杜長(zhǎng)江

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083

0 引言

在各類(lèi)選煤工藝中，重介質(zhì)選煤具有分選精度高、對(duì)原煤適應(yīng)性強(qiáng)、可生產(chǎn)超低灰分精煤和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)， 尤其是是應(yīng)用離心力場(chǎng)強(qiáng)化礦物分選的重介質(zhì)旋流器，已成為國(guó)內(nèi)外首選的選煤技術(shù)。重介質(zhì)旋流器對(duì)密度差值較小的難選和極難選的原煤可進(jìn)行精確的分選，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)動(dòng)部件，隨著設(shè)備大型化的發(fā)展，入料上限達(dá)到100mm，分選下限可達(dá)0.10mm，可能偏差EP=0.01～0.06，是一種高效選煤設(shè)備。美國(guó)使用重介質(zhì)旋流器的選煤廠比例已超過(guò)50%，澳大利亞和中國(guó)也廣泛采用該技術(shù)作為主再選設(shè)備。

1 重介質(zhì)旋流器的分選機(jī)理

重介質(zhì)旋流器選煤遵循阿基米德原理，物料在旋流器中通過(guò)徑向上的離心力和軸向的阿基米德力來(lái)分選的。徑向離心力F0為

阿基米德力F為F=G-Ft=V(δ-ρ)g（2）

式中，V為顆粒的體積，m3；δ為顆粒的密度，kg/L；ρ為懸浮液的密度，kg/L；v為顆粒旋轉(zhuǎn)時(shí)的切向速度，m/s；r為顆粒旋轉(zhuǎn)半徑，m；G為顆粒重力，N；Ft為顆粒所受的浮力，N。

徑向方向運(yùn)動(dòng)：當(dāng)δ>ρ時(shí)，顆粒向器壁運(yùn)動(dòng)，當(dāng)δ＜ρ時(shí)，顆粒向中心運(yùn)動(dòng)。

垂直方向運(yùn)動(dòng)：當(dāng)δ>ρ時(shí)，顆粒下沉，當(dāng)δ＜ρ時(shí)，顆粒上浮，當(dāng)δ=ρ時(shí)，顆粒處于懸浮狀態(tài)。

以上兩式可定性描述顆粒在旋流器中的分選過(guò)程，除密度外，顆粒粒度等對(duì)分選都有影響。

2 有壓入料與無(wú)壓入料方式的選擇

國(guó)外較多采用有壓入料方式，而國(guó)內(nèi)廣泛采用的無(wú)壓入料方式。

有壓入料方式是將被選物料與重介質(zhì)懸浮液預(yù)先混合后，通過(guò)離心泵或定壓箱壓入旋流器內(nèi)進(jìn)行分選。無(wú)壓入料方式是被選物料與懸浮液分開(kāi)給入旋流器內(nèi)，懸浮液用離心泵或者定壓箱壓入旋流器中形成漩渦，而被選物料靠自重進(jìn)入，并被卷進(jìn)漩渦內(nèi)進(jìn)行分選。

有壓入料的優(yōu)勢(shì)是對(duì)細(xì)粒級(jí)物料分選精度高，分選下限可達(dá)0.10mm，但有壓入料方式易導(dǎo)致過(guò)粉碎，產(chǎn)生次生煤泥量大，增加懸浮液內(nèi)的非磁性物含量。

無(wú)壓入料方式的優(yōu)勢(shì)是旋流器內(nèi)介質(zhì)密度可控性好，次生煤泥少，對(duì)原煤適應(yīng)能力強(qiáng)，避免了入料泵對(duì)煤的過(guò)粉碎和煤對(duì)泵的磨損，是泥化程度最輕分選工藝之一，較有壓入料對(duì)設(shè)備磨損和能耗低，但旋流器底部有壓給入的懸浮液與物料顆粒存在切向速度差，導(dǎo)致實(shí)際分選密度升高和重產(chǎn)物錯(cuò)配等問(wèn)題，只有通過(guò)增加旋流器筒體長(zhǎng)度才能解決該問(wèn)題。

3 選前脫泥與不脫泥的選擇

國(guó)外多采用選前脫泥，而國(guó)內(nèi)一般選前不脫泥。

選前脫泥的優(yōu)點(diǎn)是可以提高分選精度和效率，減少煤泥量和脫介篩的面積，降低磁選機(jī)負(fù)荷和介耗，但會(huì)使工藝復(fù)雜，還要對(duì)原生煤泥單獨(dú)處理，增加浮選投資，而且適量的煤泥對(duì)于保持懸浮液的穩(wěn)定性是有利的。

選前不脫泥的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了工藝環(huán)節(jié)，減少工程投資和管理操作難度，但不脫泥工藝的介質(zhì)循環(huán)量大，增加了介耗，分選密度容易波動(dòng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，尤其是原生煤泥量較大時(shí)，大量原生煤泥會(huì)直接進(jìn)入重介質(zhì)懸浮系統(tǒng)，導(dǎo)致懸浮液粘度的增加，細(xì)粒級(jí)物料得不到有效分選，影響精煤產(chǎn)率。

4 分級(jí)與不分級(jí)入選方式的選擇

隨著采煤機(jī)械化程度的提高，原煤中塊煤量含量減小，粉末煤增多，是否分級(jí)入選就成了設(shè)計(jì)者需考慮的重要問(wèn)題

分級(jí)入選的優(yōu)勢(shì)是其分選效率高于不分級(jí)入選，在選煤廠設(shè)計(jì)中，尤其是大規(guī)模選煤廠設(shè)計(jì)，分級(jí)后入選會(huì)提高分選能力，但給工藝布置和設(shè)備選型帶來(lái)不便。

不分級(jí)入選的優(yōu)勢(shì)是工藝流程簡(jiǎn)單，管理操作方便，而且可以減小廠房體積，但物料不分級(jí)，其粒度范圍寬，難以實(shí)現(xiàn)合理?xiàng)l件下的分選。

5 兩產(chǎn)品重介旋流器與三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的選擇

國(guó)外公司往往使用兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，如澳大利亞在我國(guó)設(shè)計(jì)的模塊化選煤廠，而國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)常常采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，尤其是無(wú)壓三產(chǎn)品重介旋流器。

兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的優(yōu)勢(shì)是對(duì)分選密度小于1.8kg/L的動(dòng)力煤有較好效果，但對(duì)于高于1.8kg/L的分選，其高密度懸浮液較難制備，可能偏差值較大，設(shè)備磨損嚴(yán)重，且選前必須脫泥。

三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器的優(yōu)勢(shì)是可以用一套低密度介質(zhì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高密度物料分選，簡(jiǎn)化再選物料運(yùn)輸，入選原煤可不必脫泥，允許煤泥量高達(dá)50%以上，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)灰，靈活掌握是否出中煤，工藝簡(jiǎn)單，基建投資少，生產(chǎn)成本低。但第二段旋流器所需的高密度介質(zhì)是靠第一段旋流器濃縮而來(lái)，很難精確測(cè)定和控制第二段密度，可將二段固定溢流管改為伸縮管后，通過(guò)調(diào)插入深度來(lái)改善分選效果。

國(guó)內(nèi)研制的多供介無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器比單供介無(wú)壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器具有更高的分選精度，更快的分選速度，更大的處理能力，更低的能耗，且工藝參數(shù)調(diào)節(jié)方便，分選效果理想，已在全國(guó)多家選煤廠應(yīng)用。

6 結(jié)論

隨著采煤機(jī)械化程度的提高，細(xì)粒級(jí)煤比例的不斷增加，煤質(zhì)的惡化，使得原煤的可選性變差。重介質(zhì)旋流器作為一種高效選煤設(shè)備，在工藝設(shè)計(jì)中，要因煤制宜地選擇有壓入料與無(wú)壓入料、選前脫泥與不脫泥、分級(jí)與不分級(jí)、兩產(chǎn)品重介旋流器與三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，使其能更高效地分選。

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