上升水流對干擾床分選機分選效果的影響分析

陳志強

(1.天地(唐山)礦業(yè)科技有限公司，河北 唐山063012；2.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山063012； 3.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山063012)

在煤炭分選中，目前廣泛應(yīng)用的選煤方法有基于密度差異的跳汰、重介分選與基于表面物理化學(xué)性質(zhì)差異的浮選等[1]。而2～0.3 mm粒級粗煤泥分選難度較大、耗資較多。>2 mm的粗粒級煤采用重力分選的方法，<0.3 mm的細(xì)粒級煤泥采用浮選，一般均能達到較好的效果。但對于2～0.3 mm粗粒級煤泥，二者分選效果并不理想，存在著重選粒度下限與浮選粒度上限的缺口，傳統(tǒng)分選設(shè)備均不能對其進行有效分選，從而導(dǎo)致這部分煤的分選效果不佳、整體分選效率偏低，造成資源浪費和企業(yè)經(jīng)濟效益降低[2-3]。因此，在煤泥水處理系統(tǒng)中采用粗煤泥分選和浮選聯(lián)合工藝，才能最大限度地回收精煤，保證精煤產(chǎn)率。

為解決粗煤泥分選問題，國內(nèi)外學(xué)者都做了大量研究，并取得了一定成果。其中干擾床分選機正是目前比較常用的處理粗煤泥的有效設(shè)備，可以低成本并有效地回收2～0.3 mm粒級粗煤泥[4]。但是由于受生產(chǎn)中煤質(zhì)和粒級范圍的變化，以及高灰細(xì)粒矸石干擾等因素的影響，干擾床分選機上升水流流量和壓力的確定、傳感器排料密度的設(shè)定等均出現(xiàn)了問題。眾多參考文獻和經(jīng)驗認(rèn)為，精煤的產(chǎn)率和灰分隨著流量的增大而增大[5]，而在申家莊煤礦選煤廠對干擾床分選機的工業(yè)試驗結(jié)果卻不同。下面文章對干擾床分選機運行狀況進行了分析，研究了上升水流對干擾床分選機分選效果的影響。

1 干擾床分選機

1.1 結(jié)構(gòu)

干擾床分選機由槽體、流體分布器、排料閥、傳感器、執(zhí)行器、入料井、入水管路、溢流堰等組成[6](圖1)。槽體是用于分選的容器；流體分布器上布有若干噴水嘴，以保證上升水流分布均勻；排料閥用于排放矸石；傳感器用于測定床層密度；執(zhí)行器用于接收傳感器信號，并打開或關(guān)閉排料閥；入料井的入料來自上級設(shè)備的底流，可起到入料緩沖作用；入水管路主要是提供上升水流，精煤則通過溢流堰排出[7]。

圖1 干擾床分選機結(jié)構(gòu)簡圖

1.2 工作原理

干擾床分選機是根據(jù)密度、粒度或形狀不同的物料在水中沉降速度的差異進行選別的設(shè)備[8]，它既可以用于基于物料粒度差異的分級，也可以用于基于密度差異的分選。當(dāng)入料粒度在一定范圍內(nèi)，物料將按密度進行分選；當(dāng)入料密度在一定范圍內(nèi)，物料將按粒度進行分級。物料的密度和粒度不同，在同一介質(zhì)流中的沉降速度也不同[9]，即高密度粗粒級物料具有較高的沉降速度，低密度細(xì)粒級物料具有較低的沉降速度。提供的上升水流速度介于低密度細(xì)粒級與高密度粗粒級物料的沉降速度之間，故高密度粗粒級物料在上升水流中下沉，低密度細(xì)粒級物料則上浮，從而實現(xiàn)粒群按密度和粒度的分離[10-11]。

在充分流態(tài)化的前提下，密度相同而粒度不同的顆粒群周圍容積濃度比較均勻，小顆粒的雷諾數(shù)較小，干擾沉降速度較低[12]。因此在上升水流的作用下，小顆粒首先被沖起并集中在上層，大顆粒則集中在下層[13]。

1.3 技術(shù)特點

(1)干擾床分選機沒有傳動部件，是一種結(jié)構(gòu)簡單、單位處理量大的分選設(shè)備，唯一的分選動力就是穩(wěn)定的上升水流[14]。

(2)其基建投資、安裝和生產(chǎn)費用較低。

(3)操作簡便，自動化程度較高，其產(chǎn)品質(zhì)量不受入料量和入料組成變化的影晌，可自動調(diào)節(jié)，最大限度地減輕了操作工的工作量[15]。

2 工業(yè)性試驗及結(jié)果分析

2.1 試驗及結(jié)果

干擾床分選機的工業(yè)試驗在申家莊煤礦選煤廠完成。該分選機入料是分級旋流器的底流，分選后的精礦和尾礦由高頻篩脫水后分別進入精煤和中煤產(chǎn)品。因上升水流的流量是干擾床分選機的重要參數(shù)，故在試驗過程中，上升水流流量從200 m3/h開始，水量每增加10 m3/h，就取樣化驗溢流產(chǎn)品的灰分，直至上升水流流量達到300 m3/h，試驗結(jié)果見表1，并將之繪制成曲線，得到溢流產(chǎn)品灰分和上升水流流量之間的關(guān)系，如圖2所示。

表1 上升水流流量與溢流灰分的關(guān)系

圖2 上升水流流量與溢流灰分的關(guān)系圖

由表1和圖2可知，隨著上升水流流量的增大，溢流的灰分先降低后升高。為此做了大量的篩分試驗來尋找其產(chǎn)生的原因。

2.2 干擾床分選機溢流粒度分析

對比上升水流流量不同條件下干擾床分選機溢流篩分試驗數(shù)據(jù)(表2)可知，當(dāng)上升水流流量為230 m3/h時，<0.3 mm粒級的產(chǎn)率為54.32%，灰分在20%～65%之間；當(dāng)上升水流流量為260 m3/h時，<0.3 mm粒級的產(chǎn)率為26.36%，灰分在20%～40%之間；當(dāng)上升水流流量為300 m3/h時，<0.3 mm粒級的產(chǎn)率為37.45%，灰分在30%～75%之間。

表2 干擾床分選機溢流篩分試驗結(jié)果Table 2 Screen analysis of overflow of TBS %

由表2可知：溢流中<0.3 mm粒級的細(xì)粒矸石較多，灰分較高，因顆粒越小越容易上浮進入精煤，導(dǎo)致溢流灰分過高。隨著上升水流流量的增大，0.3～1.0 mm粒級的煤經(jīng)過上升水流的分選，雖然進入溢流的細(xì)粒矸石總產(chǎn)率沒有變化，但是精煤產(chǎn)率增多，因此溢流整體灰分降低；繼續(xù)增大水流流量，水流會使粗粒級甚至高灰的矸石帶入溢流產(chǎn)品中，導(dǎo)致溢流的灰分逐漸升高。

2.3 結(jié)果分析

分級旋流器是干擾床分選機的上級設(shè)備，不能把<0.3 mm的細(xì)粒級高灰矸石完全分離出，導(dǎo)致其進入干擾床分選機入料中。而干擾床分選機又不能對<0.3 mm細(xì)粒級進行有效分選，從而使未經(jīng)分選的細(xì)粒級全部上浮進入精煤產(chǎn)品中，造成溢流灰分偏高。

3 結(jié)論

(1)上升水流流量是干擾床分選機的重要參數(shù)，生產(chǎn)中應(yīng)從小到大逐步增大流量，按照其灰分先減小后增大的規(guī)律，探索出合適的溢流灰分。

(2)合理選擇干擾床分選機的上級設(shè)備，保證窄粒級入料，并減少入料中高灰細(xì)粒煤的比例，防止其進入溢流，污染精煤。

(3)加強干擾床分選機下級設(shè)備的管理，合理選擇弧形篩和高頻篩的篩縫，篩除混入精煤的高灰細(xì)粒煤，防止其進入最終的精煤產(chǎn)品。