選煤廠泥煤干擾床分選工藝優化研究

張慶棠

（孝義市能源局，山西 呂梁 032300）

煤炭是我國支柱性能源，煤炭應用于各行各業，但是煤炭資源是不可再生能源[1]。為了節約資源以及提高煤炭資源的利用率，選煤廠通過洗選工藝來提高煤炭品質并降低煤炭資源的浪費，通常采用“重介質旋流器和浮選”工藝進行泥煤分離[2]。但在洗煤過程中由于分選設備以及煤炭顆粒之間的相互碰撞，導致細小煤顆粒含量增加。對細小煤顆粒進行回收，是一種有效地防止資源浪費手段。齊正義等[3]認為干擾床分離泥煤的入料懸浮液濃度在40%～60%之間分選效果最佳。張彥軍等[4]以張家口選煤廠干擾床分選泥煤為研究背景，通過CSS泥煤分選機代替螺旋分選機，提高了泥煤分選的質量與效率。一些學者[5]通過泥煤分離試驗和Fluent數值模擬軟件相互結合的方式研究干擾床泥煤分選機中顆粒的運動規律，研究發現重顆粒下沉，中等顆粒懸浮于分選機中部，小顆粒順上升水流溢出。現有的泥煤分選工藝適用于大顆粒泥煤分選，而且分選精度較高、精煤產率好，但是粒徑在0.35～0.5 mm左右的泥煤粒徑需要進入三產品重介質旋流器重進行分選。由于0.35～0.5 mm泥煤顆粒的粒徑相差較小，難以在旋流器層流液體中有效分離，同時旋流器中固體可以與旋流器內艙相互碰撞和摩擦等，會引起泥煤顆粒粒徑進一步降底，從而導致泥煤分選細顆粒效果不佳。由于傳統干擾床分選效率低、泥煤分選質量難以控制，為了提高泥煤分選質量，采用高效的阻尼器提高干擾床泥煤分選質量與資源利用率。

1 選煤工藝存在的問題

（1）部分泥煤顆粒進入干擾床浮選機后導致浮選跑粗，為了提高浮選效率通常會采用加大藥劑的方式促進粗粒煤炭顆粒沉降，這樣做容易導致浮選過程中的細粒煤污染嚴重，最終導致浮選過程中雖然粗顆粒回收效率有所增加，但是也導致精煤灰的含量顯著增加。

（2）泥煤脫篩的孔徑在0.3～0.5 mm左右，極其細小的篩孔會增加篩分難度，為了增加泥煤篩分效率，就必須增加篩子的數量，導致篩分過程中的施工成本以及施工時間增加。

（3）泥煤篩分的粒度逐漸減小，導致傳統干擾床浮選精度降低，分流器水流重的細小泥煤顆粒在旋流器內部難以進行有效的區分，會引起篩分后精煤中泥土的含量增加。同時，在旋流器分選中，由于與機器的碰撞也會導致泥煤顆粒的粒徑進一步降低，所以傳統干擾床分選機保證了泥煤分選精度就會降低精煤分選率。

2 阻尼器干擾床與傳統干擾床分選特點

選煤廠干擾床是采用上升的水流實現不同密度、不同粒徑的物料的沉降速度差，來實現物料的分層與分選。泥煤分選過程就是將整個物料放入分選機內艙，小密度和小顆粒物質隨著上升的水流溢出，大粒徑與大密度顆粒可以直接沉入艙底，中密度與中等顆粒物質浮游于浮選介質中。根據不同密度與不同直徑顆粒在干擾床中的不同行為從而分離出泥煤混合物中的煤。但是傳統的干擾床分選機由于內部浮選液旋轉過程中液體的流速差異較小，難以對差別不大的固體顆粒進行分析，為了提高泥煤分選效率通過在分選機內艙加入阻尼器的方式來提高精煤的分選效率。泥煤顆粒在分選過程中主要是依靠不同密度顆粒在浮選液中出現分層現象，但是分選機艙內液體往往呈現層流，就導致顆粒差別較小的泥煤顆粒難以分離，在分選機內加入阻尼器可以有效地將艙內層流的液體改變為紊流而且在阻尼器附近的水流呈現渦流狀態，使得不同粒徑的泥煤顆粒可以有效地被分離開。改進后的干擾床分選系統相比于傳統的干擾床分選系統主要有以下優點：

（1）傳統干擾床分選機內部浮選液流速變化小，液體處于層流狀態，這就導致了分選機內部顆粒分層不明顯，粒徑相差較小的顆粒難以分層。

（2）加入阻尼器的干擾床分選機由于阻尼器的存在，分選機內部浮選液屬于紊流狀態，尤其是在阻尼器附近水流速度變化較大，導致上升水流速變化大，而且阻尼的加入還會引起水流產生渦流現象，進一步加劇浮選液內部水流速度差異，有助于浮選液相近粒徑顆粒分層。

（3）阻尼器不僅可以改變分選機內浮選液的水流運動情況，而且引起分選機內部顆粒的運動情況。一旦泥煤混合物通過入料口進入分選機內后，顆粒在浮選液內部不同位置之間產生運動，阻尼器可以使不同粒徑的顆粒進行成層分離。通過顆粒經過與阻尼器之間的相互碰撞、摩擦，有效地減小了顆粒表面附著的氣泡。阻尼器在提高分選效率的同時，也可以增加顆粒與水的混合。

3 兩種干擾床分選效果研究

3.1 阻尼器干擾床分選試驗

阻尼器干擾床分選系統對傳統分選機進行了改進，增加了阻尼器，改變了傳統分選機內水流層流問題。阻尼分選床干擾系統示意圖如圖1。將定量的上升水流經過管路流入分選機內部，在上升水流速穩定后，將事先準備的泥煤樣品放入分選機內，通過馬弗爐對實驗樣品進行灰化處理，即可計算泥煤分選的分選效率。對該煤樣進行了篩分試驗，并對粗煤泥物料進行浮沉試驗。泥煤樣篩分過程中參考《煤炭篩分試驗方法》（GB/T 477-2008），采用大粒徑+0.5 mm級的篩網篩分大顆粒，大顆粒篩分后可以對0.25～0.5 mm級的顆粒采用浮沉試驗的方式再進行進一步的篩分。將80 g的泥煤樣品放入120 mL離心燒杯中，同時控制離心機的轉速為2500 r/min，離心旋轉分離試驗持續時間為8 min，待離心旋轉分離完成后靜止5 min即可撈出液體中上浮顆粒烘干進行測量質量。最后根據分離結果繪制分離后的泥煤顆粒級配曲線。

圖1 阻尼分選床干擾系統示意圖

3.2 泥煤分離試驗結果分析

傳統干擾床分選機與加入阻尼器的干擾床分選機分選的分配曲線，從圖2中可以看出加入阻尼器的干擾床分選機的泥煤分選效果更好。在泥煤顆粒密度1.25～2.0級別中，加入阻尼器干擾床分選機的分選質量顯著好于傳統的干擾床分選機。同時可以計算出同等情況下，在精煤灰分要求10%以下時，傳統干擾床分選機得到的精煤分選率在55.9%，精煤灰的分選率在9.2%，尾煤分選率為28.9%。阻尼器干擾床分選機得到的精煤分選率在68.3%，精煤灰的分選率在11.3%，尾煤分選率為20.4%。通過對比可以明顯地看到阻尼器干擾床分選機對泥煤處理的效果更好，阻尼器干擾床分選機可以得到較高的精煤分選率。從表1中可以看到傳統干擾床的分選精度為0.24，分選精度相對降低。采用阻尼器干擾床后泥煤的分選精度提高到了0.16，得到了比較滿意的泥煤分選精度。

圖2 兩種分選方式顆粒級配對比曲線

表1 兩種干擾床分選結果統計表

4 結語

（1）阻尼器可以改變干擾床分選機內艙浮選液的運動情況，使得傳統分選機艙內接近層流的流動狀態變成紊流，從而有利于粒徑相近的顆粒分離，提高泥煤分選率。

（2）阻尼器可以使分選機艙內水流從層流變為紊流甚至渦流，從而顯著地提高精煤的分選率。