XJM－S“3＋2”系列浮選機中礦箱的應用研究?

魏昌杰

(中煤科工集團唐山研究院有限公司,河北省唐山市,063012)

XJM－S“3＋2”系列浮選機中礦箱的應用研究?

魏昌杰

(中煤科工集團唐山研究院有限公司,河北省唐山市,063012)

針對我國煤種多、煤泥可浮性變化大以及煤泥浮選工藝多樣化等特點,深入對XJM－S系列浮選機進行研究,將煤泥浮選工藝同浮選設備有機結合,提出中礦箱的研究思路,并對中礦箱功能結構和關鍵參數進行研究。中礦箱的成功研制有效地將一次浮選機和二次浮選機連接在一起,單機具備一次選和二次選功能。在呂梁山煤電公司選煤廠的使用結果得出,XJM－S28(3＋2)分選易浮煤泥和難浮煤泥時的可燃體回收率同實驗室條件下的可燃體回收率相近,取得了理想的效果,有效地推進了煤泥浮選設備的發展和進步。

煤泥浮選工藝 XJM－S“3＋2”浮選機 可燃體回收率 中礦箱

選煤是潔凈煤技術的源頭和基礎,是提高煤炭利用效率、節能、節運和保護環境最經濟有效的技術途徑。煤炭中的灰分來源于煤中的無機礦物,煤的密度和親水性主要取決于煤中無機礦物的含量,重力分選是通過密度差異把密度較低和含無機礦物較少的低灰精煤分選出來,浮選是煤泥分選最有效的方法,各種類型的浮選機廣泛應用于選煤生產。隨著煤炭市場要求的變化,精煤灰分不斷降低,浮選精煤灰分偏高,這成為制約選煤廠提高精煤產率和經濟效益的重要因素。

為了降低浮選精煤的灰分,科研工作者和現場使用者分別從浮選工藝和浮選設備上完善浮選過程,以求降低浮選精煤灰分。針對高灰細粒煤泥浮選精煤灰分超標的問題,采用一粗一精的浮選工藝以求達到減少精煤中細泥夾帶的效果,結果表明一粗一精浮選工藝可顯著降低精煤中－0.045 mm粒級中的灰分3.15%,精煤產率比一次浮選高出17.63%,浮選完善指標高出17.69%;針對通化地區黏土含量大以及主導粒級為高灰細粒級的難浮煤泥,采用小錐角水力旋流器進行高效脫泥探索,結果表明在150 mm與75 mm旋流器串聯脫泥工藝中,－0.045 mm粒級脫除率達到67.73%,灰分為50.10%,150 mm與75 mm旋流器底流單獨或混合入料浮選,精煤產率(占本級)及可燃體回收率均比原煤泥直接浮選提高了2～3倍;針對潘一礦選煤廠應用浮選入料脫泥池后的生產數據檢測表明,溢流中－0.030 mm粒級的含量最高達96.75%,脫泥率最高達36.67%,降灰率最高達11.09%,可以有效改善煤泥浮選效果,降低藥劑消耗。大量研究表明改善浮選效果可以確保產品質量,是選煤生產的核心。

1 XJM－S“3＋2”系列浮選機中礦箱研究思路

XJM－S“3＋2”系列浮選機中礦箱針對難浮煤泥及高灰細泥含量多的煤泥中的選煤工藝和浮選設備進行了深入的研究,達到優化浮選工藝和簡化浮選設備的目的。目前,煤泥浮選設備廣泛使用的是XJM－S系列浮選機,其浮選工藝多采用一次和二次浮選工藝。本文研究的重點是將XJM－S系列浮選機同煤泥浮選工藝進行深度整合,設計出一種更加適合煤泥浮選的新裝備。

1.1 煤泥浮選工藝

作為選煤廠煤泥水系統最主要的環節,浮選工藝影響全局,選煤廠主要采用的兩種典型浮選工藝流程見圖1。

圖1 煤泥浮選工藝

圖1(a)為一次浮選工藝,煤泥水進入浮選機分選,選出的精煤和尾煤均不再分選;圖1(b)為二次浮選工藝,一次浮選的全部精煤再次浮選后得到最終精煤,一次浮選的尾煤和二次浮選的尾礦合并在一起為最終尾礦。隨著機械化采煤程度的提高和開采深度的增加,煤泥呈現貧、雜和細的特點,煤泥浮選入料極其不穩定。需要選擇一次和二次浮選工藝同時具備的浮選工藝以便靈活轉換,更加符合選煤生產和發展的需求。

1.2 中礦箱具備的功能

對浮選機的功能進行整合,使浮選工藝得到深度優化,實現1臺設備同時具備一次浮選和二次浮選的功能。中礦箱結構的提出,能夠有效地將一次浮選機和二次浮選機串聯起來,即為“3＋2”浮選機。

該浮選機的特點是易浮煤泥采用一次浮選工藝,前三室尾礦通過中礦箱進入后兩室繼續浮選(掃選),最大限度地提高精煤產率;難浮煤泥采用二次浮選工藝,前三室尾礦進入最終尾礦管,前三室精礦通過中礦箱進入后兩室精選,以降低精煤灰分,從而提高對煤泥可浮性的適應能力,中礦箱主要需具備以下功能:

(1)能夠較好地控制一次浮選機液位,同時確保一次浮選尾礦順利排出。

(2)一次浮選尾礦通過中礦箱進入二次浮選機浮選,實現一次浮選機和二次浮選機串聯浮選。

(3)一次浮選精礦通過中礦箱進入二次浮選機分選,實現一次浮選機的精礦再選。

2 XJM－S“3＋2”系列浮選機中礦箱的研制

2.1 中礦箱功能和結構設計

“3＋2”系列浮選機是由前三槽一次選浮選機和后兩槽二次選浮選機通過中礦箱連接在一起的浮選機,“3＋2”浮選機功能示意圖見圖2。

由圖2可見,中礦箱功能的實現是依靠調節閥門,其主要具備了3個功能:一是尾礦掃選,一次浮選機的尾礦進入二次浮選機分選,精煤1和精煤2合在一起成為最終精礦,二次浮選機尾礦為最終尾礦。調整方案為,打開閥門3和6,關閉閥門2和5;二是精煤再選功能,一次浮選機精礦進入二次浮選機分選,二次浮選機精礦為最終精礦,一次浮選機尾礦和二次浮選機尾礦合在一起為最終尾礦。調整方案為,打開閥門2和5,關閉閥門3和6;三是一次浮選工藝,煤泥水只經過一次浮選機分選,一次浮選機的精礦和尾礦分別為最終的精礦和尾礦。調整方案為,打開閥門2和6,關閉閥門3和5,二次選浮選機停止運行。

圖2 “3＋2”浮選機功能示意圖

通過調整閥門,中礦箱可將一次浮選機和二次浮選機采用法蘭連接在一起,現在需要對中礦箱的結構和功能進行深入研究,并同設備深度整合,中礦箱結構圖見圖3。

圖3 中礦箱結構圖

由圖3可見,中礦箱由提升機構、尾礦閘板和尾礦塞等功能部件組成,通過調整各功能部件,確保浮選機可靠運行和穩定的工作,進行一次浮選和二次浮選的靈活轉換。提升執行機構3和尾礦閘板4共同作用,調整一次浮選機液位;提升執行機構5和尾礦塞6共同作用調整尾礦是否進行掃選,當尾礦塞提起,一次浮選尾礦排出;當尾礦塞下降,一次浮選尾礦進入二次浮選機掃選。采用該機構的中礦箱具有結構簡單、簡化工藝及調整方便的特點,實現了煤泥浮選設備和浮選工藝的深度整合。

2.2 中礦箱關鍵參數設計

當XJM－S“3＋2”浮選機進行一次浮選時,前三槽的尾礦進入后兩槽分選,中礦箱的結構相對簡單,不需要緩沖容積和自流高差,所以中礦箱設計主要考慮精礦再選,要求前三槽精礦能夠自流進入中礦箱,同時中礦箱要有一定的精礦緩沖容積和消泡時間。在中礦箱功能和結構設計的基礎上,以浮選機礦漿過流方式和浮選槽液位的穩定性來確定中礦箱的關鍵尺寸;根據浮選機的處理能力,確定中礦箱礦漿的通過能力;根據浮選精礦的濃度,確定礦漿的稀釋水量。中礦箱關鍵參數尺寸見圖4。

圖4 中礦箱關鍵參數尺寸

(1)中礦箱關鍵結構尺寸見式(1),式中常數為中礦箱的經驗系數。

式中:H——中礦箱高度,mm;

h——精選浮選機液位,mm;

L——主洗浮選機長度,mm;

α——一次浮選精礦溜槽角度,取5°～10°;

D——中礦箱高度,mm;

b1——浮選機槽體寬度,mm;

B——中礦箱厚度,mm;

k——精礦系數,取30%～40%。

Q1——精礦體積流量,m3/h;

(2)礦漿通過能力計算見式(2)。

式中:γ——精煤產率,%;

q——浮選入料濃度,g/L;

Q——浮選入料量,m3/h;

q1——精礦濃度,g/L;

Q2——二次選入料量,m3/h;

q2——二次選入料濃度,g/L;

w——稀釋水量,m3/h。

3 XJM－S“3＋2”系列浮選機中礦箱應用效果

XJM－S“3＋2”系列浮選機中礦箱的研究成功,使得該系列浮選機得到迅速推廣使用。以霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司選煤廠(簡稱“呂梁山選煤廠”)的使用效果為例。

呂梁山選煤廠原煤處理能力為3.75 Mt/a,入洗原煤來自木瓜礦9＃煤和龐龐塔礦5＃煤,各礦原煤的可選性均屬極難選且煤泥可浮性差異懸殊,木瓜礦9＃煤煤泥屬易浮選,龐龐塔礦5＃煤煤泥屬難浮選。試驗選用XFD1.5浮選機,其轉速為1600 rpm、充氣量為1.33 L/min、浮選濃度為60 g/L、捕收劑使用柴油以及起泡劑使用仲辛醇,選煤廠入選煤泥浮選入料試驗表見表1。

表1 浮選入料試驗 %

由表1可以看出,易浮的木瓜礦9＃煤煤泥進行一次浮選時精煤灰分為9.19%,尾煤灰分為52.04%,滿足產品質量要求;龐龐塔礦5＃煤煤泥進行一次浮選時精煤灰分為15.47%,需要調整中礦箱,進行精煤二次浮選,通過二次浮選精煤灰分由15.47%降低到11.22%,精煤灰分滿足產品質量的要求,最終尾煤灰分為44.35%,達到選煤生產指標。由于選煤廠易浮和難浮煤泥共同存在,煤泥浮選工藝完全不同,為滿足生產需要,選用工藝靈活調整及設備集成度高的煤泥浮選設備。通過靈活多變的中礦箱機構,使煤泥浮選設備同時具備一次選和二次選功能。

XJM－S28(3＋2)浮選機生產數據見表2。

由表2可見,浮選機對易浮煤泥取得了理想的分選效果,對比表1和表2可以發現,XJM－S28浮選機的浮選完善指標平均值為47.46%,與實驗室條件下的浮選完善指標47.02%十分相近;對于難浮煤泥,通過XJM－S28(3＋2)浮選機采用二次浮選工藝,浮精灰分為10.77%,產率達36.62%,浮選完善指標達到34.04%,比實驗室條件下的浮選完善指標38.35%降低了4.35個百分點,說明XJM－S28(3＋2)對難選煤泥的浮選效果也較理想。

表2 XJM－S28(3＋2)浮選機生產數據 %

4 結論

將中礦箱同XJM－S系列浮選機融合,安裝在前三槽和后兩槽之間,形成XJM－S“3＋2”系列浮選機,通過調整中礦箱,單機實現一次浮選和二次浮選,具有中礦箱功能的XJM－S28(3＋2)浮選機在呂梁山選煤廠使用中,當入選易浮煤泥時,浮選完善指標與實驗室條件下的完善指標相近;當入選難浮煤泥時,浮選完善指標較實驗室完善指標降低了4.35個百分點。從中礦箱整體的使用效果看,使用效果非常理想,該裝置的研究相當成功,符合浮選設備發展要求。

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Study on application of XJM－S“3＋2”series middlings tanks of flotation machines

Wei Changjie
(Tangshan Research Institute Co.Ltd.,China Coal Technology&Engineering Group,Tangshan,Hebei 063012,China)

In the light of the features of many coal types and different floatability of coal slurry and slurry flotation process in China,based on in-depth research of XJM-S series flotation machines and good combination of slime flotation process with flotation machines,a research idea of middlings tank has been proposed in this paper.The functions and structures of middlings tanks have been studied.The successful development of the middlings tank effectively connected the primary and secondary flotation machines together.The functions of primary and secondary flotation have been built into on unit.The application results in Lvliangshan Coal Electricity Company Coal Preparation Plant showed that the combustible material recovery rate from using the XJM-S28(3＋2)to separate easy-to-float coal and hard-to-float slurry was similar to that under the condition of the laboratory,which obtained the ideal effect and promote effectively the development and progress of the slurry flotation machines.

slurry flotation process,XJM-S“3＋2”flotation machine,combustible material recovery rate,middlings tank

TD943

A

魏昌杰(1984－),男,陜西旬陽縣人,助理研究員,碩士,就職于中煤科工集團唐山研究院有限公司,主要從事煤泥浮選工藝和設備的研究與應用。

(責任編輯 王雅琴)

中國煤炭科工集團有限公司科技創新基金(2013ZD006)