重介質旋流器選煤工藝探討

譚榮暉

摘 要：隨著我國采煤機械化程度的進一步提升，煤泥含量在選煤廠入選原煤中所占比例越來越大，若不經過分選粗煤泥很難達到理想的分選效果，具有較高灰分，對精煤產率影響較大。重介質旋流器是煤炭洗選工業的主要設備之一，將其選用選煤生產，可有效提升精煤的回收率，降低浮選系統的生產壓力。為此，本文在充分了解重介質旋流器工作原理的基礎上，對其特點進行了探討，最后通過具體案例，分析了其選煤工藝的有效性。

關鍵詞：重介質旋流器;選煤工藝;工作原理

1 重介質旋流器工作原理

在重介質旋流器分選中，物料和懸浮液以一定壓力沿切線方向給入旋流器，將會形成強大的漩渦流，液流由入料口順著旋流器內壁可形成一個向下的外螺旋流，同時有一個上升的內螺旋流在旋流器軸線周圍形成，隨內螺旋流入料中精煤向上，并由溢流口排出。隨外螺旋流矸石向下，由底流口排出。重力分選時，在流體介質中礦物顆粒的沉降是最基本的運動形式。礦物顆粒不同，則其密度、粒度、顆粒形狀等均存在差異，從而導致顆粒在流體介質中的沉降末速也有所區別。

相比懸浮液密度，顆粒密度較大時，在懸浮液中半徑為r處顆粒所受合理為正值，顆粒將甩向外螺旋流，反之，甩向內螺旋流。以此分離開密度高于或低于介質的顆粒。在旋流器內，離心力遠遠高于重力，將大幅加快分選速度，提高分選效率，進而達到理想的分選效果。

2 重介質旋流器分選煤泥特點

我國煤泥重介工藝系統基本相同，煤泥重介分選工藝可大大簡化操作流程，降低生產成本。其主要特點如下：

1）能夠與重介質旋流器、浮選機有效配合，構成一個完整的煤炭選分系統，克服粗煤泥分選難的問題。

2）通過主選旋流器可實現介質濃縮分級，保證進入煤泥重介的重介質粒度變細，大幅提升細粒物的分選精度，無需設置單獨的介質制備回收系統。

3）作為一種物理分選方法，煤泥重介質分選粗煤泥相比浮選，在氧化煤、風化煤等方面具有理想的分選效果。

4）煤泥重介分選主要是以密度為標準，針對較大密度的細粒礦，具有較好脫除效果。

3 重介質旋流器選煤工藝

近年來，重介選煤工藝迅速發展，選煤技術越來越多。常見類型包括不脫泥無壓三產品重介旋流器分選工藝、有壓三產品重介旋流器分選工藝和有壓兩段兩產品重介分選工藝。三種選煤工藝中，第一種不脫泥無壓三產品重介旋流器分選工藝，在原生煤泥量不高，煤質較硬煤種中具有較高適應性，然而，在較大原生煤泥洗煤廠適應性較差。第二種有壓三產品重介旋流器分選工藝多用于較硬煤質，且矸石不易泥化的煤種。相比以上兩類，兩段兩產品重介旋流器分選工藝具有靈活性大， 可控性強， 分選精度高， 循環懸浮液量小等優勢，且可大幅降低主廠房高度。

3.1 煤質分析

某洗煤廠采用的是二產品重介旋流器，原煤以綜采為主要開采方式，經煤樣工業分析和煤樣元素分析，浮煤浮沉密度為1.4g/cm?。經小篩分試驗可知，煤泥主導粒級為2類，第一類為0.5～0.25 mm，在煤泥內所占比例達到30.80%，灰分為14.79%;另一類為<0.045 mm，在煤泥內所占比例達到27.56%，灰分為31.34%。根據分析可見，此煤泥各粒級中<0.045 mm粒級，具有最高灰分，為31.34%，0.125～0.074 mm粒徑除外，隨著粒度的減小，灰分將會隨之增大。

經小浮沉試驗可知，此煤泥低密度級含量較大，其中主導密度級為1.3～1.4g/cm?，在本級產率中該密度級所占比例達到44.36%，灰分為6.67%。基于低密度物料具有良好的疏水性和可浮性，認為此煤泥具有良好可浮性，能夠獲取灰分較低的浮選精煤。

3.2 確定工藝方案

1）選前脫泥與不脫泥工藝。該產原煤煤泥含量偏高，選前采用不脫泥工藝，缺點極為顯著。例如重介分選系統內進入大量煤泥，想要從系統內排出，需要花費大量時間，甚至會細化煤泥，嚴重影響后期循環水處理效果。因此，決定采用選前脫泥工藝，該工藝可以保證主選階段入料穩定，減小煤泥對合格介質密度的不利影響，提高旋流器分選下限，增強分選效果，提高精煤回收率。

2）主選方法的確定。隨著重介工藝技術水平的不斷提升，在生產實踐中重介分選工藝得到了廣泛應用與推廣。于洗煤廠而言，生產低灰分精煤時，很可能出現中間產物，針對這種情況，在重介質旋流器選煤工藝中，可采用兩種方式，即有壓三產品重介質旋流器與有壓兩段兩產品重介旋流器，其中，有壓三產品重介質旋流器選擇泵送混合物料的模式進行分選，但對浸泡后的煤和矸石來講，離心泵高速旋轉的葉輪將會對其產生強大的沖擊力，甚至會撞擊破碎煤和矸石，或出現泥化作用。此外，矸石經過整個旋流器內壁，很容易損壞旋流器內壁，因此，該工藝可應用于煤質較硬，矸石不易泥化的煤種。相比之下，有壓兩段兩產品重介旋流器介質系統較為復雜，且一次性基建成本高。但其在分選方面具有較大靈活性和極強的可控性，相比有壓三產品重介質旋流器，其還具有分選精度高、循環懸浮液量小等優勢。基于煤質分析，決定采用預先脫泥有壓兩段兩產品重介旋流器主選，機械攪拌浮選機進行<0.5mm煤泥分選，浮選精煤采用壓濾回收。

3）煤泥分選工藝的選擇。第一，是否增加粗煤泥分選設備。當前，國內很多大型洗煤廠多將粗顆粒從煤泥內分離出來，且設有專門的粗煤泥分選系統。（1）針對1mm以下粒級分選，大直徑重介質旋流器分選系統效果不佳，這種情況下，需采取高效率分選工藝進行粗煤泥單獨回收，在系統內減少煤泥的循環量，提升重介系統脫泥、脫介效率和系統處理效果。（2）進一步降低細煤泥處理系統規模，減少生產成本。然而，結合本廠具體情況，重介旋流器分選下限可以達到0.5mm，對于1～0.5mm粗煤泥也有較好的分選效果。因此，無需增設粗煤泥處理系統。第二，細煤泥分選工藝。一般來講，細煤泥內含有少量精煤，結合當前精煤回收原則，需進一步在煤泥進行精煤回收，具有良好經濟性，減少對環境的污染程度。通過小浮沉試驗可見，本礦原煤煤泥具有良好可浮性，因此，可采取浮選工藝進行煤泥分選處理。

3.3 應用效果

通過重介質旋流器選煤工藝的應用，可得分選效果如表1所示。

由此可見，在穩定的分選密度下， 重介精煤平均灰分在7.48%， 浮選精煤平均灰分在11.53%， 綜合精煤灰分滿足≤8.50%的要求。

4 結束語

綜上所述，重介質選煤是高效分選回收粗煤泥的重要技術手段，在難選煤和極難選煤適應性廣，且分選效果良好。基于重介質選煤的應用優勢，重介質旋流器分選工藝在我國各大選煤廠得到了廣泛應用與推廣，因此，開展重介質旋流器選煤工藝研究具有重要意義和應用價值。

參考文獻

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