选煤重介质悬浮液稳定性分析.pdf

第3 6 卷第6 期 2 0 0 8 年6 月 煤炭科学技术 C O A LS C I E N C EA N DT E C H N O L O G Y V 0 1 ．3 6N o ．6 J u n ． 2 0 0 8 选煤重介质悬浮液稳定性分析 祁泽民，符东旭 河北金牛能源股份有限公司，河北邢台0 5 4 0 2 1 摘要通过对选煤重介质悬浮液各组分构成之间关系的理论推导，在分析固体体积浓度与煤泥含 量关系的基础上，绘制不同密度下媒泥含量与固体体积浓度的关系曲线簇，指出同一密度下悬浮液 中的煤泥含量可以有很大不同，且存在一个煤泥含量的最佳值，而煤泥含量在密度一定、固体物性 质一定的情况下代表了悬浮液的黏度，而分选过程中悬浮液的稳定应包括密度的稳定和黏度的稳 定，并对悬浮液密度稳定性试验方案进行研究和分析。 关键词选煤；重介质悬浮液；悬浮液密度；煤泥含量 中图分类号T D 9 4 文献标志码A 文章编号0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 0 8 0 6 0 1 0 7 0 3 A n a l y s i so ns t a b i l i t yo fh e a v ym e d i u ms u s p e n s i o nf o rc o a lp r e p a r a t i o n Q IZ e m i n ，F UD o n g X H t t e b e iJ i n n i uE n e r g yS h a r i n gC o m p a n yL t d ．。X i n g t a i0 5 4 0 2 1 ，C h i n a A b s t r a c t W i t ht h et h e o r e t i c a ld e d u c t i o nf r o mt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne a c hc o m p o n e n tc o m p o s i t i o no fh e a v ym e d i u ms u s p e n s i o nf o rc o a l p r e p a r a t i o n 。b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns o l i dv o l u m ec o n c e n t r a t i o na n ds l i m ec o n t e n t ，t h ep a p e rd r e wt h er e l a t i o n s h i pc u l w ec l u s t e rb e t w e e nt h es l i m ec o n t e n ta n ds o l i dv o l u m ed e n s i t yu n d e rt h ed i f f e r e n td e n s i t i e s ．T h ep a p e rp o i n t e do u tt h a tt h es l i m e c o n t e n ti nt h es u s p e n s i o nw i t has a m ed e n s i t yc o u l db ei nb i gd i f f e r e n ta n dt h e r ew o u l dao p t i m i z e dv a l u eo ft h es l i m ec o n t e n t ．T h es l i m e c o n t e n ti nc o n d i t i o n so fac e r t a i nd e n s i t ya n dac e r t a i ns o l i dp r o p e r t yc o u l dp r e s e n tt h ev i s c o s i t yo ft h es u s p e n s i o n ．T h es t a b i l i t yo ft h e U S p e n s i o ni nt h ec o a lp r e p a r a t i o ns h a l li n c l u d et h es t a b i l i t yo ft h ed e n s i t ya n dt h es t a b i l i t yo ft h ev i s c o s i t y ．T h ep a p e rh a da r e s e a r c ha n da - n a l y s i so nt h et e s tp l a no ft h ed e n s i t ys t a b i l i t yf o rt h es u s p e n s i o n ． K e yw o r d s c o a lp r e p a r a t i o n ；h e a v ym e d i u ms u s p e n s i o n ；d e n s i t yo fs u s p e n s i o n ；s l i m ec o n t e n t 重介分选是选煤工业中的主要分选方法之一。 随着原煤质量变差，以及用户对产品质量要求的提 高，重介选煤的应用比例1 3 益上升。据统计。2J ， 我国重介选煤的比例已经从1 9 8 7 年的2 3 ％上升到 2 0 0 5 年的3 9 ．5 ％，新建的大型选煤厂几乎都采用 重介质选煤方法。重介选煤以分选精度高、效率高 而著称，但前提是各种工艺条件必须处于优化状 态，其中重介质性质的好坏及其悬浮液性质的稳定 成为精确分选的先决条件，对其进行分析、研究， 找出实际生产中的操作指导原则，是非常必要的。 1重介质悬浮液参数的理论关系 与重介质悬浮液性质有关的指标有固体和水的 含量与密度，由此产生悬浮液密度、黏度等参数。 1 ．1 固体物平均密度 重介质悬浮液是由密度不同的固相和液相组 成，固相微粒分散于液相之中。在重介质选煤中， 重介质悬浮液一般用磁铁矿粉配制，所以在实际生 产中，固相和液相包括磁铁矿粉、煤泥、水3 部 分。则重介质悬浮液中的固体物平均密度为∞] 1 0 0 ，．、 P a , 2 y l ／p , y 2 ／m 【l ， 式中p 。固体物平均密度，S ／c m 3 ； y 。，y 悬浮液固体物中磁铁矿和煤泥的含量 质量分数 ，％； P 。，P 磁铁矿粉和煤泥的密度，s ／c m 3 。 1 ．2 悬浮液密度 设悬浮液总质量为G ，悬浮液总体积为y ，固 体 磁性物 煤泥 质量为G 。，体积为K ，水的 质量为皖，体积为屹，则悬浮液密度P 为 P 旦V 糕 2 2 2 丽 L z 设定水的密度为ls ／c m 3 ，同时由于V H 屹，且G l ／K 为固体的平均密度P 。，而V 1 ／V 是固 1 0 7 万方数据 2 0 0 8 年第6 期 煤炭科学技术 第3 6 卷 体体积浓度A ，因此式 2 可写为 鲁 半音- - P a v 一1可 T 儿 百一1a V 言一 旷■而_ 2 r2 r 1 十TV I A 3 由式 3 整理得悬浮液密度公式为 P A P 。一1 1 4 式中，A 为悬浮液固体体积浓度，％。 式 4 表明，悬浮液密度是分散相的有效密 度A P 。，一1 与分散介质 水 的密度之和。由 此还可得到悬浮液固体体积浓度A A 弓 5 P a v 一1 再将式 1 带入式 4 得 P 一。⋯1 0 0 磊- 1 1 6 式 6 即为重介质悬浮液中各组分构成的理 论关系式，该关系式的推导有利于分析悬浮液各组 分构成的变化对悬浮液稳定性的影响。 2 悬浮液中煤泥含量的关键性作用 按照式 1 、 4 、 6 ，可以分别推导出某 一个密度下不同磁性物含量、煤泥含量与重介质悬 浮液的固体体积浓度的理论对应关系。以某矿为 例，当悬浮液密度为1 ．4 5g ／c m 3 ，磁铁矿粉密度为 5g ／c m 3 ，干煤泥密度为1 ．6g ／c m 3 时，悬浮液各参 数之间对应关系见表1 。 表1悬浮液密度为1 ．4 5g ／c m 3 时各参数f s - I 对应关系 1 0 8 表1 数据表明，配制密度为1 ．4 5g ／c m 3 的悬浮 液时，磁性物含量和煤泥含量有多种选择，只是对 应的固体体积浓度不同，当以固体体积分数3 0 ％ 为上限时H 】，悬浮液中的煤泥质量分数最高上限 为4 8 ％。 由此可以看出，在磁铁矿粉密度和干煤泥密度 一定的情况下，悬浮液中的煤泥含量成为影响固体 体积浓度的关键因素，根据公式 6 即可导出固 体体积浓度与煤泥含量的对应关系。 A业卫竖坚粤掣7100 “p 1 P 2 一l O O p 2 一 P 1 一P 2 y 2 、。7 将密度P 以1 ．4 5g ／c m 3 ，1 ．6 0 g ／c m 3 ，1 ．8 0 g ／e m 3 分别代入式 7 ，可以得到一簇悬浮液煤泥 含量与固体体积浓度关系的曲线，如图1 所示。 图1 不同密度的悬浮液煤泥含量与 固体体积浓度关系曲线 由图l 可以看出，对于用某一粒度、密度的磁 铁矿粉配置的悬浮液，有如下特点 1 同等密度下，悬浮液中的煤泥含量可以有 很大的不同。对于一般炼焦煤选煤厂，当悬浮液密 度为1 ．4 5g ／c m 3 ，固体体积分数小于3 0 ％时，煤 泥质量分数可以从0 变化到接近5 0 ％而保持密度 的稳定；而对于高变质无烟煤的分选，当要求悬浮 液密度达到1 ．8g ／c m 3 左右时，煤泥质量分数只能 在0 2 0 ％变化，波动范围明显变小。这说明，在 重介质选煤系统中，仅测量悬浮液的密度是不能代 表悬浮液性质的，悬浮液密度的稳定不能代表悬浮 液的固体体积浓度的稳定，甚至会出现由于煤泥含 量过高而导致固体体积浓度过高，进而导致悬浮液 中磁性物含量太低的情况。尤其对于不脱泥分选工 艺，当分流量不能保证时，会使悬浮液黏滞性增 强，从而大幅度降低分选精度。反之，如果煤泥含 量过低，悬浮液稳定性变差，同样会影响分选精 万方数据 祁泽民等选煤重介质悬浮液稳定性分析2 0 0 8 年第6 期 度。因此，对某一个悬浮液密度而言，存在一个煤 泥含量的最佳值，目前传统的控制方法是保证固体 体积分数不大于3 0 ％。 2 不同密度时，随着密度的升高，在同等固 体体积浓度下，煤泥含量呈急剧降低趋势。以固体 体积分数3 0 ％为例，悬浮液密度为1 ．4 5g ／c m 3 时 煤泥含量4 8 ％，而当悬浮液密度增加0 ．1g ／c m 3 时，煤泥质量分数就要求变为3 6 ％，急剧降低 1 2 ％；当悬浮液密度要求为1 ．8g ／c m 3 时，煤泥质 量分数更需降至1 8 ％。这说明在选煤厂介质密度 控制系统中，应同时考虑利用磁性物含量计来控制 悬浮液中煤泥含量旧J ，并且随着密度的不同所要 控制的煤泥含量目标值也不同，而当密度、煤泥含 量都加以控制的情况下，实际上也就等于在线控制 了悬浮液的固体体积浓度。 3 悬浮液的稳定性及其测试方案 实际生产过程中，悬浮液密度的稳定是一个动 态稳定的过程HJ ，涉及到悬浮液各组分构成以及 合格介质桶液位、补充水量、分流量等参数”J 。 分选过程中悬浮液的稳定性不仅是指悬浮液维持自 身密度不变的性质，对于重介质选煤过程而言，还 必定存在一个合适的最小黏度值，因此还应包括悬 浮液黏度在该最小值附近波动性的大小。由于悬浮 液中加重质自身质量、粒度、形状的作用，在重力 场中有向下沉降的趋势旧J ，在离心力场中则有离 析的趋势，从而使分选机内上下 内外 层密度 发生变化，致使密度稳定性有变差趋势。同时，根 据上述分析，在悬浮液密度稳定的J 隋况下，黏度的 波动会带来分选效果的波动，由于分选过程中各种 条件的变化，黏度的波动较大。因此，悬浮液的稳 定性控制必须包括密度的稳定控制和黏度的稳定控 制，而黏度的稳定性在介质 包括煤泥 密度、 粒度、形状一定的情况下，即是固体体积浓度的稳 定。同时，低密度悬浮液和高密度悬浮液在固体体 积浓度一定的前提下，由于煤泥含量值差别很大， 煤泥和加重质对于黏度的影响权重也随之变化，高 密度悬浮液对黏度稳定性的控制要求更高。验证各 组分构成尤其是煤泥含量对悬浮液稳定性的影响， 通常用加重质在悬浮液中的沉降速度的倒数表示稳 定性的大小，称作稳定性指标∞J ，采用在量筒中 静置悬浮液从而记录单位时间内清水层高度的方法 获得。但在试验时发现，采用小于0 ．0 4 5m m 含量 占9 0 ％的介质时，由于粒度很细，加上悬浮液中 煤泥的影响，肉眼很难观察清水层的实际高度，除 非加入聚丙烯酰胺。但这又破坏了悬浮液的自然沉 降过程，所以必须考虑新的试验方案。 既然稳定性主要是指悬浮液密度的稳定，因 此，考虑采用压力传感器直接测量悬浮液内各点密 度的方式进行试验，方案如图2 所示。 循 环 泵 芘 ；，T I - LP L C 处理单元 测 压力传感器组 诫 } 管 道 上位机数据处理 图2悬浮液密度稳定性测试方案 在一个高度一定、直径一定的管道内，每隔1 e m 固定1 个敏感压力传感器构成压力传感器组， 将不同性质的悬浮液依次充满，循环搅拌待其充分 均匀，利用P L C 上位机实时、自动记录随时间变 化的压力值，同时取部分悬浮液子样进行黏度测 定。由于相邻2 个压力传感器的压力差即为该层的 平均密度，因此，通过变换不同性质的悬浮液、将 传感器组移动到不同位置，即可测试出某种性质的 悬浮液内某个固定点的密度随时间变化的趋势以及 不同位置密度的变化，结合黏度测定值，进行统计 分析，从而验证不同组分对悬浮液性质的影响。 4 结论 1 重介质悬浮液在密度一定的情况下，存在 一个煤泥含量的最佳值，此最佳值需要根据各厂实 际情况由试验来确定。 2 随着密度的不同所要控制的煤泥含量最佳 值也不同，某一密度下，煤泥含量代表了悬浮液的 固体体积浓度，而固体体积浓度又代表了悬浮液的 黏度。 3 分选过程中悬浮液的稳定应包括密度的稳 定和黏度的稳定控制。 4 磁性物自身的密度大小直接影响固体体积 浓度，生产过程中应尽量选用高密度的磁铁矿粉。 下转第9 4 页 1 0 9 万方数据 2 0 0 8 年第6 期煤炭科学技术 第3 6 卷 昌 董 漤 g 图7滑坡区监测点垂向位移曲线 形。监测人员及时作出预警，并继续严密监测。从 1 2 月2 日到1 2 月6 日，4d 的位移量达到3 0 0m m ， 平均位移速率高达7 5m m ／d ，边坡已完成滑动面的 剪切扩容，进人快速变形阶段，并于2 0 0 6 年1 2 月 1 0 日凌晨发生中型滑坡 8 0 0k m 3 。由于准确及 时的预警，该滑坡没有造成任何直接经济损失，把 危害降到了最低点，为不采区露井联合开采起到了 保驾护航作用。 4 结语 通过阐述G P S R T K 和快速静态技术在安太 堡露天矿边坡变形监测中的应用，表明这两种G P S 测量技术都可以满足于露天矿边坡变形监测，具体 采用何种监测方法，视项目对精度的要求、项目所 在地具体现状、工作人员的数量、流动站和参考站 的距离等确定。快速静态定位模式适用于点间距离 相对较远的工程，流动站距基点站的距离可达2 0 k m 。适合一次测量较大的距离。G P S R T K 技术能 满足大面积，能够尽量完成大量测点任务，流动站 和参考站的距离应该在1 5k m 以内，最好不超过1 0 k m 。在安太堡首采区的变形监测中，考虑到作业 人员少，在满足安全要求下采用R T K 技术，而在 安太堡不采区的变形监测中，工作人员增多，且流 动站和参考站的距离有较多超过1 0k m ，所以采用 快速静态测量方法。 参考文献 [ 1 ]罗周全，刘望平，刘晓明，等．基于G P S 的露天矿边坡位 移自动监测技术[ J ] ．中国矿业，2 0 0 5 7 ． [ 2 ]马云飞．G P S 快速静态和R T K 技术在物探中的应用[ D ] ． 长春吉林大学，2 0 0 7 ． [ 3 ] W i l k i n sR ，B a s t i nG ，C h r z a n o w s k iA ，e t c ．Af u l l yA u t o m a t e d S y s t e mf o rM o n i t o r i n gP i tW a l lD i s p l a c e m e n t [ A ] ．P r e s e n t e da t S M EA n n u a l l yC o n f e r e n c e ，C i n c i n n a t iO h i o ，2 0 0 3 ． [ 4 ] D o n g h y u n D o n K i m ，R i c h a r dB ，J a s o nB o n d ，e t c ．I ．D c a ld e f o r m a t i o nM o n i t o r i n gi na nO p e nP i tM i n e [ A ] ．I n i t i a lS t u d y P r o c e e d i n g s C D R o m o f ．t h e4 t hI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo n C o m p u t e rA p p l i c a t i o n si nt h eM i n e r a l sI n d u s t r i e s ，C , d g a r yA l b e r t C a n a d a ，2 0 0 3 ． [ 5 ] R i c kW i l k i n s ，G e o f f r e yB a s t i n ，A d a mC h r z a n o w s k i ，e t c ．AF u r y A u t o m a t e dD i s p l a c e m e n tM o n i t o r i n gS y s t e m [ A ] ．P r o c e e d i n g s C D R o m o ft h e4 t hI n t e m a t i o n a lC o n f e r e n c eo nC o m p u t e rA p - p l i c a t i o n si n t h eM i n e r a l sI n d u s t r i e s ，C a l g a r yA l b e r tC a n a d a ， 2 0 0 3 ． 作者简介贾晓娟 1 9 7 2 一 ，女，陕西蒲城人，讲师，博士 研究生，从事矿山安全方面的研究。T e l 0 2 7 6 2 9 5 1 5 3 7 ，E m a i l j x j z h h s i n a ．C O I T LC O 收稿日期2 0 0 8 0 2 1 8 ；责任编辑曾康生 上接第1 0 9 页 5 悬浮液内各组分的变化对悬浮液性质的影 响，宜通过压差密度测量方法进行，从而更直接、更 有效。‘ 参考文献 [ 1 ]郝凤印．选煤手册一工艺与设备[ M ] ．北京煤炭工业出版 社。1 9 9 3 ． [ 2 ]吴式瑜。叶大武，马剑．中国选煤的发展[ J ] ．煤炭加工与 综合利用，2 0 0 6 5 ． 9 4 [ 3 ]谢广元．选矿学[ M ] ．徐州中国矿业大学出版社，2 0 0 1 ． [ 4 ]赵春祥．重介质悬浮液特性控制问题的探讨[ J ] ．选煤技术， 2 0 0 0 4 ． [ 5 ]赖越殿，王秀荣．重介质选煤过程中悬浮液的动态密度模型 [ J ] ．煤炭科学技术，1 9 9 5 4 ． 作者简介祁泽民 1 9 5 8 一 ，男，河北迁安人。高级工程师 现任河北金牛能源股份有限公司总经理。 收稿日期2 0 0 8 0 2 1 0 ；责任编辑刘军娥 万方数据 选煤重介质悬浮液稳定性分析选煤重介质悬浮液稳定性分析 作者祁泽民， 符东旭， QI Ze-min， FU Dong-xu 作者单位河北金牛能源股份有限公司,河北,邢台,054021 刊名 煤炭科学技术 英文刊名COAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷期2008，366 引用次数0次 参考文献5条参考文献5条 1.郝凤印 选煤手册-工艺与设备 1993 2.吴式瑜.叶大武.马剑 中国选煤的发展[期刊论文]-煤炭加工与综合利用 20065 3.谢广元 选矿学 2001 4.赵春祥 重介质悬浮液特性控制问题的探讨[期刊论文]-选煤技术 20004 5.赖越殿.王秀荣 重介质选煤过程中悬浮液的动态密度模型 19954 相似文献9条相似文献9条 1.会议论文 祁泽民.符东旭 选煤用重介质悬浮液性质分析 2008 通过对选煤用重介质悬浮液各组分构成之间关系的理论推导，在分析了固体体积浓度与煤泥含量关系的基础上，绘制了不同密度下煤泥含量与固体 体积浓度的关系曲线簇，从中得出同一密度下悬浮液的煤泥含量可以有很大不同，并存在一个煤泥含量的最佳值，而煤泥含量在密度一定、固体物性 质一定的情况下代表了悬浮液的黏度，分选过程中悬浮液的稳定应包括密度的稳定和黏度的稳定控制，并提出了密度稳定性试验方案。 2.期刊论文 邹积阳.石新红.李明明 桃山选煤厂重介质悬浮液自动测控系统分析 -选煤技术20076 重介质悬浮液密度自动控制是确保分选密度稳定,减少人为因素造成洗选质量问题,提高选煤效率的关键控制环节.桃山选煤厂通过对重介质悬浮液密 度、桶位实行自动检测,悬浮液分流、加介、加水采取自动控制,使整个系统运行稳定、可靠,分选效果良好. 3.期刊论文 赵春祥.ZHAO Chunxiang 重介质悬浮液参数计算机监控系统的开发 -煤矿自动化20004 在重介质选煤过程中,重介质悬浮液工艺参数的变化对分选效果有显著的影响.文章详细介绍了其计算机监控系统的设计思想、系统组成及软件开发 等. 4.期刊论文 赵春祥 重介质悬浮液特性控制问题的探讨 -选煤技术20004 在重介质选煤过程中,悬浮液特性对分选效果有显著影响.文章在对影响悬浮液流变性和稳定性的因素进行分析的基础上,提出采用以稳定控制悬浮液 中固体体积浓度为目标的悬浮液流变性及稳定性的控制方案,并给出了悬浮液中固体体积浓度的测量与控制方法. 5.期刊论文 夏邦权.闵凡飞 新型悬浮液净化回收工艺的特点及应用效果 -煤炭加工与综合利用20042 论述了选煤厂新型和传统的重介质悬浮液净化回收工艺的特点,并对两种工艺进行了分析比较;新型工艺的应用为选煤厂带来了较好的生产效果和经 济效益,简化了重介选煤工艺,减少了介质耗量,节省了部分设备,降低了生产成本. 6.期刊论文 贾爱霞.Jia Aixia 镇城底矿选煤厂重介选煤工艺的参数测控 -山西焦煤科技20092 在重介质旋流器选煤过程中,需要不断地对选煤工艺参数进行检测和调整,以保证产品质量和数量的稳定,并保证生产过程的安全进行.重介质悬浮液 的密度和流变特性的检测及调整是重介质选煤工艺参数测控的重点,其液位、压力、煤泥含量等也是影响因素. 7.学位论文 陈章宝 基于PLC的重介选煤工艺模糊控制的研究 2006 20世纪90年代以来，随着重介质旋流器选煤在煤炭分选工艺中地位的上升，世界各国及其科研院所皆在重介选煤工艺、洗选设备及其测控系统等方 面做了大量积极的研究和探索。在重介洗选设备大型化系列化、简化工艺、不分级入选工艺、煤泥重介、介质回收净化和模块选煤厂等方面取得了大量 积极的成果，并在选煤厂推广应用。 在重介质旋流器生产过程自动控制方面，由于自动化测控仪表及计算机技术的广泛应用，已实现了悬浮液入 口压力在线控制，悬浮液密度、磁性物含量、液位的自动测控和产品灰分在线回控及技术经济指标的优化控制。建立了集自动化过程控制与管理于一体 的生产管理系统。在各工艺参数控制方面，目前普遍采用了PID调节器进行参数整定和在线修改，根据工艺过程中各参数间的动态变化关系，建立重介质 选煤工艺控制系统的数学模型。 基于重介工艺各控制参数密度，液位，粘度，压力非线性特性和相互间的动态变化关系，很难建立精确的数学 模型，为此，本课题寻求采用模糊控制的解决方案。本控制系统集重介工艺控制、灰分回控和介质流程设备集中控制与一体，采用SIEMENS/S7- 200CPU226作为系统控制器，建立了悬浮液的密度、液位和分流量之间的模糊控制关系，对重介质悬浮液的液位进行分段处理，将控制过程分为分选过程 和加介过程，不同过程建立不同的模糊控制规则。建立了模拟量二重回路闭环控制，外环的灰分回控采用PID控制方式，内环的悬浮液密度、液位控制系 统的密度给定值可以手动给定，也可通过灰分回控输出进行在线调节，从而达到直接控制精煤产品的目的。 作为一个应用性的工程课题，本文给 出了控制系统详尽的硬件设计和测控设备的选择，部分系统软件设计，以及在系统的抗干扰方面皆给出了具体的措施。 8.期刊论文 王孝颖.吴丰水.向晓玲.杨玲玲 重介选煤工艺参数PID自动调节系统 -中国煤炭2003,298 认为根据重介分选系统工艺特点,可以对重介质悬浮液密度、磁性物含量、液位、压力等参数进行PID回路调节,并给出工艺系统参数PID自动调节的 设定方法,提出了系统集成的设计构想. 9.期刊论文 段海霞 自动控制系统在双柳选煤厂的应用 -煤炭加工与综合利用20036 双柳选煤厂采用自动控制系统对全厂设备启停和重介质悬浮液的密度及煤泥水的密度进行控制;介绍了自动控制系统的组成、主要特点、工作原理和 运行效果. 本文链接 下载时间2009年10月6日