重介質旋流器及在選煤廠的應用

劉永光

（西山煤電股份有限公司西銘礦選煤廠， 山西 太原 030053）

引言

通過重介質旋流器進行煉焦煤分選是最為常用的分選工藝，從目前來看，國內常用的分選工藝有三種：有壓三產品重介旋流器分選工藝、不脫泥無壓三產品重介旋流器分選工藝、有壓兩段兩產品重介旋流器分選工藝。這三種工藝各有利弊，分別適合不同品質的原煤。不脫泥無壓三產品重介旋流器分選工藝適合硬質、煤泥小的原煤，在原生煤泥較大的原煤選煤中不適用。有壓三產品重介旋流器分選工藝對旋流器的磨損很大，葉輪對煤和矸石的破碎能力強，對于容易泥化的原煤不適用。有壓兩段兩產品重介分選工藝分選精度高、控制能力強、懸浮液循環量小，主廠房的建設成本低，因此本文選擇有壓兩段兩產品重介分選工藝進行煉焦煤選煤[1-8]。

1 重介質旋流器工作原理

重介質旋流器工作原理如圖1 所示。重介旋流器是依據阿基米德原理設計而成的一種分選裝置。在旋流中，密度不同的物料顆粒受到的阿基米德力fc和離心力f0也不同，合力F 的表達式如下：

圖1 重介質旋流器的工作原理

式（1）中：v 為物料顆粒的線速度，V 為物料顆粒的體積，r 為物料顆粒的半徑，δ 為物料的密度，ρ 為懸浮液的密度。由此可見，在懸浮液密度ρ 一定的條件下，物料顆粒所受合力F 的方向由物料密度δ 決定，當δ﹥ρ 時，物料顆粒的受力為正，運動方向向下；當δ﹤ρ 時，物料顆粒的受力為負，運動方向向上。由于精煤和矸石的密度差異，就能將精煤從矸石中分選出來。

重介旋流器本身無運動部件，煤泥的分選精度通過調節自身結構參數和外部參數決定，通過不同參數的靈活配合，可以使分選效果達到最佳。因此，在所有選煤設備中，重介旋流器以結構簡單、分選效率高為突出特點。重介旋流器的工作過程為：開始分選后，懸浮液和被選物料以一定初速度切入旋流器內壁，在離心力和初始噴射壓力的作用下形成內外兩個漩渦流，混合物沿入料口貼在旋流器內壁形成的叫外螺旋流，處在外螺旋流內的矸石的移動方向是向下的，最終從底流口排出。旋流器軸心附近的壓力小于大氣壓力，空氣被吸入形成空氣柱的叫內螺旋流，處在內螺旋流內的精煤的移動方向是向上的，最終從溢流口排出。

2 給料方式與脫泥操作

2.1 給料方式

2.1.1 有壓入料

有壓入料指的是煤料在一定壓力作用下進入旋流器的過程。首先將煤料和懸浮液在混料桶中進行充分攪拌混合，再通過加壓泵對混合物進行加壓后送入旋流器的入料口。這種先混合再分選的有壓入料方式可以充分發揮離心力對不同密度礦粒的作用效果，壓力形成的混合運轉速度能夠讓混合物在短時間內迅速進入分選狀態，極大地提高了分選效率。但是有壓入料工藝的缺點也很顯著，加壓泵的葉輪等設備與被選物料頻繁撞擊，物料被破碎泥化，這就會產生很多的次生煤泥，嚴重時會影響分選質量。這種影響效應對泥巖屬性的原煤時尤其明顯，在懸浮液黏度改變時，密度區分效果會下降。

2.1.2 無壓入料

無壓入料工藝是先不混合懸浮液和被選煤泥，而是將重介懸浮液和煤料分別以自然狀態加入重介旋流器。由于入料過程沒有葉輪和其他設備的旋流撞擊，物料顆粒相對保留完整，發生泥化的概率大大降低。在無壓入料方式中，離心力對于輕、重礦粒的區分效果十分顯著，可以提高分選質量和分選效率。

2.2 脫泥工藝

2.2.1 選前脫泥

選前脫泥操作常與有壓入料方式結合使用，這套工藝在提高重介旋流器選煤效率和效果的同時，能夠大幅降低煤泥含量，延長設備的使用壽命。脫泥操作的缺點也很顯著，具體表現為：原煤多次進入重介旋流器進行分選，篩選工藝流程加長，設備成本和電能成本較高。煤泥質量較小時細煤泥容易流出，從而混入重介旋流器中，影響最終的分選效果。泥矸石含量較高的原煤進行脫泥操作后，會提高矸石表面泥化概率。

2.2.2 選前不脫泥

選前不脫泥工藝最顯著的特點是成本低，因其工藝流程中省去了脫泥篩和分級篩，降低了設備損耗和電能費用，分選效率也很高。但是選前不脫泥的操作對細粒級原煤的處理有顯著影響，很難進一步提高分選精度。

3 工藝流程設計

選煤廠的選煤工藝流程是根據煤礦待選原煤和市場對精煤產品的要求共同決定的。首先應根據原煤的煤樣篩分試驗得到原煤的煤質、粒度、灰分、泥化程度等信息，然后通過原煤浮沉試驗得到密度級、產率、灰分、煤泥等信息。得到試驗結果后，應將上述兩個試驗結果結合0.5～50 mm 原煤可選性曲線（如圖2 所示），算出精煤灰分一定時的理論產率、沉物灰分、理論分選密度等結果。根據國標《煤炭可選性評定方法》來確定原煤的洗選種類，對于難選或極難選原煤，由于廠房和空間限制，本工藝流程設計以兩段兩產品重介質旋流器作為主選工藝流程。所設計的重介質選煤工藝流程如下：先將原煤上篩，得到的篩上物與重介質充分混合，通過加壓泵以一定初速度進入旋流器切線方向，矸石從底流出來，脫水脫介后由皮帶輸送機運入矸石倉。溢流再次作為旋流器的入料進入旋流器，第二次旋流后的底流和溢流都需要進行脫水脫介處理，底流脫水脫介處理后成為中煤，溢流脫水脫介后成為精煤。上述過程中脫介后的介質經檢測合格后進入混料桶繼續使用，如果介質過稀不合格，則通過磁選機進行回收。

圖2 0.5 mm 入洗原煤可選性曲線

4 分選效果分析

重介質旋流器在西銘礦選煤廠投產以來，生產指標滿足了設計要求，在精煤分選密度為1.4 g/cm3的情況下，研究人員測試了各項生產指標的分選效果，如表1 所示。原煤灰分為31.21%、水分在6.22%時且在分選密度一定時，重介精煤的灰分測得7.84%，浮選精煤灰分為10.66%，綜合精煤灰分達到了基本要求。

表1 重介旋流器分選效果

5 結語

選煤廠的選煤工藝和設備是由西銘礦原煤的特點和市場產品的要求共同決定的。根據本礦的原煤特點，選煤廠結合市場要求，建設了符合生產實際的重介質旋流器選煤作業產線，對0.5 mm 以上的原煤大幅度提高了煉焦煤資源回收利用率，對0.5 mm 以下的粗煤泥，不僅提高了精煤泥的回收率，還降低了濃縮壓濾設備的生產負載，節約了生產成本，提高了經濟效益。