影響無壓三產品重介質旋流器分選效果的原因及解決措施

方瑞新

(西山晉興能源公司 斜溝煤礦選煤廠，山西 呂梁 033000)

由于中國能源結構的特點是以煤為主，在當前環保要求日趨嚴格的形勢下，煤炭的洗選加工顯得越來越重要。在現代化選煤工藝中，重介選煤已經占據主導地位，尤其無壓三產品重介質旋流器以分選下限低、設備磨損小、易實現自動控制等優點，已廣泛應用于全國各選煤企業。

1 選煤廠概況

西山煤電集團托管的福裕選煤有限公司選煤廠于2012年建成投產，是一座設計能力2.25 Mt/a的煉焦煤選煤廠。主要洗選工藝(圖1)：原煤由準備車間排矸破碎，經過脫泥后進入無壓三產品旋流器分選；選后精煤、中煤、矸石三種產品各自經弧形篩脫介；脫介后的精煤產品通過直線振動篩分級，分級篩篩下物經離心機脫水后進入精煤膠帶；中煤、矸石脫水脫介后分別由膠帶運至各倉，末煤浮選。

2 雙供介無壓三產品重介質旋流器存在的問題

選煤廠所用旋流器型號為3SNWX1350/950，其主要結構如圖2所示。工作原理為：重介質懸浮液沿切線方向通過雙給介入口給入一段旋流器，其中一個是穩定的大流量入口，一個是可調節的小流量入口；同時物料通過入料彎頭進入一段旋流器的中心；在螺旋運動的懸浮液離心力場中，物料遵循阿基米德原理，輕、重產物得以分離[1]；物料隨重介質懸浮液邊旋轉邊分離，精煤由一段溢流口排出，矸石和中煤在靠近一段旋流器器壁處向下旋轉進入二段；在二段旋流器中邊旋轉邊分離，中煤在旋流器中心向上旋轉從二段溢流口排出，矸石在靠近器壁處向下旋轉由底流口排出，此時完成全部分選[2]。

旋流器在運行一段時間后，通過煤質檢測發現，滿負荷運轉狀態下分選效果不理想，精煤(灰分偏高)中含有少量矸石，同時矸石中帶中煤現象較為嚴重(見表1)。

3 選后產品錯配物含量偏高的原因分析

通過現場觀察，并在集控中心觀測生產過程中旋流器壓力、重介質磁性物含量等參數，發現旋流器產品錯配物含量偏高的原因主要有以下幾種。

(1)入料壓力偏低。旋流器在分選過程中會形成一個“分離錐面”，在離心力的作用下，位于“分離錐面”內部的高密度礦粒由中心向外移動，越過“錐面”由底流口排除，反之則留在“錐面”內部，由溢流口排出成為輕產物。而離心力的大小與入料壓力有密切關系，入料壓力的變化會給分選效果帶來顯著的影響，隨著入料壓力的增加，“分離錐面”更能快速形成，顆粒的分離更迅速，所以分選較為徹底[3]。當入料泵葉輪有磨損或有其他雜物進入系統造成入料不暢而影響入料壓力時，入料壓力偏低，“分離錐面”的形成受到影響，礦粒在分選過程中的運動行程紊亂，從而導致精煤帶矸[4]。

圖1 選煤工藝流程示意

圖2 雙供介無壓三產品重介質旋流器結構示意

(2)懸浮液穩定性差。懸浮液穩定性是維持自身密度不變的性質，主要表現為懸浮液的密度和粘度。在一定條件下，懸浮液密度與礦粒的實際分選密度構成一定正比例關系，入料懸浮液密度越低，重介質用量越少，但懸浮液在旋流器中受到的濃縮作用也越強，懸浮液密度的分布越不均勻，因而導致分選效率降低[5]。懸浮液粘度隨容積濃度的增加而增加，當濃度超過臨界值35%時，粘度急劇增大，礦粒分選速率急劇降低，分選效率變差。

(3)內部通道不暢。在旋流器工作過程中，由于內部結構的特性或原煤露天貯存時會混入絲質防塵網等雜物，導致內部通道部分堵塞，偶爾有片狀矸石也會卡住通道口，主要是一段到二段的通道口，直接影響一段分選效果，嚴重的情況下可能會導致重產物來不及由底流口排走而直接由溢流口排出。

4 解決措施

(1)在生產過程中如發現入料壓力偏低，要立即減少原煤入洗量。尤其在原煤含矸量較大時，對旋流器入料壓力影響較為明顯，而入料壓力的大小是影響旋流器分選效果的主要可調參數[6]。實驗表明，如果選煤廠所用旋流器處理量為400～600 t/h，當原煤量超過550 t/h時，壓力傳感器數值降低幅度較大，在旋流器入料口明顯能觀察到物料堆積，此時會嚴重影響物料有效分選。為了保證分選效果，在原煤含矸量較大時，減少原煤入洗量，同時適當增加合格介質給入量。介質泵的運行狀況對入料壓力起著決定性作用，為了保證介質泵在最優工況下運行，要求機修人員加強對介質泵巡檢，按規定周期更換磨損嚴重的蝸殼、葉輪等零部件，加強清理泵殼、入料口、出料口堆積的介質粉和雜物，確保介質泵達到合格壓力，以保證旋流器的分選效率。

(2)懸浮液是一種不均質的兩相系統，是由兩種完全不同的物質組成的混合物[7]。為了保證水—磁鐵礦粉兩相物質最大限度形成均質混合物，選煤廠在原有系統上額外在合介桶底增加鼓風管路，同時在每次啟機前，延長鼓風時間，以保證懸浮液的穩定性；同時定期清理桶壁淤積物料，保證懸浮液有足夠的循環空間。在煤泥含量增大時，懸浮液粘度急劇增大，會影響分選效果，可在脫泥篩上方增加一排噴水，根據實際生產情況，適度增大噴水量，減少進入重介質系統的煤泥量，以保證煤泥含量在合理范圍內[8]。由于初始設計的介質回收系統不合理，重介質系統沒有設置稀介桶，分選產品經過弧形篩脫介后進入振動篩，稀介質段篩下物直接進入磁選機磁選，對磁選機入料無法調整，導致一部分稀介質來不及磁選直接進入尾礦，磁選機回收效率降低。后經研究，決定調整弧形篩安裝傾角，減緩其坡度；同時在篩面上安裝彈性擋皮，以延長物料透篩時間；并合理調整篩上噴水閥門開度，盡量減少進入磁選機的稀介質，提高磁選機的回收效率。這樣既保證了合格懸浮液的密度，又降低了介耗[9]。

(3)露天貯煤場的最大缺點就是容易混入雜物，而且在手選環節很難全部去除，同時原煤中經常含有大塊片狀矸石，當旋流器內部耐磨襯里因為磨損不夠光滑時，絲狀雜物與片狀矸石纏繞在一起，極易堵塞旋流器管路以及一段到二段的通道，嚴重影響旋流器的分選效果[10]。此種情況嚴重時，必須停機檢修，維修人員要鉆入旋流器內部進行清理。為減少這種事故的發生，選煤廠根據實際情況，在加強撿雜工作的同時，在旋流器入料口加裝了網格篦子，有效避免了雜物進入系統，減少了旋流器堵塞，減輕了職工的勞動強度，巡檢人員只需及時清理篦子上的雜物。

通過上述改進，減少了系統停機次數和時間，一定程度上降低了介耗，減輕了職工的勞動強度。煤質化驗數據表明，旋流器產品錯配物含量偏高的問題基本得到解決(如表1)。

表1 改造前后生產精煤、矸石50～0.5 mm粒級浮沉實驗對比

5 結 語

(1)此次改造雖然僅是對前期設計不合理之處進行了簡單改造，但是效果顯著，投資少，見效快，不僅為企業增加了經濟效益，而且減輕了職工勞動強度。

(2)對無壓三產品重介質旋流器投入使用后存在的諸多問題進行分析并采取有效措施，取得了良好效果，可對此類旋流器的大范圍推廣使用起到促進作用，且為其他同類型選煤廠進行改造提供了經驗。