煤泥分選分級聯(lián)動系統(tǒng)設(shè)計及研究

李 亮，周 偉，劉亮亮，李建波，王淑杰

(安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001)

浮選在選礦方法中占據(jù)重要地位，應(yīng)用范圍廣，效率高且能將低品質(zhì)礦石分選為高品質(zhì)精礦，從而擴(kuò)大礦物資源范圍，浮選機(jī)則是實現(xiàn)浮選的必要設(shè)備[1-2].煤泥浮選尾礦處理相當(dāng)復(fù)雜，從中分級過濾出細(xì)粒煤泥更是困難，傳統(tǒng)的干法處理流程是先將其烘干再用套篩逐級篩分，工序復(fù)雜，時間長，且無法實現(xiàn)一次性分級篩分出不同粒級的煤泥顆粒。因此，提出并設(shè)計一種煤泥分選分級聯(lián)動系統(tǒng)，包括聯(lián)選式浮選機(jī)及分級組件(振動疊篩)，立足于處理大批量的實驗樣品，分選分級出各級別的細(xì)顆粒煤泥，不需烘干，有助于降低勞動強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本。

1 聯(lián)動設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作流程

煤泥分選分級聯(lián)動系統(tǒng)裝配圖見圖1，該系統(tǒng)包括聯(lián)選式浮選機(jī)及分級組件振動疊篩，主要實現(xiàn)煤樣大批量的浮選工作及尾礦的分選分級工作。聯(lián)選柱式攪拌浮選機(jī)包括加藥系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)、攪拌轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)刮泡機(jī)構(gòu)；煤泥分級組件(振動疊篩)主要結(jié)構(gòu)為漏斗形箱體、橋接斜抽插式濾網(wǎng)、振動電機(jī)及減震彈簧部件；加藥系統(tǒng)主要由藥劑槽、精準(zhǔn)量筒、導(dǎo)管以及精密控制閥構(gòu)成；補(bǔ)水系統(tǒng)的主要部件為清水槽、電磁閥、導(dǎo)管；攪拌轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)子和開孔的蓋板組成；旋轉(zhuǎn)刮泡機(jī)構(gòu)包含小電機(jī)及其下方刮泡葉輪；分級組件(振動疊篩)中漏斗形箱體，便于入料與出料，具有傾斜角的抽插式濾網(wǎng)便于每級物料的收集，可以隨時更換，減少維修維護(hù)時間，提高工作效率；振動電機(jī)及減震彈簧部件結(jié)構(gòu)，可使物料顆粒增加翻滾和松散次數(shù)，驅(qū)使卡在篩孔內(nèi)的煤粒跳出，提高篩分效率。

1—電機(jī) 2—旋轉(zhuǎn)刮泡器 3—精礦刮泡槽 4—礦漿槽 5—入料閥門 6—入料導(dǎo)管 7—錐齒輪 8—精密量筒 9—藥劑槽 10—補(bǔ)水槽 11—加藥閥1 12—加水閥 13—加水導(dǎo)管 14—傳感器 15—擋板 16—蓋板 17—入料攪拌區(qū) 18—轉(zhuǎn)子軸 19—加藥閥2 20—出料閥 21—攪拌桶 22—攪拌葉輪 23—篩分入料口 24—0.5 mm過濾篩 25—0.25 mm過濾篩 26—0.125 mm過濾篩 27—0.075 mm過濾篩 28—0.075 mm過濾篩 29—0.045 mm過濾篩 30—0.045 mm過濾篩 31—一級物料收集口 32—二級物料收集口 33—三級物料收集口 34—四級物料傳輸口 35—四級物料收集口 36—五級物料傳輸口 37—振動電機(jī) 38—減震彈簧 39—底座 40—五級物料收集口 41—-0.045 mm物料收集口

浮選工作時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令打開礦漿槽導(dǎo)管的入料閥門，關(guān)閉出料閥門，重力勢能將礦漿槽中的礦漿壓入浮選機(jī)攪拌中心，底部傳感器感受到液面的上升，立即輸出信號給控制系統(tǒng)，從而發(fā)出指令使得攪拌轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)工作，同時加藥系統(tǒng)接受到指令，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的收集與分析，計算出最佳藥劑配比，定量給入浮選藥劑，在攪拌過程中，加藥系統(tǒng)通過檢測礦漿藥劑含量，在計算藥劑缺量的基礎(chǔ)上，使用計量泵添加浮選藥劑，攪拌一段時間后，旋轉(zhuǎn)刮泡器運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行精礦的收集。隨著刮泡任務(wù)的進(jìn)行，水分流失，頂部傳感器采集到液面的下降，發(fā)出指令，補(bǔ)水系統(tǒng)進(jìn)行自動加水，使得浮選機(jī)完成持續(xù)的精礦收集任務(wù)，浮選完成后，立即打開出料閥門放出尾礦。

煤泥水尾礦從入料口排入，跌落在傾斜角為3°的一級0.5 mm的過濾篩，煤粒的重力和外加振動電機(jī)所產(chǎn)生的激振力使得大顆粒煤粒從0.5 mm級過濾口排出，而-0.5 mm級別的顆粒進(jìn)入到傾斜角為3°的二級0.25 mm過濾倉中，0.5～0.25 mm的顆粒則會從0.25 mm二級過濾口排出，當(dāng)-0.25 mm的煤粒進(jìn)入傾斜角為3°的三級0.125 mm過濾倉時，考慮其粒級的細(xì)小程度，特設(shè)計兩端過濾篩，強(qiáng)烈的激振力實現(xiàn)±0.125 mm粒級煤粒的精細(xì)篩分，同樣的四級0.075 mm和五級0.045 mm粒級也使用了兩段篩，實現(xiàn)煤粒的精準(zhǔn)篩分，一次性從煤泥中分級出+0.5 mm、0.25～0.5 mm、0.125～0.25 mm、0.075～0.125 mm、0.045～0.075 mm及-0.045 mm顆粒。

2 浮選設(shè)備組件的設(shè)計

1)浮選機(jī)主體的設(shè)計。

浮選機(jī)主體示意圖見圖2，機(jī)械攪拌式浮選機(jī)通過傳動系統(tǒng)，將動力源輸送給轉(zhuǎn)子，帶動轉(zhuǎn)子葉輪高速旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)子葉輪將礦漿高速甩出定子傘型罩，在定子下方形成負(fù)壓，使得空氣壓入達(dá)到吸氣效果，吸入空氣量比較穩(wěn)定，提供的氣泡sauter直徑不僅較大，而且分布均勻；槽體設(shè)計成圓筒形其工作效率高，且便于放置等三角的轉(zhuǎn)子，更有利于槽體液體的平穩(wěn)，同時擴(kuò)大了工作區(qū)域的面積，攪拌和捕捉區(qū)域得到增大，延長了浮選時間，提高浮選效率[3].

圖2 浮選機(jī)主體示意圖

2)加藥系統(tǒng)。

藥劑槽位于浮選機(jī)的中上方，密封性良好的圓柱形箱體可以防止藥劑的蒸發(fā)與泄露，旁側(cè)連接著精確量筒和精密控制閥，加藥導(dǎo)管直通浮選中心，便于藥劑與煤漿充分接觸，提高浮選效果。浮選藥劑的添加是在測量礦漿藥劑含量及計算浮選藥劑缺量基礎(chǔ)上，使用計量泵自動添加藥劑，其自動控制添加過程如下：通過預(yù)先浮選試驗，探究礦漿性質(zhì)，在滿足浮選精煤產(chǎn)品質(zhì)量的條件下，分析藥劑量與入浮礦漿濃度的關(guān)系，模擬出相關(guān)的數(shù)學(xué)模型；藥劑自動添加調(diào)節(jié)控制過程中，檢測礦漿濃度及入浮煤泥量，經(jīng)數(shù)學(xué)模型以及函數(shù)關(guān)系變換，在滿足精煤產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，確定藥劑給定量。控制系統(tǒng)經(jīng)過與實際測量的加藥反饋信號比較，運(yùn)算處理并輸出指令信號，控制加藥電磁閥工作。礦漿藥劑含量由泡沫層厚度反映，傳感器根據(jù)煤漿、礦化泡沫層和空氣的導(dǎo)電率不同，得到3種介質(zhì)的相界面，從而求出浮選煤漿液面和泡沫層厚度。

3)補(bǔ)水系統(tǒng)。

水槽位于浮選機(jī)的左上方，用于平衡右側(cè)電機(jī)的重心，使得整個浮選機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊，減少附加建筑面積的使用。持續(xù)的刮泡環(huán)節(jié)是通過補(bǔ)加清水實現(xiàn)，濃度調(diào)節(jié)過程如下：浮選泡沫體由大量大小不一、形狀各異、灰度值不同的礦化氣泡構(gòu)成，其中包含大量與浮選過程變量及浮選結(jié)果相關(guān)的信息，泡沫圖像上有許多特征參數(shù)，通過分析與研究各特征參數(shù)的物理意義及其隨浮選時間(泡沫紋理)的變化關(guān)系，采用圖像監(jiān)控，電磁流量計與濃度計檢測礦漿濃度信號，在此條件下，獲得浮選環(huán)節(jié)所要求的浮選濃度，經(jīng)數(shù)學(xué)模型以及函數(shù)關(guān)系變換，模擬計算該情況下入浮煤泥水流量。傳感器濃度信號經(jīng)采集、算法運(yùn)算模擬處理分析后，通過算法運(yùn)算獲得加水量，中心控制系統(tǒng)輸出指令信號傳遞給加水電磁閥，使得閥門動作。

4)攪拌轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)。

機(jī)械攪拌式浮選機(jī)在進(jìn)行攪拌負(fù)壓吸氣過程中，其吸入空氣量深受“定子—轉(zhuǎn)子”結(jié)構(gòu)差異的影響，高速葉輪產(chǎn)生的剪切力則決定著礦漿混合程度，影響著浮選效果，浮選設(shè)備組件的等三角轉(zhuǎn)子作用范圍全面覆蓋于攪拌區(qū)，使得對礦漿攪拌更加充分，提高浮選效率。轉(zhuǎn)子葉輪雙層傘形的結(jié)構(gòu)能夠形成煤漿“w”型的路徑，吸收上下葉輪的空氣并進(jìn)入葉輪腔，增加了空氣和礦漿混合程度，提高了浮選速度和選擇性，葉輪形狀的結(jié)構(gòu)也能夠促進(jìn)礦化氣泡的上浮，提高葉輪的處理能力。在蓋板上開有4個循環(huán)孔，作為礦漿循環(huán)使用，定子和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生高強(qiáng)度的剪切力，促進(jìn)了煤漿和藥劑反應(yīng)，增大了煤粒與氣泡碰撞的幾率，使得微小氣泡在環(huán)形區(qū)域礦化。

5)旋轉(zhuǎn)刮泡機(jī)構(gòu)。

旋轉(zhuǎn)刮泡器的刮泡液面與傳感器位于同一水平線上，便于信號的收集與傳送。連續(xù)不斷的刮泡不僅節(jié)省人力提高工作效率，而且具有良好的可靠性與高度靈活性，保證精煤泡沫及時刮出，提升精煤抽出率。

6)煤泥水收集攪拌桶。

浮選尾礦進(jìn)入煤泥水收集攪拌桶進(jìn)行攪拌，為之后的分級過濾篩分做好鋪墊，使得進(jìn)入分級篩分疊篩時，物料不易結(jié)塊、堆積，防止給下一步帶來困難。

3 分級工序設(shè)備組件的設(shè)計

1)疊篩箱體的設(shè)計。

分級組件振動疊篩箱體為圓柱形(圖3)，考慮入料方便與充分篩分，將入料口放置于箱體的左上方與煤泥水收集攪拌桶相連接，而箱底為倒三角漏斗形，便于煤泥水的排出，每級的出料口置于篩網(wǎng)傾角最下端，方便于每級物料的收集以及防止物料的堆積。

圖3 組件疊篩示意圖

篩分組件和攪拌桶間采用柔性連接，避免振動篩的振動對浮選機(jī)的影響；同時篩分組件可以作為獨立系統(tǒng)進(jìn)行工作。

2)篩網(wǎng)的設(shè)計。

分級疊篩開有篩分入料口，分級疊篩內(nèi)部從上至下設(shè)置有至少一組過濾模塊，一組過濾模塊包括至少兩層過濾篩；每組過濾模塊均包括位于最下層的末端過濾篩和位于末端過濾篩上方的上層過濾篩；相鄰兩層過濾篩的篩面形成開口朝上的夾角，且該相鄰篩網(wǎng)的上層過濾篩的出料口承接下層過濾篩的進(jìn)料口；上層過濾篩下表面連接細(xì)粒顆粒的橋接漏斗，橋接漏斗的出口貫穿當(dāng)前過濾模塊的末端過濾篩，上層過濾篩的篩下直接輸送至最下層過濾篩的下方，進(jìn)行輸出，從而增加了過濾效率。由于0.075 mm和0.045 mm級別的顆粒過于細(xì)小，采用兩段篩，分別設(shè)計物料傳輸中轉(zhuǎn)口，對極細(xì)煤粒顆粒進(jìn)行兩次篩分處理，實現(xiàn)顆粒的精準(zhǔn)篩分。篩網(wǎng)橋接裝配圖見圖4.

圖4 篩網(wǎng)橋接裝配圖

3)振動電機(jī)及減震彈簧的設(shè)計。

為了降低整個裝置的重心，提高裝置的穩(wěn)定性和工作時的安全性，將振動電機(jī)置于對稱中心的左右下方兩側(cè)[4-6]，分級疊篩的振動軌跡為垂直面上直線型。兩臺相同型號的振動電機(jī)分別安裝在疊篩的左右下方，使兩個轉(zhuǎn)軸處于互相平行的位置，工作時電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，振動疊篩產(chǎn)生直線形振動，使物料不斷地翻滾和松散，驅(qū)使卡在篩孔內(nèi)的物料跳出，具有防止篩孔堵塞，篩分效率高，處理能力可調(diào)等優(yōu)點。

實踐證明，增加振動強(qiáng)度可以提高疊篩的脫介、脫水和篩分效率，但增加振動強(qiáng)度帶來的加速度和慣性力的增大會顯著降低篩子的使用壽命。為了提高裝置的安全性，以及裝置和篩網(wǎng)的使用壽命，還要保證篩分疊篩運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，將減震彈簧放置在裝置的底座中[7]，降低裝置的重心。

4 結(jié) 語

對于煤泥分選回收，目前尚缺乏單一、有效的分選分級設(shè)備實現(xiàn)一次性分選出不同級別的物料，設(shè)計的煤泥分選分級組件及其系統(tǒng)有望于解決干法分選過于繁雜的工藝流程問題，實現(xiàn)快速一次性的分選分級出+0.5 mm、0.25～0.5 mm、0.125～0.25 mm、0.075～0.125 mm、0.045～0.075 mm及-0.045 mm顆粒。該系統(tǒng)能夠?qū)Ω∵x尾礦粒徑、灰度進(jìn)行分析，以確定浮選效果，同時作為一個組件，還可以用于煤樣的篩分實驗。