袁伯文

(唐山億思特選煤科技有限公司，河北 唐山 063000)

粗精煤泥分選技術(shù)及設(shè)備的不斷進(jìn)步，促使粗精煤泥的有效分選下限不斷降低，從原來(lái)的0.25 mm降至0.15 mm左右，據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤泥重介質(zhì)旋流器有效分選下限甚至達(dá)到0.10 mm。另一方面，煤泥分級(jí)技術(shù)及設(shè)備的革新將煤泥分級(jí)效率上升到新的高度，從最初的簡(jiǎn)易高頻篩到最新的重復(fù)造漿疊層篩，將煤泥的分級(jí)效率大幅提升。因此，粗煤泥的分選與分級(jí)的高效進(jìn)步，必然對(duì)新技術(shù)及工藝條件下的煤泥脫水設(shè)備提出新的要求。

煤泥離心脫水機(jī)是選煤工藝中粗精煤泥脫水回收的關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)其結(jié)構(gòu)、安裝特點(diǎn)的不同，選煤廠(chǎng)常用的煤泥離心脫水機(jī)主要有立式刮刀卸料煤泥離心脫水機(jī)和臥式刮刀卸料煤泥離心脫水機(jī)兩大類(lèi)[1]。目前常用的粗煤泥離心脫水機(jī)很難滿(mǎn)足新工藝的回收粒度要求，未能將灰分合格的粗精煤泥全部回收。選煤廠(chǎng)生產(chǎn)中，煤泥離心脫水機(jī)離心液中一般有較多粗顆粒，有些選煤廠(chǎng)工藝中不允許將離心液直接去浮選，避免浮選機(jī)跑粗，只能將離心液返回煤泥水桶，造成局部循環(huán)[2-4]?；谏鲜鲈?，臥式沉降過(guò)濾離心脫水機(jī)依托較細(xì)的分級(jí)脫水粒度，不僅能夠用于粗精煤泥脫水，而且能夠用于浮選精礦脫水，緩解精煤壓濾難題，被多數(shù)選煤廠(chǎng)廣泛選用[5-6]。

1 臥式沉降過(guò)濾離心脫水機(jī)機(jī)理分析

臥式沉降過(guò)濾離心脫水機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)沉降離心機(jī))是一種連續(xù)處理物料的固液分離設(shè)備(圖1)。沉降離心機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，煤漿通過(guò)入料管進(jìn)入螺旋體內(nèi)，在離心力作用下，煤漿過(guò)螺旋體的給料孔分配到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，形成一個(gè)液環(huán)，煤漿中的固體顆粒迅速沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，水和微細(xì)顆粒由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口排出機(jī)外，即為離心液，沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的煤顆粒及其它重物被螺旋輸送到篩網(wǎng)過(guò)濾段再次脫水后由轉(zhuǎn)鼓小端排料口排出機(jī)外，即為脫水產(chǎn)物[7-8]，過(guò)濾液與離心液合并。

圖1 沉降離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

與一般的煤泥離心脫水機(jī)相比較，沉降離心機(jī)過(guò)濾段篩網(wǎng)篩縫尺寸同樣為0.30 mm或0.35 mm，但其離心液中<0.045 mm粒級(jí)細(xì)顆粒產(chǎn)率占到80%以上，分級(jí)粒度下限較低，固體回收率較高，這一方面歸功于離心沉降的作用，煤漿中的固體顆粒在離心力場(chǎng)中迅速沉降至轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，形成固體顆粒沉積層，由于粗、細(xì)顆粒離心沉降速度存在差異，粗顆粒比細(xì)顆粒更快到達(dá)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，因此所形成的固體顆粒沉積層從內(nèi)到外具有明顯的規(guī)律性，即顆粒沉積層從內(nèi)到外顆粒粒度由細(xì)變粗，貼近轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的顆粒最粗，固體顆粒沉積層在螺旋刮刀的推動(dòng)下進(jìn)入篩網(wǎng)過(guò)濾段再次脫水，由于沉積層最外層顆粒最粗，透過(guò)篩網(wǎng)的數(shù)量很少，自然成為一層過(guò)濾媒介，與篩網(wǎng)一起共同形成更致密的過(guò)濾層，阻礙內(nèi)層細(xì)顆粒的通過(guò)，達(dá)到降低分級(jí)粒度下限，提高固體回收率的目的；另一方面由于沉降離心機(jī)過(guò)濾段篩網(wǎng)為粘貼的陶瓷篩網(wǎng)，與常規(guī)的粗煤泥離心脫水機(jī)不銹鋼篩網(wǎng)相比開(kāi)孔率低，也有利于細(xì)顆粒物料的回收。

2 沉降離心機(jī)工藝設(shè)置

任何一臺(tái)設(shè)備均在合理的工藝流程中才能發(fā)揮最佳的工況，由于沉降離心機(jī)具有較低的回收粒度下限，同時(shí)具備較高的處理能力，選煤工藝中常用于處理浮選精礦，替代部分精煤壓濾機(jī)，一方面有利于浮選精煤摻入總精煤時(shí)物料的松散與均勻，另一方面可以適當(dāng)降低精煤泥水分[9-12]。但隨著煤泥分選工藝的優(yōu)化和技術(shù)的進(jìn)步，導(dǎo)致浮選入料中>0.25 mm粒級(jí)顆粒含量逐步降低，目前均值在3%左右，沒(méi)有足夠的粗顆粒形成的過(guò)濾層，因此沉降離心機(jī)單獨(dú)處理浮選精礦的效果自然很差，需要對(duì)浮選精礦摻入粗精煤泥，提升沉降離心機(jī)入料中的粗粒級(jí)含量，強(qiáng)化沉降離心機(jī)使用效果。將沉降離心機(jī)用于浮選精煤脫水的工藝原則流程如圖2所示。

圖2 浮選精煤脫水工藝原則流程示意圖

浮選精礦與粗精煤泥分級(jí)篩篩上產(chǎn)物分流的摻粗精煤泥合并后進(jìn)入除雜、截粗篩，除雜、截粗篩篩縫為3 mm，防止雜物或極粗顆粒損壞沉降離心機(jī)篩籃[13-16]。除雜、截粗篩篩下物料進(jìn)入沉降離心機(jī)，沉降離心機(jī)精煤產(chǎn)品并入總精煤產(chǎn)品中，沉降離心機(jī)離心液根據(jù)灰分值的差異，其工藝流程分為兩步，①若沉降離心機(jī)離心液灰分值不超標(biāo)，直接壓濾回收；②若沉降離心機(jī)離心液灰分值超標(biāo)，需要將離心液給入二次浮選機(jī)進(jìn)一步分選降灰(圖2中虛線(xiàn)所示)，二次浮選精礦灰分合格后同樣采用壓濾回收，二次浮選尾礦排入濃縮。

上述工藝流程合理利用沉降離心機(jī)回收粒度下限低、處理量高的優(yōu)勢(shì)，提升精煤泥的回收效率，降低已合格分選的粗精煤泥在系統(tǒng)中循環(huán)、積聚程度，同時(shí)優(yōu)化浮選精礦的回收方式及摻入總精煤的均勻程度。

3 沉降離心機(jī)工藝參數(shù)

3.1 沉降離心機(jī)入料中粗粒級(jí)含量

沉降離心機(jī)的過(guò)濾層是篩網(wǎng)和粗顆粒層共同組成的，才能實(shí)現(xiàn)分級(jí)粒度遠(yuǎn)低于篩網(wǎng)篩縫，才能夠?qū)⒑细窕曳值募?xì)顆粒全部回收。能否形成粗顆粒層是沉降離心機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，正常條件下沉降離心機(jī)對(duì)入料的粒度組成有一定的要求，統(tǒng)計(jì)了7座選煤廠(chǎng)沉降離心機(jī)入料中>0.25 mm粗粒級(jí)含量與產(chǎn)品水分的變化關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 沉降離心機(jī)入料中>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率及水分Table 1 Proportion and moisture of >0.25 mm particles in centrifuge feed %

這7座選煤廠(chǎng)沉降離心機(jī)入料數(shù)據(jù)是在長(zhǎng)期試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中積累的，主要研究了沉降離心機(jī)入料中>0.25 mm粒級(jí)(粗粒級(jí))含量與產(chǎn)品水分之間的關(guān)系，沉降離心機(jī)入料中>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率最低為21.65%，對(duì)應(yīng)產(chǎn)品水分為19.35%，入料中>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率平均值為27.74%，對(duì)應(yīng)沉降離心機(jī)產(chǎn)品水分值處于13.29%～19.35%之間，基本伴隨著粗顆粒含量的增大而降低。因此，若將沉降離心機(jī)產(chǎn)品水分控制在20%以?xún)?nèi)，則入料中>0.25 mm粒級(jí)含量應(yīng)該達(dá)到20%以上。若以選煤廠(chǎng)正常要求水份值18%計(jì)，則入料中>0.25 mm粒級(jí)含量應(yīng)該達(dá)到24%以上。

另外，在試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)進(jìn)一步減少粗精煤泥分級(jí)篩篩上產(chǎn)物分流的摻粗精煤泥量，將沉降離心機(jī)入料中>0.25 mm粒級(jí)含量降至10%左右時(shí)，沉降離心機(jī)產(chǎn)品水份達(dá)到32%左右，且沉降離心機(jī)產(chǎn)品回收率大幅降低，離心液濃度大幅增高，說(shuō)明未能有足夠的粗顆粒與篩網(wǎng)形成致密過(guò)濾層，導(dǎo)致分級(jí)粒度變大，大量精煤泥進(jìn)入離心液中，影響產(chǎn)品脫水回收率。

3.2 入料濃度

一般情況下，浮選精礦濃度在250 g/L左右，粗精煤泥分級(jí)篩篩上產(chǎn)物分流的摻粗物料濃度常在800 g/L以上，因此為滿(mǎn)足摻粗物料在管道中具有較好的流動(dòng)性及沉降離心機(jī)入料濃度要求，需要增加稀釋水將粗精煤泥分級(jí)篩篩上產(chǎn)物分流去摻粗的物料進(jìn)行稀釋?zhuān)Ｕ铣两惦x心機(jī)入料濃度處于160～300 g/L，該范圍是設(shè)備廠(chǎng)家提供的參考值，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行效果，取得最佳入料濃度為250 g/L左右。

3.3 摻粗物料的配比計(jì)算

摻粗物料配比的計(jì)算是沉降離心機(jī)工藝流程中的關(guān)鍵步驟，摻粗物料過(guò)多，導(dǎo)致沉降離心機(jī)扭矩偏大，影響處理量；摻粗物料過(guò)少，則難以形成致密的過(guò)濾層，導(dǎo)致精煤泥產(chǎn)品水份過(guò)大，固體回收率低。因此，滿(mǎn)足沉降離心機(jī)產(chǎn)品水分在18%以下，則要求沉降離心機(jī)入料中>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率必須達(dá)到24%以上。依據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)采集的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值分析處理后，便可計(jì)算出摻粗物料與浮選精礦之間的配比數(shù)值。計(jì)算過(guò)程如下：浮選精礦中>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率按3%計(jì)，粗精煤泥分級(jí)篩篩上產(chǎn)物分流的摻粗物料中>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率按均值90 %計(jì)，設(shè)每小時(shí)浮選精礦量為M1，每小時(shí)粗精煤泥分級(jí)篩篩上產(chǎn)物分流的摻粗物料為M2，列方程計(jì)算：

解得M2∶M1=0.32∶1。

粗精煤泥分級(jí)篩篩上產(chǎn)物分流摻粗量與浮選精礦量比例為0.32∶1。因此，在沉降離心機(jī)使用過(guò)程中需要對(duì)摻粗量進(jìn)行估算，若達(dá)不到上述比例值，沉降離心機(jī)產(chǎn)品水分及固體回收率將達(dá)不到要求。

4 結(jié)論

(1)沉降離心水機(jī)利用不同顆粒在離心場(chǎng)沉降速度差異，形成沿徑向方向由內(nèi)到外，粒度由細(xì)變粗的顆粒沉積層，外層粗顆粒與篩網(wǎng)共同形成更致密的過(guò)濾層，具備較細(xì)的脫水分級(jí)粒度。

(2)沉降離心水機(jī)能夠兼顧粗精煤泥和浮選精礦的脫水回收，但在工藝流程的制定及參數(shù)的調(diào)節(jié)過(guò)程中還應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：①沉降離心機(jī)工藝流程中需要增加除雜、截粗篩，防止雜物或極大粗顆粒進(jìn)入沉降離心機(jī)，損壞篩籃；②工藝流程中增設(shè)摻粗作業(yè)，由于摻粗物料濃度較高，需要增加稀釋水調(diào)節(jié)沉降離心機(jī)的入料濃度，有助于沉降離心機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行；③針對(duì)沉降過(guò)濾離心機(jī)離心液的后續(xù)處理，需要根據(jù)離心液的灰分值，確定是否采用二次浮選工藝；④上述離心沉降過(guò)濾機(jī)理，沉降離心機(jī)對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的工藝參數(shù)有極高的要求，研究表明正常情況下入料中>0.25 mm粒級(jí)產(chǎn)率需達(dá)到24%以上，最佳入料濃度為250 g/L左右，估算摻粗比例值不低于32%。

(3)沉降離心機(jī)在煤泥脫水環(huán)節(jié)具有較高的優(yōu)勢(shì)，對(duì)其工藝流程及參數(shù)的研究有助于探尋設(shè)備的最佳工況，同時(shí)也為選煤設(shè)計(jì)選型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。