磁鐵礦粉粒度對煤泥重介質旋流器分選效果影響的研究

趙 衛 沈麗娟 陳建中

（中國礦業大學煤炭加工與高效潔凈利用教育部重點實驗室，江蘇省徐州市，221116）

近年來，小直徑重介質旋流器的研發帶動了選煤工藝的進步，作為大直徑重介質旋流器的延續，彌補了大直徑旋流器分選下限高及無法對粗煤泥進行有效分選的問題。我國選煤用小直徑重介質旋流器的研究始于20世紀90年代，在選煤廠應用時其入料主要來源于大直徑重介質旋流器的精煤合介分流，利用大直徑旋流器對加重質的分級和濃縮作用，使用相對較細的磁鐵礦粉對粗煤泥進行分選，然而分級濃縮后的懸浮液性質受大直徑旋流器的影響較大，例如屯蘭選煤廠采用無壓三產品+煤泥重介+浮選聯合工藝，就容易出現煤泥重介入料濃度及粒度組成等發生變化，因此導致分選效果不穩定。磁鐵礦粉的性質又是影響煤泥重介質旋流器的一個重要因素，本文將探討磁鐵礦粉的粒度對煤泥重介質旋流器分選效果的影響。

1 重介質旋流器的分選原理

重介質旋流器選煤是利用阿基米德原理在離心力場中完成的，煤與矸石在重介質旋流器內的分離主要取決于離心力和密度場的雙重作用。礦粒在旋流器密度場中，受到的離心力和在離心力作用的下沉速度分別見式 （1）和式 （2）：

式中：F——離心力，N；

Vc——下沉速度，m／s；

H——重介質旋流器的入料壓頭，m；

d——礦粒直徑，m；

D——旋流器直徑，m；

μ——粘滯系數，Pa／s；

δ——礦粒密度，kg／m3；

Δ——懸浮液密度，kg／m3；

g——重力加速度，m／s2；

K1、K2——均為系數。

由式（1）和（2）可以看出，礦粒在重介質旋流器中所受的離心力F 的大小和下沉速度Vc與重介質旋流器的直徑D 成反比，與重介質旋流器的入料壓頭H 成正比，還與分選懸浮液的流變特性有關。

懸浮液的密度場是由磁鐵礦粉量和煤泥含量共同決定的，合適分選的密度場條件是需要懸浮液具備一定的穩定性和流變特性，而加重質的粒度特性又是影響懸浮液的穩定性和流變特性的重要因素，進而影響分選效果。如果加重質的粒度過細，不僅會導致懸浮液粘度的提高和分選效果的降低，也會惡化凈化回收條件；如果加大加重介質的粒度，則需要加大外部能量來保持分選懸浮液的穩定性。

2 重介質旋流器分選煤泥的試驗研究

2.1 試驗條件

試驗使用的重介質旋流器柱段直徑為100mm，柱段長度為180mm，溢流管直徑為40mm，底流口直徑為24mm，入料壓力為0.15 MPa，入料濃度為200g／L。煤泥重介質旋流器分選試驗系統流程見圖1。

圖1 煤泥重介質旋流器分選試驗系統流程圖

2.2 試驗用煤樣性質

試驗用煤樣選用粒度為1.5mm 以下的原生煤泥，試驗所采樣品需要篩去低于0.125 mm 的物料，1.5～0.125mm 粒度級煤樣的小篩分見表1。

表1 試驗用煤樣的小篩分資料

由表1可以看出，煤樣的主導粒度級為0.5～0.25 mm，占全樣產率為37.20%，灰分為18.88%；其次是粒度級為1～0.5mm 的煤樣，產率為32.25%，灰分為18.53%，各粒度級煤樣總體灰分不高，總灰分為18.74%。

試驗用煤樣的小浮沉資料見表2。

表2 試驗用煤樣的小浮沉資料

由表2 可以看出，試驗煤樣的主導密度級為1.3～1.4kg／L，產率為32.27%，灰分為7.53%；-1.5 kg／L 密度級含量為72.02%，灰分為7.58%；-1.8kg／L密度級含量為89.71%，灰分為12.84%。

2.3 不同粒度磁鐵礦粉對分選效果的影響

本試驗采用3種粒度等級不同的鐵磁礦粉，較粗的（試驗一）-0.045mm 含量為70%，中間粒級的 （試驗二）-0.045mm 含量為80%，較細（試驗三）的-0.045 mm 的含量為90%，試驗采集煤樣都是先經過0.125mm 的篩子篩去磁鐵礦粉和-0.125mm 的細泥，其結果反映的是+0.125 mm 粗煤泥的分選效果。每次試驗所采溢流和底流煤樣小浮沉分析結果見表3。

表3 試驗精煤和尾煤小浮沉試驗結果

3 試驗結果分析

（1）按照《煤用重介設備工藝性能評定方法》GB／T15715-2005，對煤泥重介質旋流器各粒級分選效果進行評定，評定指標有給料速度、可能偏差、數量效率、灰分誤差、錯配物總量和臨近密度物。根據浮沉資料列出分配率計算表和錯配物計算表并繪制分配曲線見圖2，可選性曲線和錯配物曲線見圖3。

圖2 不同粒度磁鐵礦粉分選分配曲線

圖3 不同粒度磁鐵礦粉分選錯配物曲線

從圖2和圖3讀取相對應的數值并進行計算，結果見表4。

由表4可見，給料速度是一定時間內溢流量和底流量的總和，從計算結果可知試驗三的各項指標均是最好，說明-0.045 mm 粒度級磁鐵礦粉占90%的加重質能使煤泥重介旋流器獲得更好的分選效果。

（2）國內也有專家引用前蘇聯評價體系，即采用底流濃縮度、溢流澄清度、底流溢流密度差和濃縮效率來評價重介旋流器內部的懸浮液的穩定性，實測懸浮液密度條件下計算以上指標，計算結果 見表5。

表4 試驗結果指標測評表

表5 試驗懸浮液參數及計算結果

由表5可見，較細磁鐵礦粉能夠提高懸浮液的穩定性，同時發現加重介質粒度越細懸浮液粘度也會跟著變大。

（3）對于確定的某一種煤泥還可以用K 值評價其分選效果，計算方法為實際精煤產率除以降灰比，根據產物小篩分資料用格式法計算各粒度級產率并計算K 值，結果見表6。

表6 試驗各粒度級K 值計算結果

由表6可見，隨著磁鐵礦粉變細，各粒度級K值逐漸增大，同樣證明本文觀點。

（4）對于塊煤分選機來說，加重質粒度-0.074mm含量不低于80%，對于大直徑重介質旋流器來說，-0.045mm 含量不低于80%，但是對于分選-0.5mm 粉煤的旋流器，其有效分選下限 達 到 0.074 ～0.045 mm 時， 加 重 介 質-0.045mm含量應達到90%以上。

（5）經相關專家試驗驗證后發現在相似的條件下，當-0.045mm 細顆粒含量在93%時，磁選效率及磁性物回收率達到最大值。

4 結語

煤泥重介質旋流器對粗煤泥有著顯著的降灰效果，是一種高效的粗煤泥分選設備，選擇加重介質粒度需要考慮以下因素：入選原煤的粒度，相對于大直徑旋流器煤泥重介質旋流器應該選擇更細的磁鐵礦粉；加重介質在懸浮液中的體積濃度；加重介質的回收工藝以及懸浮液的密度等。試驗結果表明，當磁鐵礦粉-0.045 mm 粒度級含量在90%時，煤泥重介質旋流器的分選效果變好且磁選效率高，磁性物回收率大。

［1］ 楊玉民.煤泥重介工藝在屯蘭選煤廠的完善 ［J］.中國煤炭，2009 （6）

［2］ 沈麗娟，趙勇，陳建中.三產品重介旋流器分選構造煤的試驗研究 ［J］.中國煤炭，2013 （9）

［3］ 陳建中，沈麗娟等.煤泥重介質旋流器分選粗煤泥的探討 ［J］.選煤技術，2010 （4）

［4］ 彭榮任等.重介質旋流器選煤 ［M］.北京：冶金工業出版社，1998

［5］ 宋國陽等.磁鐵礦粉粒度組成對介質回收率的影響［J］.選煤技術，2012（5）

［6］ 沈麗娟.煤用螺旋分選機工藝參數的研究 ［J］.選煤技術，1992 （1）