王光慶，樊民強(qiáng)

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024)

格條對(duì)螺旋溜槽分選效果影響試驗(yàn)研究

王光慶，樊民強(qiáng)

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024)

摘要：為考察格條對(duì)螺旋溜槽分選效果的影響，通過(guò)在螺旋溜槽槽面鋪設(shè)格條，并改變格條與槽面直徑之間夾角大小的方法進(jìn)行試驗(yàn)，得到了各粒級(jí)的精煤灰分、尾煤灰分、精煤產(chǎn)率和綜合效率的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：相對(duì)于無(wú)格條時(shí)，在正角度范圍內(nèi)，各粒級(jí)精煤灰分和精煤產(chǎn)率均升高，在45°達(dá)到最大值，粗粒級(jí)在60°時(shí)分選效率最高，細(xì)粒級(jí)分選效率都降低；在負(fù)角度范圍內(nèi)，粗粒級(jí)精煤灰分在-45°處最低，分選效率在0°最高，細(xì)粒級(jí)精煤灰分均升高，分選效率降低。

關(guān)鍵詞：螺旋溜槽；格條；夾角；灰分；精煤產(chǎn)率；分選效率

作為粗煤泥的主要分選設(shè)備，螺旋溜槽具有無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、生產(chǎn)費(fèi)用低、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在美國(guó)和澳大利亞等產(chǎn)煤國(guó)已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用。但實(shí)際生產(chǎn)表明螺旋溜槽尚存在著精煤灰分高、精煤產(chǎn)率低以及選別效率差等缺點(diǎn)，成為限制該設(shè)備在國(guó)內(nèi)大規(guī)模推廣和應(yīng)用的主要因素[1]。

針對(duì)上述問(wèn)題，諸多學(xué)者在改變槽面結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了大量探索和研究。王家明等研制出了來(lái)復(fù)條螺旋溜槽，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在尾礦品位略有下降的情況下，可明顯提高精礦品位和精礦產(chǎn)率[2]。吳伯增等也通過(guò)在槽面上安裝來(lái)復(fù)條等方法，發(fā)明了復(fù)合螺旋溜槽，實(shí)際生產(chǎn)表明可大幅提高選礦技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[3]。金仁國(guó)等通過(guò)借鑒搖床床面橫向槽的作用機(jī)理及淘米盆刻槽的分布形式，設(shè)計(jì)出了楔形刻槽螺旋溜槽，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備能夠顯著提高精礦回收率和選礦效率，同時(shí)減輕槽面上內(nèi)緣失水程度[4]。

盧繼美等通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)螺旋溜槽中來(lái)復(fù)條和刻槽的松散紊動(dòng)作用，認(rèn)為來(lái)復(fù)條和刻槽是螺旋溜槽最敏感的工藝參數(shù)之一，不同的分選物料來(lái)復(fù)條和刻槽參數(shù)需要具體確定[5]。周勤舉等和張鴻波等都通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析了來(lái)復(fù)條、刻槽和光面3種槽面螺旋溜槽的分選結(jié)果，均認(rèn)為來(lái)復(fù)條槽底和刻槽槽底產(chǎn)生的水躍現(xiàn)象過(guò)強(qiáng)，使已分層的礦物又被打亂，光面槽底效果最好[6-7]。

上述關(guān)于來(lái)復(fù)條螺旋溜槽的探索和研究，或是只給出了最佳設(shè)計(jì)角度參數(shù)下的分選結(jié)果，信息傳達(dá)不全面，或是僅憑某一個(gè)設(shè)定角度參數(shù)下的試驗(yàn)結(jié)果便給來(lái)復(fù)條螺旋溜槽分選效果下結(jié)論，說(shuō)服力不足，均沒(méi)有給出不同來(lái)復(fù)條角度下螺旋溜槽分選規(guī)律。本文通過(guò)向螺旋溜槽槽面鋪設(shè)格條，改變格條與槽面直徑夾角大小的方法進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析不同參數(shù)下各粒度級(jí)精煤灰分、尾煤灰分、精煤產(chǎn)率以及綜合效率的變化規(guī)律，以期對(duì)格條作用下螺旋溜槽的分選規(guī)律有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

1試驗(yàn)系統(tǒng)及方法

1.1入料煤樣性質(zhì)

試驗(yàn)中小直徑旋流器入料為古交礦區(qū)8#煤0～1 mm粒度級(jí)煤泥，總灰分為29.12%，其粒度組成見(jiàn)表1。

表1　原煤粒度組成

由表1可以看出，0.5～1.0 mm 及0.25～0.5 mm 兩粗粒級(jí)含量最高，合計(jì)占原煤比重達(dá)68.19%，且兩粒級(jí)灰分也最高，為主導(dǎo)粒級(jí)；0.125～0.25 mm和0.074～0.125 mm兩粒級(jí)的含量和灰分均為最低；<0.074 mm粒級(jí)含量和灰分居中。因此，主導(dǎo)粒級(jí)分選效果的好壞將直接影響最終原煤的整體分選效果。

1.2試驗(yàn)系統(tǒng)

試驗(yàn)系統(tǒng)主要由螺旋溜槽、小直徑旋流器、攪拌桶、渣漿泵、變頻器、流量計(jì)、壓力表等組成，如圖1所示。

試驗(yàn)所用螺旋溜槽槽面的材質(zhì)為玻璃鋼，內(nèi)表面涂有耐磨層，橫斷面為立方拋物線型，螺旋槽從上到下一共5圈，全部用螺栓固定在金屬支架上，自身無(wú)運(yùn)動(dòng)部件。螺旋溜槽其它規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　螺旋溜槽規(guī)格

1.3格條參數(shù)

試驗(yàn)所用格條材質(zhì)為硅膠，橫截面為正方形，邊長(zhǎng)3 mm，長(zhǎng)度240 mm的硅膠條。

試驗(yàn)中格條一端始終固定在距螺旋槽槽面最外沿10 mm處。第1根格條放置在最上層第一圈螺旋槽距離入料口端約1/3圈處，然后經(jīng)1/3圈放置第2根格條……以此類(lèi)推，格條之間間隔都為1/3圈，最后1根格條距排料端約2/3圈，最終槽面上共放置12根格條，平均每圈螺旋槽上放置3根格條。

試驗(yàn)中格條與螺旋槽直徑夾角的正負(fù)符號(hào)定義為：以直徑所在方向?yàn)?°，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。正角度參數(shù)分別為0°、30°、45°、60°以及無(wú)格條(90°)見(jiàn)圖2(a)；負(fù)角度參數(shù)分別為0°、-30°、-45°、-60°及無(wú)格條(-90°)見(jiàn)圖2(b)。

圖1　螺旋溜槽試驗(yàn)系統(tǒng)

圖2　格條與直徑夾角正負(fù)符號(hào)定義示意圖

1.4試驗(yàn)方法

一定濃度的礦漿在攪拌桶內(nèi)混合均勻后，由渣漿泵以一定壓力首先切向給入小直徑旋流器預(yù)先脫泥濃縮，旋流器溢流直接返回?cái)嚢柰?，底流則作為螺旋溜槽入料進(jìn)行分選，分選后流入攪拌桶。入料壓力與礦漿流量可通過(guò)變頻器調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，壓力與流量由壓力表與電磁流量計(jì)在線顯示。入料原煤粒級(jí)0～1mm，中煤和尾煤合在一起作為本試驗(yàn)中的尾煤產(chǎn)品，精煤出料口與尾煤出料口開(kāi)口比為1∶20，礦漿質(zhì)量濃度15%，小直徑旋流器入料壓力0.08MPa，此條件下系統(tǒng)礦漿流量約為2.3m3/h。改變格條與槽面直徑之間夾角大小，待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，分別同時(shí)接取適量的精煤和尾煤產(chǎn)品，進(jìn)行篩分、過(guò)濾、烘干、稱(chēng)重、化驗(yàn)，得到精煤、尾煤各粒級(jí)的灰分，并計(jì)算出精煤產(chǎn)率和漢考克綜合效率。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1格條與槽面直徑之間夾角為正角度下結(jié)果

在正角度范圍內(nèi)，依次設(shè)定夾角為0°、30°、45°、60°及無(wú)格條(90°)，各粒級(jí)精煤灰分和尾煤灰分變化曲線分別如圖3(a)、圖3(b)所示，精煤產(chǎn)率和綜合效率變化曲線分別見(jiàn)圖4(a)、圖4(b)。

圖3　正角度時(shí)各粒級(jí)精煤灰分及尾煤灰分變化曲線

圖4　正角度時(shí)各粒級(jí)精煤產(chǎn)率及綜合效率變化曲線

由圖3(a)可知，各粒級(jí)精煤灰分均在45°時(shí)最高，在無(wú)格條處為最低，說(shuō)明格條角度為正時(shí)并不能降低精煤產(chǎn)品灰分。由圖4(a)可以看出，0.5～1 mm和<0.074 mm粒級(jí)精煤產(chǎn)率在60°時(shí)最高，其它粒級(jí)在45°時(shí)最高，各粒級(jí)均在無(wú)條時(shí)最低，說(shuō)明格條角度為正時(shí)可以提高精煤產(chǎn)率。從圖3(b)和圖4(b)可以看出，粗粒級(jí)的尾煤灰分及綜合分選效率均在60°最高，在30°左右時(shí)最低，其它粒級(jí)在無(wú)格條處最高，說(shuō)明正角度時(shí)可提高粗粒級(jí)分選效率，但不能提高細(xì)粒級(jí)分選效率。

2.2格條與槽面直徑夾角為負(fù)角度下結(jié)果

在負(fù)角度范圍內(nèi)，依次設(shè)夾角為0°、-30°、-45°、-60°及無(wú)格條(-90°)，各粒級(jí)精煤灰分和尾煤灰分變化曲線分別如圖5 (a)、圖5(b)所示，精煤產(chǎn)率和綜合效率變化曲線分別如圖6 (a)、圖6(b)所示。

由圖5(a)、圖5 (b)、圖6 (a)和圖6 (b)可以看出，0.5～1 mm和0.25～0.5 mm兩粗粒級(jí)精煤灰分、尾煤灰分、精煤產(chǎn)率及綜合效率變化曲線均呈開(kāi)口向上的拋物線形狀，都分別在0°、-45°左右時(shí)達(dá)到最大值和最小值，但精煤灰分降幅不大，而精煤產(chǎn)率和綜合效率下降較多，說(shuō)明負(fù)夾角時(shí)，可降低粗粒級(jí)精煤灰分，但會(huì)犧牲精煤產(chǎn)率及綜合分選效率。

圖5　負(fù)角度時(shí)各粒級(jí)精煤灰分及尾煤灰分變化曲線

圖6　負(fù)角度時(shí)各粒級(jí)精煤產(chǎn)率及綜合效率變化曲線

從圖5(a)可知，0.125～0.25mm、0.074～0.125mm和<0.074mm細(xì)粒級(jí)的精煤灰分從0°到無(wú)格條都不斷下降，在無(wú)格條處最低。由圖5(b)和圖6(a)可以看出，0.125～0.25mm和0.074～0.125mm兩粒級(jí)的尾煤灰分、精煤產(chǎn)率在0°和-60°處均較高，大于無(wú)格條處時(shí)對(duì)應(yīng)值，<0.074mm粒級(jí)尾煤灰分和精煤產(chǎn)率都在無(wú)格條處達(dá)到最大值。從圖6(b)可以看出，0.125～0.25mm、0.074～0.125mm和<0.074mm粒級(jí)綜合分選效率均在無(wú)格條處最高，在-45°左右時(shí)最低。說(shuō)明負(fù)角度時(shí)，細(xì)粒級(jí)精煤灰分不能降低，綜合效率會(huì)下降，但可一定程度上提高精煤產(chǎn)率。

2.3原因分析

槽面上鋪設(shè)格條后，螺旋運(yùn)動(dòng)的礦漿不斷受到來(lái)自格條的阻擋和引導(dǎo)作用，阻擋作用會(huì)使礦漿在格條的前方形成循環(huán)往復(fù)的漩渦區(qū)，并出現(xiàn)水躍現(xiàn)象[8]，如圖7所示，主要影響顆粒群的分層，而引導(dǎo)作用則改變礦漿的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，主要影響顆粒群在槽面上的分帶[9]。

圖7　格條水躍現(xiàn)象示意圖

當(dāng)格條與槽面直徑重合即在0°時(shí)，格條整個(gè)長(zhǎng)度都為有效阻擋長(zhǎng)度，礦漿內(nèi)循環(huán)[10]停止，且外緣水流較深，含有較多煤粒，精煤排料口靠近外緣一端，外緣和內(nèi)緣之間的顆粒交換不能得到充分進(jìn)行，尤其是高灰重顆粒不能及時(shí)回到內(nèi)緣，導(dǎo)致精煤灰分及精煤產(chǎn)率增加。

圖8　正/負(fù)角度下輕重顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖

在格條與直徑夾角為正的范圍內(nèi)，格條起阻擋和導(dǎo)向作用，如圖8(a)所示。從0°變?yōu)?0°時(shí)，由于礦漿靠外緣流動(dòng)，格條有效阻擋長(zhǎng)度沒(méi)有變短，另外格條與水流流動(dòng)方向之間夾角過(guò)大且礦漿流速太快，格條的導(dǎo)流作用較弱，因此由0°變?yōu)?0°后精煤灰分變化不大。當(dāng)從30°變?yōu)?5°時(shí)，格條有效阻擋長(zhǎng)度明顯變短，向內(nèi)導(dǎo)流作用占據(jù)主導(dǎo)，槽面中間及外緣的顆粒都被導(dǎo)入外緣，即中間灰分顆粒都被引至低灰分區(qū)域，所以精煤灰分及精煤產(chǎn)率都升高。從45°變?yōu)?0°時(shí)，格條阻擋作用已十分微弱，導(dǎo)流作用由向外緣引導(dǎo)高灰煤粒轉(zhuǎn)變?yōu)闇p少外緣精灰煤粒循環(huán)至內(nèi)緣，使外緣較低灰分顆粒在前面的基礎(chǔ)上得以繼續(xù)分選，在一定程度上促進(jìn)了分選，因此精煤灰分會(huì)有所降低，尾煤灰分相應(yīng)升高，綜合分選效率升高。從60°變?yōu)?0°即無(wú)格條時(shí)，由于格條失去了對(duì)外緣精煤尤其是大顆粒精煤的導(dǎo)向聚攏作用，部分精煤會(huì)損失至內(nèi)緣尾煤當(dāng)中，故精煤灰分、尾煤灰分及精煤產(chǎn)率都有一定程度的降低。

在格條與直徑夾角為負(fù)的范圍內(nèi)，如圖8(b)，由0°至-60°，格條阻擋作用逐漸減弱，導(dǎo)流作用不斷增強(qiáng)，外緣的低灰輕煤粒尤其是底層大顆粒煤粒不斷被引至內(nèi)緣，外緣僅相對(duì)富集細(xì)顆粒低灰精煤，部分粗顆粒精煤會(huì)損失至尾煤中，所以精煤灰分、尾煤灰分及精煤產(chǎn)率均不斷降低，綜合分選效率也降低。從-60°到-90°即無(wú)格條時(shí)，格條的阻擋和導(dǎo)流作用均不斷減弱，精煤特別是粗顆粒精煤的損失率降低，故精煤灰分、尾煤灰分、精煤產(chǎn)率和

綜合效率都逐漸回升。

3結(jié)論

1)設(shè)定格條與槽面直徑夾角為正角度時(shí)，格條向槽外緣導(dǎo)流，可提高各粒級(jí)精煤產(chǎn)率或綜合分選效率，但不能降低精煤灰分。

2)設(shè)定格條與槽面直徑夾角為負(fù)角度時(shí)，格條向槽內(nèi)緣導(dǎo)流，可達(dá)到降低粗粒級(jí)精煤灰分或提高粗粒級(jí)精煤產(chǎn)率及綜合分選效率的目的，而細(xì)粒級(jí)分選效果變壞。

3)粒度和格條角度大小對(duì)螺旋溜槽的分選效果影響較大，應(yīng)根據(jù)入選原煤的粒度組成及具體要求合理確定格條參數(shù)。

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Experimental study on influence of riffles on the separation effect of spiral chute

WANG Guang-qing，F(xiàn)AN Min-qiang

(College of Mining Technology，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China)

Abstract:In order to study the influence of riffle on the separation effect of spiral chute，a experiment was carried out by laying riffles on the groove face of spiral chute and changing the angle between riffle and the diameter of chute，the change rules of the ash of clean coal，ash of tailings，clean coal yield and comprehensive efficiency of each size fraction was obtained.The results show that：comparing with free groove face，when the angle is positive，the ash of clean coal and clean coal yield of each size fraction both increase，and reach the maximum at 45°，the comprehensive efficiency of coarse fraction is highest at 60°，the comprehensive efficiency of fine fraction fall；when negative，for the coarse fraction，the ash of clean coal is lowest at -45°and the comprehensive efficiency is highest at 0°，for the fine fraction，ash of clean increase，comprehensive efficiency drop.

Key words：spiral chute；riffle；angle；ash；clean coal yield；comprehensive efficiency

收稿日期：2015-05-20

作者簡(jiǎn)介：王光慶(1989-)，男，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)閺?fù)合力場(chǎng)分選。E-mail:1079834484@qq.com。 通訊作者：樊民強(qiáng)(1964-)，男，山西永濟(jì)人，教授，博士，主要研究方向?yàn)榈V物分選理論、工藝與設(shè)備。E-mail:fanminqiang@tyut.edu.cn。

中圖分類(lèi)號(hào)：TD94

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)03-0162-05