型機械攪拌式浮選機設計優化及應用

賈義強

(淮北礦業集團公司 臨渙選煤廠，安徽 淮北235000)

臨渙選煤廠隸屬于淮北礦業集團公司，是一座設計能力為3.00 Mt/a的礦區型煉焦煤選煤廠，也是國家“八·五”重點建設工程項目和寶鋼二期配套工程。經過多次擴能后，目前原煤處理能力達到16 Mt/a。該選煤廠6條生產線9個生產系統全部采用三產品重介質旋流器分選、浮選機浮選的聯合工藝。入選原煤來自淮北礦區7對生產礦井，煤種有肥煤、焦煤、1/3焦煤、氣煤、貧瘦煤等，原煤采用配煤或分煤種輪換入選方式。主導產品為“臨選”牌精煤，主要供國內的中國寶武鋼集團有限公司、馬鞍山鋼鐵股份有限公司等鋼廠和焦化廠使用。

該選煤廠原來采用XJN-14型機械攪拌式浮選機對煤泥進行浮選，由于該浮選機已經老化，事故臺時不斷增多，設備處理能力嚴重下降，浮選劑用量居高不下，浮選精煤產率降低，嚴重制約選煤廠的正常生產和企業經濟效益的提升。為此，根據現場實際生產需要，對XJN-14型機械攪拌式浮選機設計進行優化，進而制造出新型機械攪拌式浮選機。

1 優化方案

該選煤廠浮選系統要求干煤泥處理能力為0.80 t/(m3·h)，礦漿處理量為9 m3/(m3·h)，單槽容積為14 m3，4槽總容積為56 m3，設備充氣速率為1 m3/(m2·min)。根據生產現狀和實際需要，對XJN-14型機械攪拌式浮選機設計進行優化，具體優化方案[1-3]如下：

(1)將單驅動刮泡系統優化成雙驅動刮泡系統，以降低設備事故臺時，提高生產系統可靠性。

(2)在第二浮選槽與第三浮選槽之間增設一個中礦箱，用于控制槽內液位，使第一、二浮選槽與第三、四浮選槽之間的最大落差小于200 mm，進而實現單臺浮選機兩次分選，以提高設備分選效果，降低浮選劑用量。

(3)將入料管優化成入料箱，以保證入料的平穩性。

(4)將PVC刮料板優化成不銹鋼刮料板，以提高刮料板的使用壽命。

(5)將尾礦閘板由人工旋轉手輪優化成電動執行機構，以便于職工操作。

2 優化設計計算

2.1 攪拌系統參數計算

攪拌系統葉輪選用上下雙傘形葉輪，暫定葉輪直徑D=800 mm。通過查表可知：攪拌系統葉輪線速度為8.90 m/s，自主設計大小皮帶輪，大皮帶輪直徑D1=980 mm，小皮帶輪直徑D2=212 mm，大小皮帶輪通過三角帶驅動。依據上述數據計算有關參數，具體計算過程為：

(1)攪拌系統傳動比I：

(2)攪拌系統葉輪轉速N：

(3)攪拌功率P:

P=1.60N3D5=22.48 (kW)。

(4)充氣量QA:

QA=0.075ND3=0.134(m3/s)。

(5)槽體當量圓面積直徑DE:

(6)槽體深度H:

H=0.60+1.20D=1.56(m)。

(7)槽體容積V：

2.2 刮泡系統參數計算

根據SEW減速機選型手冊相關要求，選用R97DV100M4減速電機，減速比為59.92，功率為2.20 kW。計算出的輸出轉速N1=24.37 r/min，可以滿足需要。

2.3 技術參數的確定

(1)當葉輪直徑D=800 mm時，槽體容積為13.96 m3，基本滿足單槽容積14 m3、4槽總容積56 m3的要求。

(2)根據槽體當量圓面積直徑DE和槽體容積V、槽體深度H，結合生產現場土建尺寸設計槽體，確定單槽尺寸為3 000 mm×3 000 mm×1 600 mm。

(3)根據計算得知，攪拌功率P=22.48 kW，電機選用6級電機，電機型號為YXn280S-6 ，功率為30 kW。

(4)根據計算得知，此次選用R97DV100M4減速電機，減速比為59.92，功率為 2.20 kW。

新型機械攪拌式浮選機的技術參數見表1。

表1 新型機械攪拌式浮選機的主要技術參數

3 新型機械攪拌式浮選機

3.1 結構組成

新型機械攪拌式浮選機由入料箱、一次洗選槽體[4]、中礦箱、二次洗選槽體、尾礦箱、攪拌系統、刮泡系統、假底穩流系統、放礦系統、液位調節系統等10部分組成[3-5]，設備結構示意圖如圖1所示。

圖1 新型機械攪拌式浮選機結構示意圖

3.2 工作原理

在浮選機工作過程中，礦漿與藥劑在礦漿準備器內混合，然后進入第一浮選槽；葉輪旋轉在輪腔內形成負壓[6]，使假底下側和槽內的礦漿分別通過葉輪下上吸口進入混合區[7-8]；攪拌電機帶動葉輪旋轉，同時通過吸氣管吸入空氣；高速旋轉的葉輪使礦漿和空氣充分混合，并產生大量大小不等的氣泡；在捕收劑作用下，疏水性的煤粒粘附在氣泡表面；在定子和紊流板作用下，礦化氣泡均勻地分布在槽體截面[6]，并上浮至液面，富集成泡沫層；精礦泡沫由刮板葉片刮至精礦槽；未被礦化的煤粒通過循環孔和上吸口進入葉輪，再次混合、礦化和分離[6]；不易浮起的煤顆粒流經下一浮選槽，重復上述過程；親水性的矸石顆粒不與氣泡結合，留在槽體底部，最后通過尾礦口排出。

4 應用效果

當現場生產正常時，在煤泥性質基本相同的條件下，對新型機械攪拌式浮選機的分選效果進行分析。2018年11月30日夜班的試樣化驗結果見表2。

表2 新型機械攪拌式浮選機分選效果

由表2可知：在煤泥性質相同的條件下，在浮選精煤灰分滿足要求的前提下，尾煤灰分由59.16%提高到65.43%，精煤產率也得到提高。

以東區入選量最大的許疃童亭煤泥為例，在入料灰分同為28%、精煤灰分同為11.50%時，原浮選機選出的浮選尾煤灰分約為60%，新浮選機選出的浮選尾煤灰分在65%以上，浮選精煤產率提高3.20個百分點，總精煤產率提高0.80個百分點。此外，由于新浮選機的攪拌、充氣、刮泡性能更好，浮選時藥劑用量減少，原浮選機的噸原煤藥劑用量約為0.23 kg/t，新浮選機的噸原煤藥劑用量約為0.20 kg/t。

5 結語

在新型機械攪拌式浮選機使用后，崗位司機操作方便，能夠較好地掌控產品灰分，消除了浮選精煤灰分波動大的不利影響，產品質量得到提高，預計每年可為選煤廠創收近千萬元。目前，該浮選機不但在臨渙選煤廠得到了使用，而且推廣到了兄弟單位渦北選煤廠，其使用效果也得到了充分肯定。原浮選機的設計優化和成功應用，對其他浮選機的設計和優化有一定的借鑒意義。