張嘉云，杜 軍，王亞健，孫玉偉，張鵬飛，公緒文，王治帥

(1.山西潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治046204；2.威海市海王旋流器有限公司，山東 威海264203)

在選煤行業(yè)中，重介質(zhì)旋流器的有效分選下限為0.5 mm，且隨著粒度的減小，分選效果逐漸變差；而浮選的最佳分選粒級在0.25～0.074 mm之間，因而介于浮選上限與重選下限之間粒級的粗煤泥的分選效果最差。若0.5～0.3 mm粒級的煤泥灰分較高，摻入精煤中會造成精煤“背灰”，作為中煤又會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此如何有效提高粗煤泥的分選具有非常重要的意義。目前在市場上較為常用的粗煤泥分選設(shè)備有煤泥重介質(zhì)旋流器、TBS、螺旋分選機(jī)、水介質(zhì)旋流器等設(shè)備[1-2]，其中螺旋分選機(jī)作為一種無動力分選設(shè)備，在選煤廠中得到了非常廣泛的應(yīng)用[3-4]。近三十年間，螺旋分選機(jī)在我國的礦物分選和設(shè)備優(yōu)化方面取得了一定成果，但在其使用過程中仍存在許多問題，如分選密度過高，分選精度較低等缺點(diǎn)。文章基于余吾選煤廠螺旋分選機(jī)的使用情況對上述問題進(jìn)行探討。

1 概述

螺旋分選機(jī)自上世紀(jì)90年代初開始應(yīng)用于選煤行業(yè)，目前在美國、澳大利亞、南非和中國等世界主要產(chǎn)煤國已得到廣泛應(yīng)用[5-6]，取得了良好的分選結(jié)果，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡單，無運(yùn)動部件，能耗低。

(2)基建投資和日常維護(hù)費(fèi)用低，磨損輕，使用年限長。

(3)操作簡單，可根據(jù)用戶需求實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

(4)分選粒級范圍寬，處理能力大，適用于0.15～2 mm粒級的煤泥分選，尤其適用于處理0.15～3 mm粒級的粗煤泥。

2 LXA型螺旋分選機(jī)

LXA型螺旋分選機(jī)已廣泛應(yīng)用于俄羅斯、韓國、伊朗和中國等國家，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了礦物和煤炭洗選、固廢回收、土壤凈化等領(lǐng)域[7-8]。下面以LXA1000螺旋分選機(jī)為例介紹該型號螺旋分選機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，其實(shí)物如圖1所示。

圖1 LXA1000螺旋分選機(jī)實(shí)物圖

2.1 結(jié)構(gòu)組成

LXA1000螺旋分選機(jī)主要由入料分配器、螺旋支撐架、預(yù)先排矸尺、產(chǎn)品截取器等部分組成(圖2)。入料分配器主要是將來料礦漿均勻分配給各個(gè)螺旋分選槽，保證流量穩(wěn)定；螺旋支撐架用于固定螺旋分選機(jī)；預(yù)先排矸尺設(shè)置預(yù)先排矸溜槽，提前將矸石產(chǎn)品排出螺旋槽面，提高精礦品位；產(chǎn)品截取器根據(jù)生產(chǎn)指標(biāo)要求調(diào)節(jié)截取器的角度，調(diào)節(jié)產(chǎn)品指標(biāo)。

圖2 LXA1000螺旋分選機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

2.2 分選原理

螺旋分選機(jī)分選原理如圖3所示。該設(shè)備主要根據(jù)礦物顆粒的密度和粒度的差異，使礦物在運(yùn)動的過程中產(chǎn)生分層，從而分離出不同的產(chǎn)品。水流中的礦粒在重力、摩擦力、慣性離心力和水流動壓力等作用下松散分層，密度大的礦粒進(jìn)入底層并向內(nèi)緣移動，密度小的礦粒進(jìn)入上層并向外緣運(yùn)動，在螺旋槽表面上形成了精礦帶和尾礦帶，最后通過截料器將精礦和尾礦分開[9-10]。

圖3 礦物顆粒在螺旋分選機(jī)中的分選原理示意圖

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

LXA1000型螺旋分選機(jī)主要分選密度在1.5～2.0 g/cm3之間灰分較高的煤泥，入料粒度范圍在0.1～2.0 mm之間，入料濃度要求在30%～50%之間，每頭干煤處理能力在2～4 t/h之間，礦漿通過量在6～8 m3/h之間，其具有以下特點(diǎn)：

(1)礦漿分配器采用平行喉呼吸管的先進(jìn)設(shè)計(jì)，保證了礦漿通過量和流速的穩(wěn)定。

(2)螺旋槽橫斷面采用3次方拋物線形狀，設(shè)計(jì)先進(jìn)，能最大程度地提高精煤產(chǎn)率。

(3)骨架玻璃鋼采用整體噴涂反向疊片成型工藝制作，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐滲透性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

(4)截取器采用與槽表面分離的設(shè)計(jì)思路，可避免擋板與槽面的摩擦損壞，并能有效地進(jìn)行產(chǎn)品分割。

(5)整機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，組裝拆卸方便，還可根據(jù)用戶要求進(jìn)行增添或刪除某些零部件。

3 LXA1000螺旋分選機(jī)在余吾礦選煤廠的應(yīng)用

山西潞安集團(tuán)余吾礦選煤廠一期和二期的設(shè)計(jì)能力為6.0 Mt/a，煤泥量約占原煤的15%，其原則流程如圖4所示。塊煤采用重介質(zhì)旋流器分選，末煤采用螺旋分選機(jī)分選。原煤經(jīng)分級篩預(yù)先脫泥，1.0～50 mm粒級原煤采用有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，<1.0 mm粒級的煤泥經(jīng)過分級濃縮旋流器分級后，0.10～1.0 mm粒級粗煤泥進(jìn)入螺旋分選機(jī)進(jìn)行分選，<0.10 mm粒級細(xì)煤泥采用壓濾機(jī)回收，壓濾機(jī)的濾液返回濃縮機(jī)。余吾礦選煤廠所用螺旋分選機(jī)為LXA1000型煤用分選機(jī)，螺旋槽面直徑為1 000 mm，配置為每柱3頭螺旋，每頭4圈螺旋。

圖4 余吾礦選煤廠原則流程

4 LXA1000螺旋分選機(jī)性能評定

4.1 入料可選性分析

山西潞安集團(tuán)余吾礦選煤廠螺旋分選機(jī)入料為分級濃縮旋流器底流，入料灰分為16.97%，按照GB 475—2008《商品煤樣人工采取方法》對螺旋分選機(jī)的入料及產(chǎn)品進(jìn)行取樣，并按照MT/T 808—1999《選煤廠技術(shù)檢查》煤粉浮沉試驗(yàn)方法測定入料、精煤、矸石產(chǎn)物的密度組成情況。

對粗煤泥的可選性分析得出螺旋分選機(jī)入料浮沉結(jié)果見表1，利用螺旋分選機(jī)入料的浮沉結(jié)果繪制的可選性曲線如圖5所示。

由圖5可知：λ曲線上部較為陡峭，下部曲線較為平緩，表明中間密度級物料含量較少。通過查詢可選性曲線可知：當(dāng)要求精煤灰分為11%時(shí)，其理論分選密度為1.867 g/cm3，精煤理論產(chǎn)率為88.19%；當(dāng)要求精煤灰分為12%時(shí)，其理論分選密度為1.915 g/cm3，精煤理論產(chǎn)率為90.77%。當(dāng)要求精煤灰分在10%～11%之間時(shí)，δ±0.1含量在10%～20%之間，可選性等級為中等可選[11]。

表1 螺旋分選機(jī)入料的浮沉結(jié)果Table 1 Float-and-sink data of spiral separator′s feed coal %

圖5 螺旋分選機(jī)入料可選性曲線

4.2 工藝性能評定

目前余吾礦選煤廠螺旋分選機(jī)運(yùn)行狀況良好，入料灰分為16.97%，精煤產(chǎn)品灰分為10.98%，矸石灰分為45.38%，精煤灰分在選煤廠要求范圍之內(nèi)，且矸石不存在帶煤的情況，初步分選表明螺旋分選機(jī)分選效果較好[12]。螺旋分選機(jī)入料、溢流和底流浮沉試驗(yàn)結(jié)果見表2。

利用灰分平衡法計(jì)算螺旋分選機(jī)溢流產(chǎn)率為82.59%，底流產(chǎn)率為17.41%，進(jìn)而計(jì)算重產(chǎn)物分配率，計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 螺旋分選機(jī)入料、溢流及底流浮沉試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Float-and-sink data of spiral separator′s feed, overflow and underflow %

表3 螺旋分選機(jī)重產(chǎn)物分配率計(jì)算結(jié)果Table 3 Calculated partition coefficients of heavy products %

由表2、表3數(shù)據(jù)可得：

(1)可能偏差E的計(jì)算。

式中：d75為分配率為75%時(shí)對應(yīng)的密度，g/cm3；d25為分配率為25%時(shí)對應(yīng)的密度，g/cm3。

圖6 螺旋分選機(jī)重產(chǎn)物分配率曲線

(2)不完善度I的計(jì)算。

式中：d50為分配率為50%所對應(yīng)的密度，g/cm3。

從圖6中查得d50為1.75 g/cm3，由此得到螺旋分選機(jī)的不完善度為0.18。

(3)螺旋分選機(jī)數(shù)量效率ηe的計(jì)算。

利用表2中灰分一列和精煤產(chǎn)率一列數(shù)據(jù)分別作為橫、縱坐標(biāo)繪制浮物曲線(圖7)。根據(jù)螺旋分選機(jī)的精煤產(chǎn)品灰分10.98%，從圖7中查得對應(yīng)的精煤理論產(chǎn)率為80.55%。

圖7 螺旋分選機(jī)浮物曲線

由此可得螺旋分選機(jī)數(shù)量效率：

式中：ηe為數(shù)量效率，%；γp為實(shí)際精煤產(chǎn)率，%；γt為理論精煤產(chǎn)率，%。

對螺旋分選機(jī)分選效果進(jìn)行評定，LXA1000螺旋分選機(jī)精煤產(chǎn)率為82.59%，矸石產(chǎn)率為17.41%，可能偏差E為0.135 g/cm3，不完善度I為0.18，數(shù)量效率ηe為97.5%。因此該型號螺旋分選機(jī)在滿足選煤廠對精煤灰分指標(biāo)的要求下，運(yùn)行狀況良好，達(dá)到了預(yù)期的指標(biāo)要求。

5 結(jié)語

山西潞安集團(tuán)余吾礦選煤廠通過采用螺旋分選機(jī)對粗煤泥進(jìn)行分選回收，螺旋分選機(jī)的運(yùn)行情況表明：螺旋分選機(jī)分選可能偏差E為0.135 g/cm3，數(shù)量效率為97.5%，分選的精煤指標(biāo)達(dá)標(biāo)，不僅提高了精煤產(chǎn)率，增加了選煤廠的綜合經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也降低了煤泥水系統(tǒng)的負(fù)荷，改善了全廠設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，有益于系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。