入料流量和入料濃度對(duì)脫泥特性的影響研究

張盛棟

(陽煤集團(tuán)一礦選煤廠，山西 陽泉 045000)

引 言

隨著淺部煤層的逐步開采，礦井開采的深度愈來愈大，從而導(dǎo)致煤洗選難度的提高，礦漿中所含的細(xì)粒成分提高。在煤炭的洗選工藝中大量采用了重介質(zhì)旋流器，而該儀器洗選的下限較高，這就導(dǎo)致洗選的質(zhì)量下降，故煤洗選工藝的難點(diǎn)就體現(xiàn)在細(xì)粒煤的分選過程中[1-2]。在粗煤泥回收工藝中，高灰細(xì)泥會(huì)對(duì)分選出的煤泥造成污染，從而降低了煤泥的品質(zhì)，現(xiàn)在大多數(shù)洗煤廠通過脫泥和分選后降灰等方法來減少高灰細(xì)泥的影響[3]。其中脫泥指的是將-0.045 mm的細(xì)泥脫去。而脫泥效果的好壞直接決定了分選工藝的成敗，在脫泥設(shè)備固定的情況下，影響脫泥效果的主要因素包括入料流量和入料濃度，故本文研究這兩個(gè)因素對(duì)脫泥特性的影響。

1 試驗(yàn)流程介紹

本次試驗(yàn)所選擇的設(shè)備包括入料泵、入料桶、脫泥池以及定壓箱等，操作流程如圖1所示。

圖1 脫泥試驗(yàn)流程示意圖

在圖1中，脫泥池是整個(gè)分選工藝的核心，現(xiàn)在入料桶中置入一定比例配制的水和煤，通過渣漿泵使之充分均勻混合在一起，然后打開入料閥門，適當(dāng)調(diào)節(jié)渣漿泵的攪合頻率，從而使溢流穩(wěn)定，圖中的定壓箱主要起控制入料穩(wěn)定的作用。通過入料管料漿可進(jìn)入脫泥池進(jìn)行分選，溢流和底流經(jīng)水管又會(huì)返還到入料桶中，料漿行程閉路循環(huán)，提前設(shè)置時(shí)間進(jìn)行采樣。采樣工作完成后，脫泥池內(nèi)會(huì)余留礦漿，開啟放料管礦漿會(huì)自動(dòng)流入入料桶內(nèi)部，再開啟放料閥門礦漿就會(huì)排走。試驗(yàn)過程中使用的脫泥池如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)所用脫泥池示意圖

2 煤樣選擇及參數(shù)設(shè)定

本次試驗(yàn)所用的煤均為全粒級(jí)細(xì)粒煤，煤樣中細(xì)泥含量高，其篩分結(jié)果如第5頁表1所示。煤炭開采過程中產(chǎn)生的其它細(xì)粒泥和嚴(yán)重泥化的煤矸石等均會(huì)產(chǎn)生高灰細(xì)泥，高灰細(xì)泥在浮選過程中會(huì)影響分選的效果，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

1) 高灰細(xì)泥會(huì)降低分選精煤的品質(zhì)，而且會(huì)延長精煤脫水時(shí)間，提高精煤中水分的含量[4-5]。

2) 高灰細(xì)泥有較大的比表面積，故其對(duì)分選試劑的吸附作用強(qiáng)，這也導(dǎo)致了試劑使用量的提高，加大了分選成本。

3) 精煤附在氣泡上進(jìn)行分選，同樣高灰細(xì)泥也會(huì)附在氣泡上，這就降低了精煤和氣泡間的吸附力，降低了分選效果。

因此，通過脫泥可以大幅提高分選的效率，提高分選精煤的質(zhì)量。

表1 煤泥粒度篩分測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

本次主要是通過脫泥試驗(yàn)來評(píng)價(jià)入料流量和入料濃度對(duì)脫泥特性的影響。在試驗(yàn)時(shí)，設(shè)置入料濃度為60 g/L、80 g/L以及100 g/L三個(gè)變量，入料流量為1 000 L/h、1 100 L/h以及1 200 L/h三個(gè)水平。其中，入料流量由定壓箱遇脫泥池間的高差來決定，故調(diào)整二者高差可以實(shí)現(xiàn)對(duì)入料流量的控制，在本次試驗(yàn)中，1 000 L/h、1 100 L/h以及1 200 L/h入料流量對(duì)應(yīng)的二者高差分別為80 cm、100 cm以及120 cm。

試驗(yàn)結(jié)束后，我們主要通過粒度、脫去的高灰細(xì)泥的濃度以及脫泥效率這三個(gè)指標(biāo)來評(píng)定脫泥效果的好壞。

1) 粒度主要指的是分級(jí)粒度和通過粒度。試驗(yàn)中所用的脫泥池就是基于干擾沉降分級(jí)原理來進(jìn)行分級(jí)的，分級(jí)粒度就是分配率為1/2對(duì)應(yīng)的粒度值；通過粒度反應(yīng)脫泥工藝中脫去煤粒度的大小，通過粒度越小，表示溢流中進(jìn)入的粗顆粒較少，通過粒度就是產(chǎn)率為5%對(duì)應(yīng)的粒度值。

2) 脫去的高灰細(xì)泥的濃度就是溢流中-0.045 mm的濃度，二者呈現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系。

3) 脫泥效率反應(yīng)的是煤樣中-0.045 mm的質(zhì)量與原煤中-0.045 mm的質(zhì)量之比。脫泥效率越高，則代表-0.045 mm脫去的越多，分選出的精煤品質(zhì)越好。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 入料流量的影響

不同入料流量下粒度變化特征如圖3所示，從圖中可以看出，分級(jí)粒度和通過粒度均隨著入料流量的增加而增大，但二者增大的速率不同。高差從80 cm增大到120 cm(入料流量從1 000 L/h增加到1 200 L/h)，通過粒度從0.041 mm線性增加到0.046 mm，而分級(jí)粒度從0.02 mm增加到0.026 mm，增大速率先增后減。整體上，隨著入料流量的改變，粒度的改變較小。因此，入料流量對(duì)粒度的影響較小。

圖3 不同入料流量下粒度變化示意圖

圖4顯示了不同入料流量下脫去的高灰細(xì)泥的濃度變化特征，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著入料流量的增大，脫去的高灰細(xì)泥的濃度逐步減小，也就是溢流中-0.045 mm的濃度在減小，粗顆粒的濃度在增大；高差從80 cm增大到120 cm，脫去的高灰細(xì)泥的濃度從95.2%減小到了92.2%。基于脫泥池的工作機(jī)理，礦漿速率隨著入料流量的增加而增大，反應(yīng)了礦漿中顆粒運(yùn)移的狀態(tài)趨于紊亂，顆粒懸浮的動(dòng)力提高，低密度粗顆粒進(jìn)入溢流的概率提高。

圖4 不同入料流量下脫去的高灰細(xì)泥的濃度變化示意圖

圖5顯示了不同入料流量下的脫泥效率變化特征，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著入料流量的增加，脫泥效率也在逐步增大，增大速率先快后慢；高差從80 cm增大到120 cm，脫泥效率從50%增大到了56%。試驗(yàn)過程中脫泥池底流口是固定的，則底流流量也是固定的，入料流量越大，則說明溢流流量越大，從而提高了脫泥效率。

圖5 不同入料流量下脫泥效率變化示意圖

3.2 入料質(zhì)量濃度的影響

不同入料質(zhì)量濃度下粒度變化特征如圖6所示，從圖中可以看出，分級(jí)粒度和通過粒度均隨著入料濃度的增加而增大，同時(shí)二者均幾乎呈線性關(guān)系增大。入料質(zhì)量濃度從60 g/L增大到100 g/L，通過粒度從0.043 mm增加到0.047 mm，而分級(jí)粒度從0.031 mm增加到0.034 mm?？傮w上，入料質(zhì)量濃度對(duì)粒度的影響效果不明顯。

圖6 不同入料濃度下粒度變化示意圖

圖7顯示了不同入料濃度下脫去的高灰細(xì)泥的濃度變化特征，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著入料濃度的增大，溢流中-0.045 mm的濃度幾乎呈線性規(guī)律減?。蝗肓腺|(zhì)量濃度從60 g/L增大到100 g/L，溢流中-0.045 mm的濃度從95.6%減小到了92.9%，二者差距較小，均在92%以上，這說明入料質(zhì)量濃度同樣對(duì)脫去的高灰細(xì)泥的濃度影響效果較小。

圖7 不同入料質(zhì)量濃度下脫去的高灰細(xì)泥的濃度變化示意圖

圖8顯示了不同入料質(zhì)量濃度下的脫泥效率變化特征，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著入料濃度的增加，脫泥效率在逐步減小，入料質(zhì)量濃度從60 g/L增大到80 g/L，脫泥效率減小不明顯；當(dāng)入料質(zhì)量濃度從80 g/L增大到100 g/L，脫泥效率減小較快。分析得之，當(dāng)入料濃度較小時(shí)，脫泥池內(nèi)顆?？勺杂蛇\(yùn)移的空間較大，顆粒間幾乎不會(huì)相互干擾，細(xì)粒進(jìn)入溢流的可能性交大；當(dāng)入料濃度較大時(shí)，脫泥池內(nèi)顆?？勺杂蛇\(yùn)移的空間較小，顆粒間會(huì)相互影響，甚至碰撞，從而減小了細(xì)粒進(jìn)入溢流的概率。

圖8 不同入料濃度下脫泥效率變化示意圖

4 結(jié)語

本文進(jìn)行了煤樣的脫泥試驗(yàn)，綜合分析了入料流量和入料濃度對(duì)脫泥特性的影響規(guī)律，得到主要結(jié)論如下。

1) 脫泥池溢流的粒度和脫泥效率均會(huì)隨著入料流量的增加而提高，同時(shí)脫去的高灰細(xì)泥的濃度卻在不斷減小，總體上，入料流量對(duì)粒度的影響較小；當(dāng)高差為100 cm(入料流量為1 000 L/h)時(shí)，脫泥效果較好，同時(shí)分選成分較低，顧所選的入料流量宜為1 000 L/h。

2) 隨著入料濃度的增加，脫泥池溢流的粒度在緩慢升高，而脫去的高灰細(xì)泥的濃度和脫泥效率在降低，整體上入料濃度對(duì)這三個(gè)參數(shù)的影響效果不明顯，由此人為所選的入料質(zhì)量濃度宜為60 g/L。