XJM-KS45型機械攪拌式浮選機在新巨龍選煤廠的應用

唐于輝，王煥忠，彭 陽，張 鵬，萬光顯

(1.新汶礦業集團內蒙古能源有限責任公司 洗煤分公司，內蒙古 鄂爾多斯 016214；2.山東新巨龍能源有限責任公司，山東 菏澤 274918)

新巨龍公司選煤廠(簡稱“新巨龍選煤廠”)是一座設計能力為6.00 Mt/a的礦井型煉焦煤選煤廠，系統配置可以滿足10.00 Mt/a的生產需要。選煤工藝為>50 mm粒級采用動篩跳汰機排矸、50～0 mm粒級預先脫泥、50～0.5 mm粒級采用有壓兩產品重介質旋流器主再選、<0.5 mm粒級浮選的聯合工藝。入選原煤以肥煤和1/3焦煤為主，原煤可選性為極難選。主導產品為優質煉焦煤，灰分小于8.00%(或8.50%)、硫含量小于0.60%，作為六(七)級冶煉精煤；副產品包括發熱量為22.16 MJ/kg、硫含量小于1.00%的中煤和發熱量為13.81 MJ/kg、硫含量小于1.50%的干燥煤球，作為發電和民用燃料。

為了完善粗煤泥分選系統，改善重介分選效果，2016年10月新巨龍選煤廠對粗煤泥分選系統進行改造，采用TCS智能粗煤泥分選機對0.5～2 mm粒級粗煤泥進行分選。2017年7月粗煤泥分選系統改造完成，但浮選系統的煤泥性質(主要是數量和粒度)發生較大變化，K-FV50NS充氣式浮選機(舊浮選機)不能適應煤泥性質的變化，浮選效果變差，生產指標波動較大，進而影響最終精煤指標穩定。同時，重介系統產能得到釋放，但由于舊浮選機性能較差，成為制約生產系統產能釋放和精煤產率進一步提高的瓶頸。為此，2017年11月新巨龍選煤廠采用XJM-KS45型機械攪拌式浮選機(新浮選機)替換舊浮選機，新浮選機投入運行后，現場應用效果良好。

1 XJM-KS45型機械攪拌式浮選機

1.1 結構組成

XJM-KS45型機械攪拌式浮選機主要由槽體、攪拌機構、刮泡機構、放礦機構、假底穩流裝置、驅動裝置、液位調節裝置等組成[1]，其結構如圖1所示。

圖1 XJM-KS45型機械攪拌式浮選機結構示意圖

槽體由頭部槽體、中間槽體和尾部槽體組成，各槽體之間布置有埋沒式中礦箱，用于引導礦漿流動，進而防止出現“串料”問題。各浮選槽安裝有可調溢流堰，用于調節槽內液面，使各槽液面與泡沫層存在一定高差，而整體液面通過尾礦箱閘板統一調節。槽體上方兩側各布置有一組精礦刮板，當改變各槽溢流堰高度時，刮板直徑可在480～600 mm之間調整，以適應浮選槽液面高度和各室泡沫層厚度。此外，假底穩流裝置能夠實現“假底下吸、周邊串流”式給料，有利于保持浮選機工況穩定，進而使其對入料量變化具有較強的適應能力[1-2]。

1.2 工作原理

在浮選機工作過程中，礦漿和藥劑充分混合后進入第一槽假底下，葉輪旋轉在輪腔內形成負壓，使混合物分別由葉輪下吸口、上吸口進入混合區；同時，空氣沿導氣套筒進入混合區，礦漿、藥劑與空氣在此混合。在葉輪離心力的作用下，混合物進入礦化區，空氣被粉碎成氣泡，并與煤粒充分接觸，進而形成礦化氣泡。在定子和紊流板的作用下，礦化氣泡均勻地分布在槽體截面，并向上升浮進入分離區，富集后形成泡沫層(精礦泡沫)，由刮泡機構刮出。假底上部未被礦化的顆粒通過循環孔和上吸口進入葉輪，再次混合、礦化、分離。槽內未被礦化的礦漿，通過中礦箱進入第二槽假底下，并完成與第一槽相同的全部過程。如此循環后，礦漿進入最后一槽，其經分選后進入尾礦箱，被排出成為最終尾礦[3-5]。

1.3 技術參數

XJM-KS45型機械攪拌式浮選機的主要技術參數如下：

參數

數值

單槽容積/m3

45

入料壓力/MPa

0.06～0.12

礦漿處理量/(m3·h-1)

1 200

干煤泥處理能力/(t·h-1·m-3)

0.6～1.0

單槽攪拌電機功率/kW

90

單臺刮板電機功率/kW

3

外形尺寸/(mm×mm×mm)

21 805×4 870×4 780

1.4 技術特點

XJM-KS45型機械攪拌式浮選機具有以下技術特點[6-8]：

(1)入料端設置有管式微泡礦化器，用于替代礦漿預處理器，礦漿的礦化效率提高，且有利于簡化浮選工藝，強化浮選效果。

(2)“假底下吸、周邊串流”式給料集直流式、自吸式給料優點于一體，既能克服直流式給料礦漿易“短路”的缺陷，又能解決自吸式給料礦漿通過量小的問題。

(3)針對煤種、粒度、濃度等特點，可以優化流體動力學參數，進而實現高均勻度充氣和快速浮選，能夠提高浮選機的適應性，進而保證其對不同粒級煤泥的浮選效果。

(4)最佳入料濃度在90～105 g/L之間，在礦漿通過量相同的情況下，煤泥處理能力是K-FV50NS充氣式浮選機的1.50～2.00倍[9]。

(5)設備可靠性高，操作維護方便，礦漿液位單點既可自動調節也可手動調節；在同類產品中，能耗和藥耗均處于較低水平。

2 浮選系統改造

采用新浮選機替換舊浮選機后，浮選系統生產模式由“粗選+掃選”變為“粗選+精選”。目前，新巨龍選煤廠共有5條浮選生產線，對應5臺浮選機，采用“4+1”布置方案[10-12]。在浮選系統生產正常后，將第2至第5條生產線的浮選機作為粗選浮選機，將第1條生產線的浮選機作為精選浮選機。粗選浮選機的尾礦進入濃縮池，各槽精礦中的第1槽精礦進入精礦池，第2至第4槽的精礦進入精選系統。經過再次分選后，精選作業的各槽精礦進入精礦池，尾礦進入分級旋流器。物料經過分級處理后，溢流進入濃縮池，底流采用高頻篩脫水后摻入中煤。浮選系統改造前后的設備流程如圖2所示。

圖2 浮選系統改造前后的設備流程圖

3 應用效果

3.1 浮選入料性質

受井下煤炭性質變化和粗煤泥分選工藝的影響，入浮煤泥性質發生了較大變化，具體見表1。由表1可知：在粗煤泥分選系統改造后，入浮煤泥中<0.075 mm粒級產率為58.27%，比改造前高5.28個百分點；入浮煤泥灰分為22.64%，比改造前高3.33個百分點。入浮煤泥中的高灰細泥含量增多，這是煤泥性質發生較大變化的主要表現。

表1 改造前后的入浮煤泥性質

注：增量以改造前數據為計算基準。

3.2 浮選效果

在浮選系統改造期間，分別對新浮選機和舊浮選機的精礦、尾礦采樣和化驗，兩種浮選機的精礦、尾礦粒度組成見表2。在入浮煤泥濃度為77.80 g/L的情況下，根據表2數據計算新舊浮選機的工藝性能指標，結果見表3。

由表2、表3可知：

(1)新浮選機的浮選完善指標為53.24%，比舊浮選機高4.44個百分點，說明其對當前煤質適應能力更強。

(2)新浮選機的精煤中>0.075 mm粒級產率為42.02%，比舊浮選機高2.12個百分點，說明其對粗顆粒回收效果更好；新浮選機的精煤產率為66.34%，比舊浮選機高1.52個百分點，在相同煤質條件下，精煤產率更高，且更易得到低灰精煤。

(3)新浮選機的精煤灰分為8.58%，比舊浮選機低0.87個百分點，且各粒級灰分均降低，重介精煤“背灰”現象大幅減輕，重介精煤灰分控制區間可以進一步提高，有利于提高精煤產率。

(4)新浮選機的精礦濃度為243 g/L，比舊浮選機高43 g/L，采用加壓過濾機脫水時排料周期縮短，系統處理量顯著提高。此外，浮選精煤脫水工藝得以簡化，生產成本降低。

在保證浮選效果時，新浮選機的最佳入料濃度在90 g/L以上，在礦漿通過量相同的情況下，其處理能力更大。重介系統處理能力由1 600 t/h提高到1 750 t/h以上，生產系統產能得到釋放。

表2 新舊浮選機的精礦和尾礦粒度組成

表3 新舊浮選機的工藝性能指標

注：增量以改造前數據為計算基準。

3.3 經濟效益

新浮選機投入應用后，浮選精煤灰分降低，重介精煤無需為其“背灰”，使最終精煤產率隨之升高。據計算，在不考慮煤質變化因素的前提下，新浮選機運行后，精煤產率升高3.02個百分點。按照該選煤廠洗選能力7.50 Mt/a，精煤與中煤銷售差價1 000元/t計算，預計每年的銷售收入增加2.27億元，經濟效益十分可觀。

4 結語

XJM-KS45型機械攪拌式浮選機運行后，重介精煤“背灰”問題得到解決，精煤產率有所提升，說明其對新巨龍選煤廠當前煤泥的適應能力更強，分選效果更好。此外，由于該浮選機處理能力強、精礦濃度高，有助于提高脫水設備的處理能力，使浮選系統不再是整個生產系統的瓶頸，生產系統產能得到釋放。