張慶棠

（孝義市能源局，山西 呂梁 032300）

煤炭是我國支柱性能源，煤炭應(yīng)用于各行各業(yè)，但是煤炭資源是不可再生能源[1]。為了節(jié)約資源以及提高煤炭資源的利用率，選煤廠通過洗選工藝來提高煤炭品質(zhì)并降低煤炭資源的浪費(fèi)，通常采用“重介質(zhì)旋流器和浮選”工藝進(jìn)行泥煤分離[2]。但在洗煤過程中由于分選設(shè)備以及煤炭顆粒之間的相互碰撞，導(dǎo)致細(xì)小煤顆粒含量增加。對細(xì)小煤顆粒進(jìn)行回收，是一種有效地防止資源浪費(fèi)手段。齊正義等[3]認(rèn)為干擾床分離泥煤的入料懸浮液濃度在40%～60%之間分選效果最佳。張彥軍等[4]以張家口選煤廠干擾床分選泥煤為研究背景，通過CSS泥煤分選機(jī)代替螺旋分選機(jī)，提高了泥煤分選的質(zhì)量與效率。一些學(xué)者[5]通過泥煤分離試驗(yàn)和Fluent數(shù)值模擬軟件相互結(jié)合的方式研究干擾床泥煤分選機(jī)中顆粒的運(yùn)動規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)重顆粒下沉，中等顆粒懸浮于分選機(jī)中部，小顆粒順上升水流溢出?，F(xiàn)有的泥煤分選工藝適用于大顆粒泥煤分選，而且分選精度較高、精煤產(chǎn)率好，但是粒徑在0.35～0.5 mm左右的泥煤粒徑需要進(jìn)入三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器重進(jìn)行分選。由于0.35～0.5 mm泥煤顆粒的粒徑相差較小，難以在旋流器層流液體中有效分離，同時旋流器中固體可以與旋流器內(nèi)艙相互碰撞和摩擦等，會引起泥煤顆粒粒徑進(jìn)一步降底，從而導(dǎo)致泥煤分選細(xì)顆粒效果不佳。由于傳統(tǒng)干擾床分選效率低、泥煤分選質(zhì)量難以控制，為了提高泥煤分選質(zhì)量，采用高效的阻尼器提高干擾床泥煤分選質(zhì)量與資源利用率。

1 選煤工藝存在的問題

（1）部分泥煤顆粒進(jìn)入干擾床浮選機(jī)后導(dǎo)致浮選跑粗，為了提高浮選效率通常會采用加大藥劑的方式促進(jìn)粗粒煤炭顆粒沉降，這樣做容易導(dǎo)致浮選過程中的細(xì)粒煤污染嚴(yán)重，最終導(dǎo)致浮選過程中雖然粗顆粒回收效率有所增加，但是也導(dǎo)致精煤灰的含量顯著增加。

（2）泥煤脫篩的孔徑在0.3～0.5 mm左右，極其細(xì)小的篩孔會增加篩分難度，為了增加泥煤篩分效率，就必須增加篩子的數(shù)量，導(dǎo)致篩分過程中的施工成本以及施工時間增加。

（3）泥煤篩分的粒度逐漸減小，導(dǎo)致傳統(tǒng)干擾床浮選精度降低，分流器水流重的細(xì)小泥煤顆粒在旋流器內(nèi)部難以進(jìn)行有效的區(qū)分，會引起篩分后精煤中泥土的含量增加。同時，在旋流器分選中，由于與機(jī)器的碰撞也會導(dǎo)致泥煤顆粒的粒徑進(jìn)一步降低，所以傳統(tǒng)干擾床分選機(jī)保證了泥煤分選精度就會降低精煤分選率。

2 阻尼器干擾床與傳統(tǒng)干擾床分選特點(diǎn)

選煤廠干擾床是采用上升的水流實(shí)現(xiàn)不同密度、不同粒徑的物料的沉降速度差，來實(shí)現(xiàn)物料的分層與分選。泥煤分選過程就是將整個物料放入分選機(jī)內(nèi)艙，小密度和小顆粒物質(zhì)隨著上升的水流溢出，大粒徑與大密度顆?？梢灾苯映寥肱摰祝忻芏扰c中等顆粒物質(zhì)浮游于浮選介質(zhì)中。根據(jù)不同密度與不同直徑顆粒在干擾床中的不同行為從而分離出泥煤混合物中的煤。但是傳統(tǒng)的干擾床分選機(jī)由于內(nèi)部浮選液旋轉(zhuǎn)過程中液體的流速差異較小，難以對差別不大的固體顆粒進(jìn)行分析，為了提高泥煤分選效率通過在分選機(jī)內(nèi)艙加入阻尼器的方式來提高精煤的分選效率。泥煤顆粒在分選過程中主要是依靠不同密度顆粒在浮選液中出現(xiàn)分層現(xiàn)象，但是分選機(jī)艙內(nèi)液體往往呈現(xiàn)層流，就導(dǎo)致顆粒差別較小的泥煤顆粒難以分離，在分選機(jī)內(nèi)加入阻尼器可以有效地將艙內(nèi)層流的液體改變?yōu)槲闪鞫以谧枘崞鞲浇乃鞒尸F(xiàn)渦流狀態(tài)，使得不同粒徑的泥煤顆粒可以有效地被分離開。改進(jìn)后的干擾床分選系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的干擾床分選系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）傳統(tǒng)干擾床分選機(jī)內(nèi)部浮選液流速變化小，液體處于層流狀態(tài)，這就導(dǎo)致了分選機(jī)內(nèi)部顆粒分層不明顯，粒徑相差較小的顆粒難以分層。

（2）加入阻尼器的干擾床分選機(jī)由于阻尼器的存在，分選機(jī)內(nèi)部浮選液屬于紊流狀態(tài)，尤其是在阻尼器附近水流速度變化較大，導(dǎo)致上升水流速變化大，而且阻尼的加入還會引起水流產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇浮選液內(nèi)部水流速度差異，有助于浮選液相近粒徑顆粒分層。

（3）阻尼器不僅可以改變分選機(jī)內(nèi)浮選液的水流運(yùn)動情況，而且引起分選機(jī)內(nèi)部顆粒的運(yùn)動情況。一旦泥煤混合物通過入料口進(jìn)入分選機(jī)內(nèi)后，顆粒在浮選液內(nèi)部不同位置之間產(chǎn)生運(yùn)動，阻尼器可以使不同粒徑的顆粒進(jìn)行成層分離。通過顆粒經(jīng)過與阻尼器之間的相互碰撞、摩擦，有效地減小了顆粒表面附著的氣泡。阻尼器在提高分選效率的同時，也可以增加顆粒與水的混合。

3 兩種干擾床分選效果研究

3.1 阻尼器干擾床分選試驗(yàn)

阻尼器干擾床分選系統(tǒng)對傳統(tǒng)分選機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，增加了阻尼器，改變了傳統(tǒng)分選機(jī)內(nèi)水流層流問題。阻尼分選床干擾系統(tǒng)示意圖如圖1。將定量的上升水流經(jīng)過管路流入分選機(jī)內(nèi)部，在上升水流速穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備的泥煤樣品放入分選機(jī)內(nèi)，通過馬弗爐對實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行灰化處理，即可計(jì)算泥煤分選的分選效率。對該煤樣進(jìn)行了篩分試驗(yàn)，并對粗煤泥物料進(jìn)行浮沉試驗(yàn)。泥煤樣篩分過程中參考《煤炭篩分試驗(yàn)方法》（GB/T 477-2008），采用大粒徑+0.5 mm級的篩網(wǎng)篩分大顆粒，大顆粒篩分后可以對0.25～0.5 mm級的顆粒采用浮沉試驗(yàn)的方式再進(jìn)行進(jìn)一步的篩分。將80 g的泥煤樣品放入120 mL離心燒杯中，同時控制離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為2500 r/min，離心旋轉(zhuǎn)分離試驗(yàn)持續(xù)時間為8 min，待離心旋轉(zhuǎn)分離完成后靜止5 min即可撈出液體中上浮顆粒烘干進(jìn)行測量質(zhì)量。最后根據(jù)分離結(jié)果繪制分離后的泥煤顆粒級配曲線。

圖1 阻尼分選床干擾系統(tǒng)示意圖

3.2 泥煤分離試驗(yàn)結(jié)果分析

傳統(tǒng)干擾床分選機(jī)與加入阻尼器的干擾床分選機(jī)分選的分配曲線，從圖2中可以看出加入阻尼器的干擾床分選機(jī)的泥煤分選效果更好。在泥煤顆粒密度1.25～2.0級別中，加入阻尼器干擾床分選機(jī)的分選質(zhì)量顯著好于傳統(tǒng)的干擾床分選機(jī)。同時可以計(jì)算出同等情況下，在精煤灰分要求10%以下時，傳統(tǒng)干擾床分選機(jī)得到的精煤分選率在55.9%，精煤灰的分選率在9.2%，尾煤分選率為28.9%。阻尼器干擾床分選機(jī)得到的精煤分選率在68.3%，精煤灰的分選率在11.3%，尾煤分選率為20.4%。通過對比可以明顯地看到阻尼器干擾床分選機(jī)對泥煤處理的效果更好，阻尼器干擾床分選機(jī)可以得到較高的精煤分選率。從表1中可以看到傳統(tǒng)干擾床的分選精度為0.24，分選精度相對降低。采用阻尼器干擾床后泥煤的分選精度提高到了0.16，得到了比較滿意的泥煤分選精度。

圖2 兩種分選方式顆粒級配對比曲線

表1 兩種干擾床分選結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語

（1）阻尼器可以改變干擾床分選機(jī)內(nèi)艙浮選液的運(yùn)動情況，使得傳統(tǒng)分選機(jī)艙內(nèi)接近層流的流動狀態(tài)變成紊流，從而有利于粒徑相近的顆粒分離，提高泥煤分選率。

（2）阻尼器可以使分選機(jī)艙內(nèi)水流從層流變?yōu)槲闪魃踔翜u流，從而顯著地提高精煤的分選率。