淺析重介質(zhì)旋流器選煤機(jī)理及影響因素

摘要：重介質(zhì)選煤具有分選效率高、分選精度高、密度調(diào)節(jié)范圍寬、適應(yīng)性強(qiáng)、分選粒度范圍廣、生產(chǎn)過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)，適于難選煤和極難選煤，而得到廣泛應(yīng)用。重介質(zhì)選煤工藝的優(yōu)劣在很大程度上決定著重介質(zhì)選煤的效率與經(jīng)濟(jì)性，重介質(zhì)選煤工藝的研究與優(yōu)化是選煤領(lǐng)域關(guān)注的重要課題。本文簡(jiǎn)要介紹了重介質(zhì)旋流器的原理和特性，并對(duì)其分選效果的影響因素做了定性分析和探討。

關(guān)鍵詞:重介質(zhì) 旋流器 分選效果

煤炭洗選利用是煤炭生產(chǎn)和綜合利用的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的前提條件。近年來(lái)，我國(guó)在重介質(zhì)選煤工藝和設(shè)備等方面取得了可喜的進(jìn)步。重介質(zhì)選煤工藝包括:重介質(zhì)排矸、塊末煤重介質(zhì)分選、跳汰中煤或精煤再選等。目前，我國(guó)已經(jīng)掌握了重介質(zhì)選煤技術(shù)，能自行設(shè)計(jì)大中型重介質(zhì)選煤工藝的選煤廠。尤其是在重介質(zhì)旋流器選煤技術(shù)方面，自主研制開發(fā)了一系列大直徑的三產(chǎn)品重介旋流器，某些技術(shù)和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到或者超過(guò)世界領(lǐng)先水平。

1 重介質(zhì)選煤設(shè)備的發(fā)展概況

為了滿足煤炭需求的增加，解決原煤質(zhì)量貧、細(xì)、雜的現(xiàn)狀，當(dāng)前選煤設(shè)備的研制開發(fā)，主要朝著增大設(shè)備處理能力、提高分選效率的方向發(fā)展。根據(jù)分選原理的不同，重介質(zhì)選煤設(shè)備主要分為兩類:第一類是重介分選機(jī)，是在重力場(chǎng)中分選，第二類是重介質(zhì)旋流器，是在離心力場(chǎng)中分選。

1.1 重介質(zhì)分選機(jī)

我國(guó)已經(jīng)研制出雙錐形重介分選機(jī)、斜輪重介分選機(jī)、立輪重介分選機(jī)。斜輪重介分選機(jī)是由分選槽、斜提升輪、六角輪、傳動(dòng)裝置等部件組成，其優(yōu)點(diǎn)有:分選效率高；懸浮液的循環(huán)量少，密度比較穩(wěn)定分選粒度范圍寬，上限可達(dá)1000mm。立輪重介分選機(jī)的分選機(jī)理與斜輪分選機(jī)基本相同，不同的地方是；立輪分選機(jī)的提升輪垂直安裝在分選槽內(nèi)，分選時(shí)采用水平流和下降流，即合格懸浮液從給料端以水平方式給入分選機(jī)，在分選槽底部的排料閘門排出部分懸浮液。

1.2 重介質(zhì)旋流器

我國(guó)從1965年開始研制開發(fā)重介旋流器，重點(diǎn)是擴(kuò)大旋流器的入料上限和降低分選下限。多年來(lái)經(jīng)科研人員的努力，現(xiàn)在旋流器的入料上限已經(jīng)達(dá)到50mm，分選下限已降到0.04-0.05mm，基本實(shí)現(xiàn)50-0mm不脫泥全部入洗。重介質(zhì)旋流器選煤的優(yōu)點(diǎn):分選粒度范圍寬，分選效率高，工藝流程簡(jiǎn)單，投資少，操作方便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，處理能力大等。

1.3 常見的重介質(zhì)選煤設(shè)備

目前常見的重介質(zhì)分選設(shè)備有:分選大于6mm或13mm的塊煤斜輪重介質(zhì)分選機(jī)和立輪重介質(zhì)分選機(jī)，分選末煤的重介質(zhì)旋流器。立輪重介分選機(jī)的類型比較多，常見的有德國(guó)太斯卡型、波蘭的DIsA型，我國(guó)自行設(shè)計(jì)研制的JL型。重介質(zhì)旋流器有:圓錐形重介質(zhì)旋流器(例如荷蘭DSM型)，圓筒形重介質(zhì)旋流器(例如美國(guó)DwP型)，圓筒圓錐形重介質(zhì)旋流器(例如三產(chǎn)品型)。

2 重介質(zhì)旋流器選煤原理與特性

重介質(zhì)旋流器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件和分選效率高的選煤設(shè)備。由于旋流器本身無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，因而其分選過(guò)程完全是靠自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)與外部操作參數(shù)的靈活配合來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳分選精度，這是旋流器選煤與其它選煤方法截然不同的突出特征。在重介質(zhì)旋流器分選過(guò)程中，物料和懸浮液以一定壓力沿切線方向給入旋流器，形成強(qiáng)有力的旋渦流；液流從入料口開始沿旋流器內(nèi)壁形成一個(gè)下降的外螺旋流；在旋流器軸心附近形成一股上升的內(nèi)螺旋流；由于內(nèi)螺旋流具有負(fù)壓而吸入空氣，在旋流器軸心形成空氣柱；入料中的精煤隨內(nèi)螺旋流向上，從溢流口排出，矸石隨外螺旋流向下，從底流口排出。空氣柱的形成機(jī)理為：由于底流管和溢流管直接與大氣連通，進(jìn)入旋流器的兩相流以強(qiáng)烈的螺線渦運(yùn)動(dòng)，當(dāng)切線速度增大到臨界速度時(shí)，旋流器各出口產(chǎn)生一定的阻力，形成內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)，引起軸向負(fù)壓，空氣由溢流管和底流管進(jìn)入旋流器，在軸向負(fù)壓驅(qū)動(dòng)和流體對(duì)流傳輸?shù)墓餐饔孟轮饾u發(fā)展成為貫通的空氣柱。當(dāng)顆粒密度大于懸浮液密度時(shí)，顆粒在懸浮液中半徑為r處所受合力為正值，顆粒被甩向外螺旋流；否則，顆粒被甩向內(nèi)螺旋流；從而把密度大于介質(zhì)的顆粒和密度小于介質(zhì)的顆粒分開。在旋流器中，離心力比重力大幾倍到幾十倍，因而大大加快了分選速度，并改善了分選效果。

重介質(zhì)旋流器選煤特性顯著。其旋流器結(jié)構(gòu)多樣化，按其分選產(chǎn)品數(shù)分為兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器、三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器等；按分選物料的給入方式可分為有壓和無(wú)壓兩類。另外，其選煤工藝多樣化，即針對(duì)不同的原料煤特點(diǎn)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需求，靈活地將原料煤脫泥、煤泥重介、浮選、粗煤泥回收等工藝與重介質(zhì)旋流器工藝進(jìn)行組合，以取得低投入高產(chǎn)出的效果。由于重介質(zhì)旋流器選煤的特點(diǎn)，其適用范圍非常廣泛，可適應(yīng)各煤種、不同可選性的煤質(zhì)條件。尤其對(duì)其它選煤方法難以精選的難選、極難選煤、煤泥含量大的末煤，能達(dá)到精確分選的效果。

3 重介質(zhì)旋流器分選效果的影響因素

3.1 入料煤質(zhì)特性

重介質(zhì)旋流器是一個(gè)封閉的、相對(duì)容積很小的分選容器。對(duì)于兩產(chǎn)品旋流器，有一個(gè)入口兩個(gè)出口，其進(jìn)入和排出的瞬間體積流量相等。底流口和溢流口排量的分配，在一定的條件下是基本固定的，但當(dāng)入選原煤的密度組成發(fā)生變化時(shí)，例如高密度物含量增加，那么要求底流固體排出量增加，溢流固體排出量相對(duì)減少，但底流口的排放能力有限，因而會(huì)將一部分中等密度的煤顆粒和重介質(zhì)擠向溢流口排出，使實(shí)際分選密度升高。因此，入選原煤密度組成的變化會(huì)引起旋流器分選密度的波動(dòng)，結(jié)果必定降低綜合分選效率。

3.2 旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)

重介質(zhì)旋流器直徑的選擇應(yīng)該符合處理能力的要求，對(duì)應(yīng)于某一個(gè)最低的礦漿體積通過(guò)量，應(yīng)滿足分選離心力的要求，使要分離的重產(chǎn)物從底流口排出。值得注意的是，選擇直徑較大的旋流器雖然可以改善分選效率，但卻可能造成浪費(fèi)。旋流器圓筒段的高度增大，旋流器的總?cè)莘e和總長(zhǎng)度都增加，在一定范圍內(nèi)對(duì)分選有利。過(guò)短會(huì)增加入料短路進(jìn)入溢流的幾率，影響輕產(chǎn)物質(zhì)量。底流口直徑與入料中重產(chǎn)物（砰石或中煤）的比例有關(guān)。增大底流口。在相同條件下會(huì)降低實(shí)際分選密度，精煤產(chǎn)率相應(yīng)降低。底流口減小則會(huì)相應(yīng)提高實(shí)際分選密度。溢流口直徑通常與底流口直徑保持一定比例關(guān)系。在其他條件不變的情況下，溢流口直徑縮小會(huì)降低實(shí)際分選密度，使部分原本應(yīng)進(jìn)入溢流的輕顆粒從底流口排出。入料口的形式和直徑對(duì)分選有重要影響。目前多數(shù)重介質(zhì)旋流器采用螺旋線或漸開線入口，入料口尺寸增大，若超過(guò)旋流器的處理能力（特別是重產(chǎn)物排出能力），分選效率會(huì)受到損失；入料口尺寸減小，則會(huì)降低入料粒度上限。

3.3 重介質(zhì)懸浮液的穩(wěn)定性

保持重介懸浮液的質(zhì)量和穩(wěn)定性對(duì)重介質(zhì)分選系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。重懸浮液在旋流器內(nèi)的濃縮對(duì)分選效率影響很大，磁鐵礦粉粒度較粗時(shí)會(huì)發(fā)生過(guò)分的濃縮。為保持良好的分選，介質(zhì)的濃縮度愈小愈好。在實(shí)際生產(chǎn)中，除了避免使用太粗的磁鐵礦粉，并使循環(huán)介質(zhì)中保持一定量的煤泥外，有時(shí)還可以往介質(zhì)中添加少量粘土或一些天然的或人工合成的穩(wěn)定劑。

3.4 循環(huán)介質(zhì)量

重介質(zhì)旋流器的容積很小，重介質(zhì)和煤在其中的停留時(shí)間基本相同，只不過(guò)數(shù)秒鐘的時(shí)間。為保證有效分選所必需的液固比，重介質(zhì)旋流器的循環(huán)介質(zhì)量相對(duì)較大。不同粒度和密度的原煤，循環(huán)介質(zhì)量一般在噸原煤3~5倍，對(duì)于三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器而言，循環(huán)介質(zhì)量有時(shí)還可能超出此上限。重介質(zhì)旋流器的分選效率受液固比的影響較大。

3.5 重介質(zhì)的入口壓力

原則上，重介質(zhì)的入口壓力應(yīng)使旋流器內(nèi)產(chǎn)生足夠的離心力，使密度高于分選密度的重顆粒能進(jìn)入底流。增加入口壓力將增大旋流器內(nèi)產(chǎn)生的離心力，提高細(xì)粒重產(chǎn)物在底流中的回收率，但是也增強(qiáng)了懸浮液在旋流器中的濃縮。同時(shí)，由于入口壓力增加，旋流器的礦漿通過(guò)量隨之加大，從而減少了礦漿在旋流器內(nèi)的停留時(shí)間，增大了溢流排出量，導(dǎo)致實(shí)際分選密度略有提高。