螺旋分選機在山西潞安余吾礦選煤廠的應用

張嘉云，杜 軍，王亞健，孫玉偉，張鵬飛，公緒文，王治帥

(1.山西潞安集團余吾煤業有限責任公司，山西 長治046204；2.威海市海王旋流器有限公司，山東 威海264203)

在選煤行業中，重介質旋流器的有效分選下限為0.5 mm，且隨著粒度的減小，分選效果逐漸變差；而浮選的最佳分選粒級在0.25～0.074 mm之間，因而介于浮選上限與重選下限之間粒級的粗煤泥的分選效果最差。若0.5～0.3 mm粒級的煤泥灰分較高，摻入精煤中會造成精煤“背灰”，作為中煤又會造成較大的經濟損失。因此如何有效提高粗煤泥的分選具有非常重要的意義。目前在市場上較為常用的粗煤泥分選設備有煤泥重介質旋流器、TBS、螺旋分選機、水介質旋流器等設備[1-2]，其中螺旋分選機作為一種無動力分選設備，在選煤廠中得到了非常廣泛的應用[3-4]。近三十年間，螺旋分選機在我國的礦物分選和設備優化方面取得了一定成果，但在其使用過程中仍存在許多問題，如分選密度過高，分選精度較低等缺點。文章基于余吾選煤廠螺旋分選機的使用情況對上述問題進行探討。

1 概述

螺旋分選機自上世紀90年代初開始應用于選煤行業，目前在美國、澳大利亞、南非和中國等世界主要產煤國已得到廣泛應用[5-6]，取得了良好的分選結果，其具有以下優點：

(1)結構簡單，無運動部件，能耗低。

(2)基建投資和日常維護費用低，磨損輕，使用年限長。

(3)操作簡單，可根據用戶需求實時調節。

(4)分選粒級范圍寬，處理能力大，適用于0.15～2 mm粒級的煤泥分選，尤其適用于處理0.15～3 mm粒級的粗煤泥。

2 LXA型螺旋分選機

LXA型螺旋分選機已廣泛應用于俄羅斯、韓國、伊朗和中國等國家，應用領域涵蓋了礦物和煤炭洗選、固廢回收、土壤凈化等領域[7-8]。下面以LXA1000螺旋分選機為例介紹該型號螺旋分選機的結構及特點，其實物如圖1所示。

圖1 LXA1000螺旋分選機實物圖

2.1 結構組成

LXA1000螺旋分選機主要由入料分配器、螺旋支撐架、預先排矸尺、產品截取器等部分組成(圖2)。入料分配器主要是將來料礦漿均勻分配給各個螺旋分選槽，保證流量穩定；螺旋支撐架用于固定螺旋分選機；預先排矸尺設置預先排矸溜槽，提前將矸石產品排出螺旋槽面，提高精礦品位；產品截取器根據生產指標要求調節截取器的角度，調節產品指標。

圖2 LXA1000螺旋分選機結構簡圖

2.2 分選原理

螺旋分選機分選原理如圖3所示。該設備主要根據礦物顆粒的密度和粒度的差異，使礦物在運動的過程中產生分層，從而分離出不同的產品。水流中的礦粒在重力、摩擦力、慣性離心力和水流動壓力等作用下松散分層，密度大的礦粒進入底層并向內緣移動，密度小的礦粒進入上層并向外緣運動，在螺旋槽表面上形成了精礦帶和尾礦帶，最后通過截料器將精礦和尾礦分開[9-10]。

圖3 礦物顆粒在螺旋分選機中的分選原理示意圖

2.3 技術特點

LXA1000型螺旋分選機主要分選密度在1.5～2.0 g/cm3之間灰分較高的煤泥，入料粒度范圍在0.1～2.0 mm之間，入料濃度要求在30%～50%之間，每頭干煤處理能力在2～4 t/h之間，礦漿通過量在6～8 m3/h之間，其具有以下特點：

(1)礦漿分配器采用平行喉呼吸管的先進設計，保證了礦漿通過量和流速的穩定。

(2)螺旋槽橫斷面采用3次方拋物線形狀，設計先進，能最大程度地提高精煤產率。

(3)骨架玻璃鋼采用整體噴涂反向疊片成型工藝制作，具有質量輕、強度高、耐滲透性強等優點。

(4)截取器采用與槽表面分離的設計思路，可避免擋板與槽面的摩擦損壞，并能有效地進行產品分割。

(5)整機采用模塊化設計，組裝拆卸方便，還可根據用戶要求進行增添或刪除某些零部件。

3 LXA1000螺旋分選機在余吾礦選煤廠的應用

山西潞安集團余吾礦選煤廠一期和二期的設計能力為6.0 Mt/a，煤泥量約占原煤的15%，其原則流程如圖4所示。塊煤采用重介質旋流器分選，末煤采用螺旋分選機分選。原煤經分級篩預先脫泥，1.0～50 mm粒級原煤采用有壓兩產品重介質旋流器分選，<1.0 mm粒級的煤泥經過分級濃縮旋流器分級后，0.10～1.0 mm粒級粗煤泥進入螺旋分選機進行分選，<0.10 mm粒級細煤泥采用壓濾機回收，壓濾機的濾液返回濃縮機。余吾礦選煤廠所用螺旋分選機為LXA1000型煤用分選機，螺旋槽面直徑為1 000 mm，配置為每柱3頭螺旋，每頭4圈螺旋。

圖4 余吾礦選煤廠原則流程

4 LXA1000螺旋分選機性能評定

4.1 入料可選性分析

山西潞安集團余吾礦選煤廠螺旋分選機入料為分級濃縮旋流器底流，入料灰分為16.97%，按照GB 475—2008《商品煤樣人工采取方法》對螺旋分選機的入料及產品進行取樣，并按照MT/T 808—1999《選煤廠技術檢查》煤粉浮沉試驗方法測定入料、精煤、矸石產物的密度組成情況。

對粗煤泥的可選性分析得出螺旋分選機入料浮沉結果見表1，利用螺旋分選機入料的浮沉結果繪制的可選性曲線如圖5所示。

由圖5可知：λ曲線上部較為陡峭，下部曲線較為平緩，表明中間密度級物料含量較少。通過查詢可選性曲線可知：當要求精煤灰分為11%時，其理論分選密度為1.867 g/cm3，精煤理論產率為88.19%；當要求精煤灰分為12%時，其理論分選密度為1.915 g/cm3，精煤理論產率為90.77%。當要求精煤灰分在10%～11%之間時，δ±0.1含量在10%～20%之間，可選性等級為中等可選[11]。

表1 螺旋分選機入料的浮沉結果Table 1 Float-and-sink data of spiral separator′s feed coal %

圖5 螺旋分選機入料可選性曲線

4.2 工藝性能評定

目前余吾礦選煤廠螺旋分選機運行狀況良好，入料灰分為16.97%，精煤產品灰分為10.98%，矸石灰分為45.38%，精煤灰分在選煤廠要求范圍之內，且矸石不存在帶煤的情況，初步分選表明螺旋分選機分選效果較好[12]。螺旋分選機入料、溢流和底流浮沉試驗結果見表2。

利用灰分平衡法計算螺旋分選機溢流產率為82.59%，底流產率為17.41%，進而計算重產物分配率，計算結果見表3。

表2 螺旋分選機入料、溢流及底流浮沉試驗結果Table 2 Float-and-sink data of spiral separator′s feed, overflow and underflow %

表3 螺旋分選機重產物分配率計算結果Table 3 Calculated partition coefficients of heavy products %

由表2、表3數據可得：

(1)可能偏差E的計算。

式中：d75為分配率為75%時對應的密度，g/cm3；d25為分配率為25%時對應的密度，g/cm3。

圖6 螺旋分選機重產物分配率曲線

(2)不完善度I的計算。

式中：d50為分配率為50%所對應的密度，g/cm3。

從圖6中查得d50為1.75 g/cm3，由此得到螺旋分選機的不完善度為0.18。

(3)螺旋分選機數量效率ηe的計算。

利用表2中灰分一列和精煤產率一列數據分別作為橫、縱坐標繪制浮物曲線(圖7)。根據螺旋分選機的精煤產品灰分10.98%，從圖7中查得對應的精煤理論產率為80.55%。

圖7 螺旋分選機浮物曲線

由此可得螺旋分選機數量效率：

式中：ηe為數量效率，%；γp為實際精煤產率，%；γt為理論精煤產率，%。

對螺旋分選機分選效果進行評定，LXA1000螺旋分選機精煤產率為82.59%，矸石產率為17.41%，可能偏差E為0.135 g/cm3，不完善度I為0.18，數量效率ηe為97.5%。因此該型號螺旋分選機在滿足選煤廠對精煤灰分指標的要求下，運行狀況良好，達到了預期的指標要求。

5 結語

山西潞安集團余吾礦選煤廠通過采用螺旋分選機對粗煤泥進行分選回收，螺旋分選機的運行情況表明：螺旋分選機分選可能偏差E為0.135 g/cm3，數量效率為97.5%，分選的精煤指標達標，不僅提高了精煤產率，增加了選煤廠的綜合經濟效益，同時也降低了煤泥水系統的負荷，改善了全廠設備運行環境，有益于系統長期穩定運行。