采用大直徑水力分級旋流器對精煤磁選尾礦脫泥降灰的優化研究

劉 偉

(延安市禾草溝煤業有限公司，陜西 延安 717399)

水力分級旋流器是選煤廠常用的一種分級濃縮設備，主要應用在煤泥水，如精煤磁選尾礦水、中煤矸石磁選尾礦水、重介旋流器脫泥篩篩下水等的煤泥水分級濃縮環節。其分級原理是：依靠動力設備提供的離心力，使礦粒根據自身粒徑/密度的差異實現分離。該設備具有占地面積小、處理量大、分級效率高的特點[1-2]。禾草溝選煤廠原設計選用FX500旋流器用于處理精煤磁選尾礦和中煤矸石磁選尾礦，實現對磁選尾礦的濃縮分級，但由于該廠煤泥含量高，且煤泥中高灰細泥含量高，精煤磁選尾礦雖然經旋流器濃縮分級，但底流灰分仍高于精煤要求灰分，造成重介系統“背灰”。

1 選煤廠精煤磁選尾礦回收工藝存在的問題

禾草溝選煤廠為一座設計6 Mt/a的礦井型選煤廠，其選煤工藝為：無壓三產品重介質旋流器混合入洗，煤泥浮選，尾煤泥壓濾，全廠洗水閉路循環。精煤磁選尾礦回收工藝流程為：磁選尾礦水經煤泥水泵送至FX500旋流器，旋流器溢流進入浮選系統，底流經弧形篩、煤泥離心機脫水脫泥后，直接作為產品進入精煤(如圖1所示)。

圖1 精煤磁選尾礦回收流程示意

現精煤磁選尾礦回收工藝中，存在最大的問題就是回收的粗精煤泥灰分遠高于精煤產品要求的10.00%。磁選尾礦粒度組成分析結果見表1。由表1可以看出，精煤磁選尾礦粒度組成很細，小于0.125 mm粒級產率達到67.90%，灰分為56.01%；而大于0.25 mm粒級的累積產率為12.32%，累積灰分為6.32%，可直接進入精煤；甚至大于0.125 mm粒度級的累積灰分為7.07%，從精煤磁選尾礦粒度組成上分析，實現降灰的主要方式就是脫泥。

精煤磁選尾礦進入FX500旋流器進行濃縮分級，分別采取溢流和底流進行粒度組成分析，結果如表2、表3所示。從粒度組成上看，底流中小于0.125 mm粒度級含量為45.65%，其中，小于0.045 mm粒級的含量就達到23.32%，夾細嚴重。底流總灰分為25.10%，經過后續弧形篩和煤泥離心機脫水脫泥后，總灰分可以達16%左右，不符合直接進入精煤的要求。

表1 精煤磁選尾礦篩分試驗結果

表2 FX500旋流器溢流篩分試驗結果

表3 FX500旋流器底流篩分試驗結果

FX500旋流器的分級效率：綜合表1、表2、表3數據計算得出，旋流器的分級效率為51%，分級效率較低，底流夾細嚴重。因此，要想解決精煤磁選尾礦灰分超標問題，主要方法就是提高旋流器的分級效率，減少旋流器的底流夾細情況。

2 分級濃縮旋流器結構及選型

2.1 結構介紹

分級濃縮旋流器結構示意見圖2。

圖2 分級濃縮旋流器結構示意

分級濃縮旋流器主要由進料體、圓柱段、圓錐段、底流口和溢流管等幾部分組成。物料以一定的速度通過旋流器入口進入旋流器內部，在里面形成內外兩個不同的旋流區，礦粒根據自身粒徑的大小，分別進入內外兩個旋流區。其中內旋流主要以細粒級物料為主，從上部溢流管出去，而外旋流主要以粗粒度物料為主，從底流口排出，從而實現物料按照粒度的差異進行分離[7-8]。

2.2 影響旋流器分級粒度的因素

影響旋流器分級粒度的因素較多，如入料壓力、礦漿密度、礦漿粘度、旋流器結構等，目前對旋流器分級粒度進行計算的數學模型均為經驗模型，其中以龐學詩提出的經驗公式應用最為廣泛[3]。

式中，dm為分級粒度；D為旋流器直徑；do為旋流器溢流管直徑；di為旋流器入口當量直徑；μm為礦漿粘度；ρm為礦漿密度；Δpm為給礦壓力。

由此經驗公式可以得出，影響旋流器分級粒度的主要因素有旋流器直徑、旋流器入料口直徑、旋流器溢流管直徑、礦石密度、礦漿密度和粘度、給礦壓力。在這幾個影響參數中，可以直接用于變更的條件只有旋流器的結構參數和給礦壓力，而礦石及礦漿的物理性質無法有效改變。

結合禾草溝選煤廠現旋流器使用效果，計劃對旋流器結構進行整體變化，由FX500旋流器變為FX800旋流器，以提高旋流器的分級粒度，減少旋流器底流夾細情況。

2.3 FX800旋流器技術參數

FX800旋流器主要技術參數如表4。

表4 FX800旋流器技術參數

3 FX800旋流器應用效果及對比分析

3.1 應用效果

FX800旋流器在禾草溝選煤廠運行穩定后，按照GB/T477—2008《煤炭篩分試驗方法》，分別對其入料、溢流、底流進行篩分試驗分析，結果見表5～表7。

表5 FX800旋流器入料篩分試驗結果

表6 FX800旋流器溢流篩分試驗結果

表7 FX800旋流器底流篩分試驗結果

由試驗結果可以看出，FX800旋流器的分級效果優于FX500旋流器。從底流夾細方面進行對比發現，FX800旋流器底流的夾細率為34.76%，FX500底流夾細率為45.65%，前者比后者下降了10.89%，灰分下降7.31%。

3.2 對比分析

為進一步說明大直徑旋流器在使用效果方面優于FX500旋流器，分別對兩種規格旋流器進行單機檢查，對比分級指標。

(1)分離粒度對比。對比FX500旋流器和FX800旋流器的粒度分配曲線(圖3、圖4)，從曲線分離粒度d50發現，FX500旋流器的分離粒度為0.06 mm，FX800旋流器的分離粒度為0.085 mm，說明更換大直徑旋流器后，分離粒度提高了0.025 mm，這也是大直徑旋流器底流夾細情況優于FX500旋流器的主要原因[5-6]。

圖3 FX500旋流器粒度分配曲線

圖4 FX800旋流器粒度分配曲線

(2)分級效率對比。按照0.125 mm計算分級效率，并進行對比，結果如表8所示。

表8 分級效率對比

對比分級效率發現，FX800旋流器的分級效率高出FX500旋流器分級效率12.84%。

在溢流跑粗方面，FX800旋流器低于FX500旋流器約2.59%，這就意味著使用大直徑旋流器后，溢流跑煤比例下降2.59%，按照旋流器入料量為基準進行計算，則減少跑煤1.41%。

4 結 語

禾草溝選煤廠選用大直徑FX800旋流器后，有效減少了底流夾細，使底流灰分降低7.31%，分離粒度提升0.025 mm，分級效率提高12.84%，減少因分級效果差造成的精煤損失約1.41%。