重介質(zhì)旋流器及在選煤廠的應(yīng)用

劉永光

（西山煤電股份有限公司西銘礦選煤廠， 山西 太原 030053）

引言

通過(guò)重介質(zhì)旋流器進(jìn)行煉焦煤分選是最為常用的分選工藝，從目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)常用的分選工藝有三種：有壓三產(chǎn)品重介旋流器分選工藝、不脫泥無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器分選工藝、有壓兩段兩產(chǎn)品重介旋流器分選工藝。這三種工藝各有利弊，分別適合不同品質(zhì)的原煤。不脫泥無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器分選工藝適合硬質(zhì)、煤泥小的原煤，在原生煤泥較大的原煤選煤中不適用。有壓三產(chǎn)品重介旋流器分選工藝對(duì)旋流器的磨損很大，葉輪對(duì)煤和矸石的破碎能力強(qiáng)，對(duì)于容易泥化的原煤不適用。有壓兩段兩產(chǎn)品重介分選工藝分選精度高、控制能力強(qiáng)、懸浮液循環(huán)量小，主廠房的建設(shè)成本低，因此本文選擇有壓兩段兩產(chǎn)品重介分選工藝進(jìn)行煉焦煤選煤[1-8]。

1 重介質(zhì)旋流器工作原理

重介質(zhì)旋流器工作原理如圖1 所示。重介旋流器是依據(jù)阿基米德原理設(shè)計(jì)而成的一種分選裝置。在旋流中，密度不同的物料顆粒受到的阿基米德力fc和離心力f0也不同，合力F 的表達(dá)式如下：

圖1 重介質(zhì)旋流器的工作原理

式（1）中：v 為物料顆粒的線速度，V 為物料顆粒的體積，r 為物料顆粒的半徑，δ 為物料的密度，ρ 為懸浮液的密度。由此可見(jiàn)，在懸浮液密度ρ 一定的條件下，物料顆粒所受合力F 的方向由物料密度δ 決定，當(dāng)δ﹥?chǔ)?時(shí)，物料顆粒的受力為正，運(yùn)動(dòng)方向向下；當(dāng)δ﹤ρ 時(shí)，物料顆粒的受力為負(fù)，運(yùn)動(dòng)方向向上。由于精煤和矸石的密度差異，就能將精煤從矸石中分選出來(lái)。

重介旋流器本身無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，煤泥的分選精度通過(guò)調(diào)節(jié)自身結(jié)構(gòu)參數(shù)和外部參數(shù)決定，通過(guò)不同參數(shù)的靈活配合，可以使分選效果達(dá)到最佳。因此，在所有選煤設(shè)備中，重介旋流器以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分選效率高為突出特點(diǎn)。重介旋流器的工作過(guò)程為：開(kāi)始分選后，懸浮液和被選物料以一定初速度切入旋流器內(nèi)壁，在離心力和初始噴射壓力的作用下形成內(nèi)外兩個(gè)漩渦流，混合物沿入料口貼在旋流器內(nèi)壁形成的叫外螺旋流，處在外螺旋流內(nèi)的矸石的移動(dòng)方向是向下的，最終從底流口排出。旋流器軸心附近的壓力小于大氣壓力，空氣被吸入形成空氣柱的叫內(nèi)螺旋流，處在內(nèi)螺旋流內(nèi)的精煤的移動(dòng)方向是向上的，最終從溢流口排出。

2 給料方式與脫泥操作

2.1 給料方式

2.1.1 有壓入料

有壓入料指的是煤料在一定壓力作用下進(jìn)入旋流器的過(guò)程。首先將煤料和懸浮液在混料桶中進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌?，再通過(guò)加壓泵對(duì)混合物進(jìn)行加壓后送入旋流器的入料口。這種先混合再分選的有壓入料方式可以充分發(fā)揮離心力對(duì)不同密度礦粒的作用效果，壓力形成的混合運(yùn)轉(zhuǎn)速度能夠讓混合物在短時(shí)間內(nèi)迅速進(jìn)入分選狀態(tài)，極大地提高了分選效率。但是有壓入料工藝的缺點(diǎn)也很顯著，加壓泵的葉輪等設(shè)備與被選物料頻繁撞擊，物料被破碎泥化，這就會(huì)產(chǎn)生很多的次生煤泥，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響分選質(zhì)量。這種影響效應(yīng)對(duì)泥巖屬性的原煤時(shí)尤其明顯，在懸浮液黏度改變時(shí)，密度區(qū)分效果會(huì)下降。

2.1.2 無(wú)壓入料

無(wú)壓入料工藝是先不混合懸浮液和被選煤泥，而是將重介懸浮液和煤料分別以自然狀態(tài)加入重介旋流器。由于入料過(guò)程沒(méi)有葉輪和其他設(shè)備的旋流撞擊，物料顆粒相對(duì)保留完整，發(fā)生泥化的概率大大降低。在無(wú)壓入料方式中，離心力對(duì)于輕、重礦粒的區(qū)分效果十分顯著，可以提高分選質(zhì)量和分選效率。

2.2 脫泥工藝

2.2.1 選前脫泥

選前脫泥操作常與有壓入料方式結(jié)合使用，這套工藝在提高重介旋流器選煤效率和效果的同時(shí)，能夠大幅降低煤泥含量，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。脫泥操作的缺點(diǎn)也很顯著，具體表現(xiàn)為：原煤多次進(jìn)入重介旋流器進(jìn)行分選，篩選工藝流程加長(zhǎng)，設(shè)備成本和電能成本較高。煤泥質(zhì)量較小時(shí)細(xì)煤泥容易流出，從而混入重介旋流器中，影響最終的分選效果。泥矸石含量較高的原煤進(jìn)行脫泥操作后，會(huì)提高矸石表面泥化概率。

2.2.2 選前不脫泥

選前不脫泥工藝最顯著的特點(diǎn)是成本低，因其工藝流程中省去了脫泥篩和分級(jí)篩，降低了設(shè)備損耗和電能費(fèi)用，分選效率也很高。但是選前不脫泥的操作對(duì)細(xì)粒級(jí)原煤的處理有顯著影響，很難進(jìn)一步提高分選精度。

3 工藝流程設(shè)計(jì)

選煤廠的選煤工藝流程是根據(jù)煤礦待選原煤和市場(chǎng)對(duì)精煤產(chǎn)品的要求共同決定的。首先應(yīng)根據(jù)原煤的煤樣篩分試驗(yàn)得到原煤的煤質(zhì)、粒度、灰分、泥化程度等信息，然后通過(guò)原煤浮沉試驗(yàn)得到密度級(jí)、產(chǎn)率、灰分、煤泥等信息。得到試驗(yàn)結(jié)果后，應(yīng)將上述兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合0.5～50 mm 原煤可選性曲線（如圖2 所示），算出精煤灰分一定時(shí)的理論產(chǎn)率、沉物灰分、理論分選密度等結(jié)果。根據(jù)國(guó)標(biāo)《煤炭可選性評(píng)定方法》來(lái)確定原煤的洗選種類，對(duì)于難選或極難選原煤，由于廠房和空間限制，本工藝流程設(shè)計(jì)以兩段兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器作為主選工藝流程。所設(shè)計(jì)的重介質(zhì)選煤工藝流程如下：先將原煤上篩，得到的篩上物與重介質(zhì)充分混合，通過(guò)加壓泵以一定初速度進(jìn)入旋流器切線方向，矸石從底流出來(lái)，脫水脫介后由皮帶輸送機(jī)運(yùn)入矸石倉(cāng)。溢流再次作為旋流器的入料進(jìn)入旋流器，第二次旋流后的底流和溢流都需要進(jìn)行脫水脫介處理，底流脫水脫介處理后成為中煤，溢流脫水脫介后成為精煤。上述過(guò)程中脫介后的介質(zhì)經(jīng)檢測(cè)合格后進(jìn)入混料桶繼續(xù)使用，如果介質(zhì)過(guò)稀不合格，則通過(guò)磁選機(jī)進(jìn)行回收。

圖2 0.5 mm 入洗原煤可選性曲線

4 分選效果分析

重介質(zhì)旋流器在西銘礦選煤廠投產(chǎn)以來(lái)，生產(chǎn)指標(biāo)滿足了設(shè)計(jì)要求，在精煤分選密度為1.4 g/cm3的情況下，研究人員測(cè)試了各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)的分選效果，如表1 所示。原煤灰分為31.21%、水分在6.22%時(shí)且在分選密度一定時(shí)，重介精煤的灰分測(cè)得7.84%，浮選精煤灰分為10.66%，綜合精煤灰分達(dá)到了基本要求。

表1 重介旋流器分選效果

5 結(jié)語(yǔ)

選煤廠的選煤工藝和設(shè)備是由西銘礦原煤的特點(diǎn)和市場(chǎng)產(chǎn)品的要求共同決定的。根據(jù)本礦的原煤特點(diǎn)，選煤廠結(jié)合市場(chǎng)要求，建設(shè)了符合生產(chǎn)實(shí)際的重介質(zhì)旋流器選煤作業(yè)產(chǎn)線，對(duì)0.5 mm 以上的原煤大幅度提高了煉焦煤資源回收利用率，對(duì)0.5 mm 以下的粗煤泥，不僅提高了精煤泥的回收率，還降低了濃縮壓濾設(shè)備的生產(chǎn)負(fù)載，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。