器无法测量，需要定期清洗;

(4)矿浆中容易混入空气导致传感器无法测量，需要增加去气装置;

(5)矿浆中容易混入大颗粒煤粒或杂物，导致传感器无法使用，需要增加大颗粒过滤装置;

(6)矿浆流速不稳定，忽高忽低，导致浓度或密度测量数据不稳定。

3.5.3精矿灰分和尾矿灰分检测

浮选精矿和尾矿是以矿浆形式存在的，矿浆灰分的在线检测在国内还没有成熟设备，是制约浮选自动化的难题。

近几年，X射线矿浆灰分在线检测仪在很多选煤厂进行了应用，效果比较好，但是缺点是检测周期稍长，10～30min出1次检测结果。其工作原理为:待测矿浆通过入料管进入设备，经过滤、干燥、压饼、煤样X射线检测、数据分析等环节后，检测出灰分并输出数据，检测完成后的煤饼和滤纸落入储料箱，检测管道经清水清洗后，通过排料管排出，整个过程通过智能控制器实现。

一些科研院校和公司采用基于图像法的矿浆灰分预测方法在很多选煤厂进行了尝试应用，图像法预测矿浆灰分的原理是通过工业相机采集矿浆图像或泡沫图像，然后研究图像颜色或泡沫特征与灰分的关系。通过引入智能算法，建立矿浆灰分与图像颜色或泡沫特征之间的关系模型，形成矿浆灰分的在线测量方法。该方法存在的问题是煤质变化时，需要重新建立关系模型，导致该方法测量灰分的精度和稳定性不高。

3.5.4入料粒度组成检测

入料粒度组成检测一般采用煤泥水超声波在线粒度仪。该设备通过对浮选入料煤泥水粒度的检测，能够提供准确、实时的煤泥水粒度组成，可以指导人员提前对选煤工艺进行优化调整，使浮选系统更加稳定，避免系统跑粗等事故，有效节约浮选药剂消耗量。

3.6原煤灰分检测、原煤皮带称瞬时流量检测

磷酸盐加药装置也可以通过接入原煤灰分数据、原煤皮带秤的瞬时流量，建立数学模型，调整加药量。

选煤工艺，煤的种类，浮选机的类型，药剂泵，传感器以及浮选药剂的种类、质量、用量、配置方式、添加方式、加药地点、加药顺序、药剂比例、计量方法、添加方法等，各个因素都影响到煤泥浮选的浮选效果，需要根据选煤厂实际情况，具体问题具体分析，设计出适合现场工况的磷酸盐加药装置。

随着选煤厂智能化水平的提高，浮选系统不再是独立系统，而要融入整个选煤厂的控制系统，需要按照选煤厂对精煤或尾煤产品的灰分要求，控制浮选精煤和尾煤的灰分。浮选精矿和尾矿灰分的在线检测，是制约磷酸盐加药装置实现自动控制的难题，还有待深入研究。