關于重介質旋流器幾個問題的探討

杜長江

中國礦業(yè)大學（北京）化學與環(huán)境工程學院，北京 100083

0 引言

在各類選煤工藝中，重介質選煤具有分選精度高、對原煤適應性強、可生產(chǎn)超低灰分精煤和易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點， 尤其是是應用離心力場強化礦物分選的重介質旋流器，已成為國內外首選的選煤技術。重介質旋流器對密度差值較小的難選和極難選的原煤可進行精確的分選，該設備結構簡單，無動部件，隨著設備大型化的發(fā)展，入料上限達到100mm，分選下限可達0.10mm，可能偏差EP=0.01～0.06，是一種高效選煤設備。美國使用重介質旋流器的選煤廠比例已超過50%，澳大利亞和中國也廣泛采用該技術作為主再選設備。

1 重介質旋流器的分選機理

重介質旋流器選煤遵循阿基米德原理，物料在旋流器中通過徑向上的離心力和軸向的阿基米德力來分選的。徑向離心力F0為

阿基米德力F為F=G-Ft=V(δ-ρ)g（2）

式中，V為顆粒的體積，m3；δ為顆粒的密度，kg/L；ρ為懸浮液的密度，kg/L；v為顆粒旋轉時的切向速度，m/s；r為顆粒旋轉半徑，m；G為顆粒重力，N；Ft為顆粒所受的浮力，N。

徑向方向運動：當δ>ρ時，顆粒向器壁運動，當δ＜ρ時，顆粒向中心運動。

垂直方向運動：當δ>ρ時，顆粒下沉，當δ＜ρ時，顆粒上浮，當δ=ρ時，顆粒處于懸浮狀態(tài)。

以上兩式可定性描述顆粒在旋流器中的分選過程，除密度外，顆粒粒度等對分選都有影響。

2 有壓入料與無壓入料方式的選擇

國外較多采用有壓入料方式，而國內廣泛采用的無壓入料方式。

有壓入料方式是將被選物料與重介質懸浮液預先混合后，通過離心泵或定壓箱壓入旋流器內進行分選。無壓入料方式是被選物料與懸浮液分開給入旋流器內，懸浮液用離心泵或者定壓箱壓入旋流器中形成漩渦，而被選物料靠自重進入，并被卷進漩渦內進行分選。

有壓入料的優(yōu)勢是對細粒級物料分選精度高，分選下限可達0.10mm，但有壓入料方式易導致過粉碎，產(chǎn)生次生煤泥量大，增加懸浮液內的非磁性物含量。

無壓入料方式的優(yōu)勢是旋流器內介質密度可控性好，次生煤泥少，對原煤適應能力強，避免了入料泵對煤的過粉碎和煤對泵的磨損，是泥化程度最輕分選工藝之一，較有壓入料對設備磨損和能耗低，但旋流器底部有壓給入的懸浮液與物料顆粒存在切向速度差，導致實際分選密度升高和重產(chǎn)物錯配等問題，只有通過增加旋流器筒體長度才能解決該問題。

3 選前脫泥與不脫泥的選擇

國外多采用選前脫泥，而國內一般選前不脫泥。

選前脫泥的優(yōu)點是可以提高分選精度和效率，減少煤泥量和脫介篩的面積，降低磁選機負荷和介耗，但會使工藝復雜，還要對原生煤泥單獨處理，增加浮選投資，而且適量的煤泥對于保持懸浮液的穩(wěn)定性是有利的。

選前不脫泥的優(yōu)點是簡化了工藝環(huán)節(jié)，減少工程投資和管理操作難度，但不脫泥工藝的介質循環(huán)量大，增加了介耗，分選密度容易波動，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，尤其是原生煤泥量較大時，大量原生煤泥會直接進入重介質懸浮系統(tǒng)，導致懸浮液粘度的增加，細粒級物料得不到有效分選，影響精煤產(chǎn)率。

4 分級與不分級入選方式的選擇

隨著采煤機械化程度的提高，原煤中塊煤量含量減小，粉末煤增多，是否分級入選就成了設計者需考慮的重要問題

分級入選的優(yōu)勢是其分選效率高于不分級入選，在選煤廠設計中，尤其是大規(guī)模選煤廠設計，分級后入選會提高分選能力，但給工藝布置和設備選型帶來不便。

不分級入選的優(yōu)勢是工藝流程簡單，管理操作方便，而且可以減小廠房體積，但物料不分級，其粒度范圍寬，難以實現(xiàn)合理條件下的分選。

5 兩產(chǎn)品重介旋流器與三產(chǎn)品重介質旋流器的選擇

國外公司往往使用兩產(chǎn)品重介質旋流器，如澳大利亞在我國設計的模塊化選煤廠，而國內設計常常采用三產(chǎn)品重介質旋流器，尤其是無壓三產(chǎn)品重介旋流器。

兩產(chǎn)品重介質旋流器的優(yōu)勢是對分選密度小于1.8kg/L的動力煤有較好效果，但對于高于1.8kg/L的分選，其高密度懸浮液較難制備，可能偏差值較大，設備磨損嚴重，且選前必須脫泥。

三產(chǎn)品重介質旋流器的優(yōu)勢是可以用一套低密度介質系統(tǒng)實現(xiàn)高密度物料分選，簡化再選物料運輸，入選原煤可不必脫泥，允許煤泥量高達50%以上，并可實現(xiàn)無級調灰，靈活掌握是否出中煤，工藝簡單，基建投資少，生產(chǎn)成本低。但第二段旋流器所需的高密度介質是靠第一段旋流器濃縮而來，很難精確測定和控制第二段密度，可將二段固定溢流管改為伸縮管后，通過調插入深度來改善分選效果。

國內研制的多供介無壓給料三產(chǎn)品重介質旋流器比單供介無壓三產(chǎn)品重介質旋流器具有更高的分選精度，更快的分選速度，更大的處理能力，更低的能耗，且工藝參數(shù)調節(jié)方便，分選效果理想，已在全國多家選煤廠應用。

6 結論

隨著采煤機械化程度的提高，細粒級煤比例的不斷增加，煤質的惡化，使得原煤的可選性變差。重介質旋流器作為一種高效選煤設備，在工藝設計中，要因煤制宜地選擇有壓入料與無壓入料、選前脫泥與不脫泥、分級與不分級、兩產(chǎn)品重介旋流器與三產(chǎn)品重介質旋流器，使其能更高效地分選。

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