改善高密度重介懸浮液流變性的探索性試驗(yàn)

喬曉飛

(冀中能源股份有限公司章村礦，河北 邢臺(tái) 054108)

重介懸浮液主要是由水、磁鐵礦粉和煤泥組成的一種不穩(wěn)定的體系，三者不同的配比影響了懸浮液的流變性。懸浮液流變性決定了物料(特別是微細(xì)粒物料)通過懸浮液到達(dá)溢流口或底流口的難易程度，主要通過黏度表征，黏度過大會(huì)導(dǎo)致懸浮液流變性差，使得顆粒難以快速沉降或上浮，使錯(cuò)配物含量增加，影響分選精度及效率[1]。

章村礦選煤廠入洗原煤屬于高變質(zhì)無煙煤，具有密度高(分選密度1.8 g/cm3)、煤泥量(20%)和矸石量(40%)大且易泥化等特點(diǎn)，工藝采用不脫泥三產(chǎn)品重介旋流器分選，這就造成高密度懸浮液中煤泥含量過高。而對(duì)于高變質(zhì)無煙煤的分選，當(dāng)要求懸浮液的密度達(dá)到1.8 g/cm3左右時(shí)，煤泥含量只能在0%～20%之間變化[2]，即對(duì)應(yīng)的固體體積濃度在25%～35%之間。某一密度下，固體體積濃度代表了懸浮液黏度，而煤泥含量又代表了固體體積濃度。因此，在磁鐵礦粉密度和干煤泥密度一定的情況下，懸浮液中的煤泥含量成為影響固體體積濃度即懸浮液流變性的關(guān)鍵因素。雖然該廠已通過提高磁選機(jī)排泥能力、優(yōu)化重介粉粒度等手段，實(shí)現(xiàn)了工作懸浮液中煤泥含量由45%～50%降低至20%～25%，固體體積濃度由50%降低至30%且穩(wěn)定，但是從矸石帶煤和中煤帶矸指標(biāo)來看，仍有降低的空間。

本試驗(yàn)研究旨在探索降低懸浮液中煤泥含量，改善其流變性的方法，以期提高三產(chǎn)品重介旋流器的分選效果，降低其分選下限。

1 懸浮液系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 固體體積濃度臨界值的確定

懸浮液黏度隨著固體體積濃度的增大而上升，在濃度較低時(shí)，黏度增加較為緩慢，當(dāng)濃度超過某臨界值時(shí)，黏度急劇增大。圖1是在1.80 g/cm3懸浮液密度下，當(dāng)其固體體積濃度超過臨界值時(shí)，煤粒在其中的沉降速度急劇降低，設(shè)備生產(chǎn)能力相應(yīng)減小，分選效率變低。

圖1 懸浮液體積濃度與固體顆粒沉降速度變化曲線

從圖1中可以看出，臨界固體體積濃度即上限值為40.90%(圖中粘度的測(cè)量按照煤塊在1 200 mm測(cè)量筒內(nèi)的沉降時(shí)間表示)。

表1為磁鐵礦粉密度為4.20 g/cm3，干煤泥密度1.82 g/cm3，懸浮液密度為1.80 g/cm3時(shí)，各參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過理論計(jì)算的方式，計(jì)算工作懸浮液不同煤泥含量對(duì)應(yīng)的固體體積濃度，結(jié)果見表1。

表1 平均密度為1.80 g/cm3時(shí)懸浮液各參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系

從表1看出，當(dāng)懸浮液密度要求為1.80 g/cm3時(shí)，煤泥含量降低至0時(shí)，臨界固體體積濃度即下限值為25.00%。因此，該廠當(dāng)前系統(tǒng)下的懸浮液固體體積濃度的臨界值即上限和下限分別為40.90%和25.00%。

1.2 懸浮液系統(tǒng)優(yōu)化

章村礦選煤廠近兩年分兩個(gè)階段對(duì)懸浮液系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，第一階段為加大懸浮液系統(tǒng)的排泥能力，采取措施包括：加大分流開度(總分流開度由50%增加至200%)，加強(qiáng)篩板管理(大面積更換脫介篩板)，增加1臺(tái)精煤磁選機(jī)且優(yōu)化入料環(huán)節(jié)等；第二階段為加粗重介粉粒度，即介質(zhì)粉中小于320網(wǎng)目粒級(jí)含量由90%降低至75%左右。對(duì)懸浮液系統(tǒng)的優(yōu)化，獲得了顯著的效果，各項(xiàng)指標(biāo)均得到不同程度的改善，見表2。

表2 懸浮液系統(tǒng)優(yōu)化前后及當(dāng)前各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比

1.3 懸浮液中煤泥來源

介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)中的合格介質(zhì)主要來自弧形篩合格介質(zhì)、脫介篩合格介質(zhì)和磁選機(jī)精礦，而磁選機(jī)精礦中的煤泥含量較少。因此，循環(huán)懸浮液中的煤泥主要來自于合格介質(zhì)，尤其脫介篩下合格介質(zhì)，見表3。

由表3可看出，各弧形篩下介質(zhì)煤泥含量相比脫介振動(dòng)篩下煤泥量更低，即煤泥更傾向于在運(yùn)動(dòng)速度更慢的脫介直線篩上透篩，這部分煤泥也是懸浮液中煤泥積聚和閉合循環(huán)的重要組成部分，而且大大超過了當(dāng)前工作懸浮液中的煤泥含量。

表3 循環(huán)懸浮液各組分中煤泥含量

2 探索試驗(yàn)

2.1 三產(chǎn)品重介旋流器二段配水試驗(yàn)

根據(jù)三產(chǎn)品重介旋流器單機(jī)檢查及生產(chǎn)實(shí)際，二段實(shí)際分選密度在2.1 g/cm3左右，煤泥含量約36%，固體體積濃度高達(dá)50%左右。高密度疊加高煤泥含量引起懸浮液黏度的大大增加，從而造成懸浮液流變性變差，對(duì)顆粒(尤其細(xì)顆粒)在旋流器中的通過性產(chǎn)生影響，從矸石帶煤部分(小于1.95 g/cm3)的主導(dǎo)粒級(jí)為2～1 mm也可看出。因此，為了降低二段懸浮液黏度，改善其流變性，從而提高重介旋流器的分選精度，最終實(shí)現(xiàn)矸石帶煤損失的進(jìn)一步降低。該試驗(yàn)設(shè)計(jì)了通過在二段圓柱段外接配水，沿切線進(jìn)入的方式，來對(duì)懸浮液進(jìn)行主動(dòng)稀釋(見圖2)。

圖2 二段旋流器加水試驗(yàn)

不同配水量下的矸石帶煤和矸石出口密度，見表4。

表4 不同配水量下的矸石帶煤和矸石出口密度

初始階段試驗(yàn)采取大范圍調(diào)整水量，隨著配水量的增加，矸石帶煤表現(xiàn)逐步增加的趨勢(shì)，當(dāng)配水量大于30 m3/h，工作懸浮液密度波動(dòng)較大。當(dāng)增大到一定程度時(shí)，矸石帶煤迅速增加。

根據(jù)表4的試驗(yàn)結(jié)果，選定了合適的配水，在小范圍內(nèi)再次開展了補(bǔ)水試驗(yàn)，見表5。

表5 不同配水量下矸石帶煤和矸石出口密度

綜上結(jié)果，加入配水后，平均矸石帶煤指標(biāo)降低不明顯，波動(dòng)較大，也出現(xiàn)帶煤較高的情況，穩(wěn)定性差，相比未配水情況下，優(yōu)勢(shì)不明顯。

2.2 小直徑重介旋流器用于工作懸浮液排泥嘗試性試驗(yàn)

在重介選煤系統(tǒng)中，懸浮液固體體積濃度的控制一般是通過向合格介質(zhì)桶內(nèi)添加高密度介質(zhì)和水來控制懸浮液的密度，通過調(diào)節(jié)精煤弧形篩下循環(huán)懸浮液的分流量來控制懸浮液中的煤泥含量[3]。在保證介耗穩(wěn)定的前提下，精煤分流箱開度在85%～95%，中煤分流箱開度60%，并且還有部分合格介質(zhì)分流進(jìn)入相應(yīng)磁選機(jī)，這就使得磁選機(jī)已處于滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，試驗(yàn)設(shè)計(jì)利用小直徑(φ380 mm)重介旋流器對(duì)工作懸浮液進(jìn)行直接排泥，以期獲得以溢流為合格介質(zhì)(排泥后產(chǎn)物)、底流為煤介混合物再磁選回收(見圖3)。

圖3 合格介質(zhì)小直徑旋流器脫泥試驗(yàn)

小直徑重介旋流器入料及產(chǎn)品小篩分試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 小直徑重介旋流器入料及產(chǎn)品小篩分試驗(yàn)結(jié)果

表6中，從粒度分析來看，分級(jí)作用較為顯著，但溢流中仍然存在部分小于0.075 mm粒級(jí)細(xì)泥未得到有效分級(jí)。從底流和溢流灰分來看，分選作用也較為明顯。雖然溢流中固體磁性物含量有所提高，但不明顯。

上述試驗(yàn)中，入料濃度較高，對(duì)入料濃度進(jìn)行稀釋后再次進(jìn)行排泥試驗(yàn)，見表7。

表7 小直徑重介旋流器入料及產(chǎn)品小篩分試驗(yàn)結(jié)果

表7中，入料經(jīng)稀釋后，分級(jí)效果更加明顯，但溢流中小于0.075 mm細(xì)泥未得到明顯排出，而且固體磁性物含量提升有限。底流和溢流灰分基本與上述試驗(yàn)一致，說明分選效果未發(fā)生變化。

綜上，從底流和溢流中大于0.075 mm粒級(jí)的灰分來看，試驗(yàn)過程顯現(xiàn)出一定的分選作用，即底流和溢流的灰分規(guī)律差異明顯；而從底流和溢流中固體磁性物含量分析來看，兩者與入料工作懸浮液的相應(yīng)值變化差異小，亦即其中的煤泥含量變化不大，與期望的溢流產(chǎn)物降低煤泥含量相差較遠(yuǎn)，懸浮液中煤泥在底流和溢流中的分配未發(fā)生明顯變化。雖然入料(合格介質(zhì))中67.85%大于0.075 mm進(jìn)入了底流，但由于整體含量偏小，未對(duì)底流產(chǎn)物帶來顯著影響，而其中主要粒度級(jí)小于0.075 mm煤泥的分配成為了影響排泥成功與否的關(guān)鍵，從試驗(yàn)結(jié)果看，小于0.075 mm煤泥并沒有得到明顯的按規(guī)律分配，而這一部分粒級(jí)在入料工作懸浮液中是大量存在的。

3 結(jié) 語

(1)影響懸浮液黏度的主要因素包含煤泥和磁性物，該廠現(xiàn)用真密度為4.2 g/cm3，品位59%的磁鐵礦粉，下一步準(zhǔn)備尋找高品位磁鐵礦粉進(jìn)行替代，通過使用更高純度，更少雜質(zhì)的鐵粉介質(zhì)，以輔助降低懸浮液固體體積濃度。

(2)循環(huán)懸浮液中的煤泥主要來自脫介篩下合格介質(zhì)和弧形篩下合格介質(zhì)，雖然該廠已實(shí)施將部分合格介質(zhì)分流至磁選機(jī)以及增大分流開度來進(jìn)行脫泥，但是受限于磁選機(jī)數(shù)量及工況。因此，仍需對(duì)介質(zhì)回收系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以提高磁選機(jī)的利用效率，為懸浮液系統(tǒng)排泥能力的提升創(chuàng)造條件。

(3)高密度懸浮液對(duì)黏度穩(wěn)定性控制要求更高，對(duì)允許煤泥含量范圍更小。當(dāng)懸浮液密度為1.8 g/cm3，懸浮液中煤泥含量降低至0時(shí)，固體體積濃度依然達(dá)到25%。所以需要繼續(xù)對(duì)懸浮液系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提升系統(tǒng)的排泥能力，降低懸浮液的黏度，改善其流變性，最終提高三產(chǎn)品重介旋流器的分選精度。