重介质旋流器分选工艺参数分析.pdf

N o ．6 ，2 0 0 9 煤炭加工与综合利用 C O A LP R O C E S S I N G ＆C O M P R E H E N S I V EU 1 1 L I Z A I “ I O N 重介质旋流器分选工艺参数分析 陈开玲，石云江，钱坤 朔州中煤杨涧洗选有限公司，山西朔州0 3 6 0 0 2 摘要通过对旋流器内的物料进行受力分析，介绍了重介质旋流器的分选原理及悬浮液 的配置方案；从旋流器结构参数、选前是否脱泥、入料压力控制及给料方式等方面论述了影响 重介质旋流器分选效果的因素。 关键词选煤；重介质旋流器；工艺参数；分选效果 中图分类号T D 4 5 5 ．7文献标识码A 文章编号1 0 0 5 8 3 9 7 2 0 0 9 0 6 - 0 0 1 1 - 0 3 重介质旋流器是一种利用离心力场强化矿粒 在重介质中分选的设备，能精确分选密度差值小 的难选和极难选细粒物料。重介质旋流器具有体 积小、本身无运动部件、处理量大、分选精度 高、产品质量稳定等特点，故应用范围比较广 泛。特别是对难选、极难选原煤以及细粒级较多 的氧化煤、高硫煤的分选和脱硫效果显著。 收稿日期2 0 0 9 1 0 - 0 9 作者简介陈开玲 1 9 8 3 一 ，男，北京市人，2 0 0 6 年毕业 于辽宁工程技术大学矿物加工工程系，工学学士，朔州中煤杨洞 洗选有限公司生产技术部副经理。 1 重介质旋流器分选原理 重介质旋流器分选过程为物料和悬浮液以 一定压力沿切线方向给入旋流器，形成强有力的 旋涡流；液流从入料I S l 开始沿旋流器内壁形成一 个下降的外螺旋流；在旋流器轴心附近形成一股 上升的内螺旋流；由于内螺旋流具有负压而吸人 空气，在旋流器轴心形成空气柱；入料中的精煤 随内螺旋流向上，从溢流口排出，矸石随外螺旋 流向下，从底流口排出。 空气柱的形成机理为⋯由于底流管和溢流 管直接与大气连通，进入旋流器的两相流以强烈 装卸、使用困难等问题。采用本工艺处理后的煤 泥一混煤混合体，可以像普通煤炭一样装卸、储 存、运输、使用，使得煤泥变废为宝，减少了环 境污染，提高了选煤厂的经济效益。 煤泥破碎搅拌机是上海大屯能源股份有限公 司与南京玺华孚电气有限公司共同研发的专利产 品，专门用于煤泥与洗混煤、中煤、末矸石的破 碎搅拌。其工作原理采用的是双轴卧式强制搅拌 原理，两根相向旋转的搅拌轴带有螺旋搅拌叶片 见图7 ，叶片推动并搅拌物料，物料从一端进图7 煤泥破碎搅拌机叶片结构 入，由另一端挤出。两相邻螺旋搅拌叶片间均设 有犁型破碎齿，以增强对物料的“阻滞”、切割 生产发热量1 2 ．5 ～1 4 ．6 M J ／k g 的煤泥一洗混煤混 和破碎作用。因此，煤泥破碎搅拌机兼有较强的 合物，水分约1 0 ％一1 5 ％，可作大屯发E g r - m 破碎和搅拌功能，而且能耗低、效率高。 煤。选煤厂每年直接同收煤泥2 0 万t ，末矸石6 5 效益分析 凳』’嚣攥裟曩鋈獬。芸 煤泥在线湿式搅拌回收系统运行成功后，可 该厂年增加经济效益约4 8 0 0 万元。 万方数据 1 2 煤炭加工与综合利用2 0 0 9 年第6 期 的螺线涡运动，当切线速度增大到I 临界速度时， 旋流器各出口产生一定的阻力，形成内部的旋转 流场，引起轴向负压，空气由溢流管和底流管进 入旋流器，在轴向负压驱动和流体对流传输的共 同作用下逐渐发展成为贯通的空气柱。 重介质旋流器选煤是利用阿基米德原理在离 心力场中完成的。离心力场中，质量为m 的颗粒 所受的离心力P 为 ．．2．，2 F ． mL V 8 L 。 rr 式中t 7 颗粒的切向速度，m ／s ； r 一颗粒的旋转半径，m ； 卜颗粒的体积，m 3 ； 卜颗粒的密度，k g ／m 3 。 悬浮液给物料的向心托力R 为 2 凡 场等 式中p 悬浮液密度，k g ／m 3 。 颗粒在悬浮液中半径为r 处所受的合力F 为 F 凡一F o y 6 一P v 2 ／r 上式表明，当6 p 时，F 为正值，颗粒被 甩向外螺旋流；当6 J p 时，，为负值，颗粒被 甩向内螺旋流；从而把密度大于介质的颗粒和密 度小于介质的颗粒分开。在旋流器中，离心力比 重力大几倍到几十倍，因而大大加快了分选速 度，并改善了分选效果。 2 重介质旋流器悬浮液配置 悬浮液既要达到要求的密度条件，又要具有 一定的稳定性，同时粘度不能过大。而加重质的 性质直接决定悬浮液的性质，目前，工业生产中 采用的加重质主要为磁铁矿。当悬浮液密度一定 时，加重质的粒度越粗，悬浮液粘度越低。加重 质沉降速度越快，回收越容易，但悬浮液不稳 定；加重质的粒度越细，其沉降速度越慢，悬浮 液稳定性越好，但粘度增加，加重质回收困难； 另外，加重质的密度越高，悬浮液容积浓度就越 低，稳定性也越差。重介质旋流器要求磁铁矿中 - 0 ．0 2 8 r a m 级含量不低于9 0 ％。 悬浮液的密度p 。。与加重质的密度及其体积 浓度有关，可用以下公式计算 G 6 一p ， P 。”5 可r p J V 一 式中卜加重质的质量，g ； 觅加重质的密度，g ／e r a 3 ； J D ，水的密度，g ／e r a 3 ； K 悬浮液体积，c m 3 。 采用磁铁矿粉作为加重质时，体积浓度1 5 ％ ～3 5 ％，煤泥含量1 5 ％一4 5 ％【4 】。浓度过大，则 悬浮液粘度增大而失去流动性，入选物料在悬浮 液中不能流动；浓度过小，则加重质沉降迅速， 悬浮液密度不稳定，分选效果变差。重介质旋流 器分选时，分选密度一般高于悬浮液密度0 ．1 0 ．2 9 ／e m 3 。这是因为在离心力作用下，旋流器内 的悬浮液被浓缩，使分选密度增大。 3 影响重介质旋流器分选效果因数 国内外对重介质旋流器分选机理的研究表 明，影响重介质旋流器分选精度的因素可分为两 大类一是由实际工艺条件及分选设备本身所决 定的生产中不易变动的因素，如入料煤质特征、 旋流器圆筒及圆锥部分的几何尺寸、人料口的形 状和尺寸、溢流管直径、锥角、锥比等；二是一 定程度上可以调整的因素，包括入口压力、矿浆 入料量、人料方式等。 3 ．1 旋流器结构参数的影响 重介质旋流器的生产能力主要取决于它的圆 柱直径，其计算公式为旧J Q 1 K 1 D 2 5 Q 2 2 0 0 D 枷 式中Q ，旋流器矿浆通过量，m 3 ／h ； Q 旋流器干煤处理量，t ／h ； D 旋流器圆筒直径，n l ； 墨旋流器直径系数，7 0 0 8 0 0 。 上述公式可近似计算出所选用旋流器的直径 或处理能力，但无法反映出旋流器结构和工艺参 数对处理能力的影响。根据波瓦罗夫公式【3 1 可计 算旋流器的结构和工艺参数。该公式如下 O 。 0 ．3 C 。C 2 d o d 。 ／g 日 式中Q 。矿浆通过量，m 3 ／h ； 万方数据 2 0 0 9 年第6 期陈开玲，等重介质旋流器分选工艺参数分析1 3 c f 0 旋流器溢流口直径，m ； d 。旋流器底流口直径，m ； 丑旋流器人口压力，1 0 5 P a ； r 重力加速度，m ／s 2 ； ．0 ．0 8 D 2 。1 0 ．1 D l c2丽0．丽044o．7900 3 7 9 t g c z ／2 u 2 一 ． 1 ‘u ‘ 式中卜旋流器直径，m ； a 旋流器圆锥锥角。 3 ．2 选前脱泥与否 煤泥进入悬浮液系统后易成团，在分选槽内 来不及分散就混人浮煤中排出；此外，这些煤泥 若进入悬浮液系统，会使悬浮液中的煤泥含量增 多，悬浮液粘度增大。因此选前脱泥工艺具有分 选精度和效率高，悬浮液中非磁性物 煤泥 含量 少，易脱介，介耗低等优点；但其缺点是需增加 设备和基建投资，工艺布置相对复杂，生产成 本高。 选前不脱泥工艺减少了脱泥筛和再分级筛， 简化了工艺，布置紧凑，缩减了厂房和设备投资 及生产成本，工艺简捷，操作方便；其缺点是对 分选精度，尤其是对细粒级物料的分选精度会造 成一定影响。 悬浮液中允许的煤泥含量除与悬浮液本身的 密度有关外，还与磁铁粉的细度和物料的粒度相 关。一般来说，在低密度分选条件下，悬浮液允 许的煤泥含量较高，一般不必选前脱泥。根据国 外资料和国内的生产实践，原煤润湿脱泥的用水 量以原煤中煤泥含量吨位乘l O ，或以要求脱除的 煤泥吨位乘1 0 的水量与煤混合进行脱泥的效果 较好。 3 ．3 入料压力控制 根据波瓦罗夫公式，旋流器的矿浆通过量与 给料压力关系为Q 。／Q ／P 。／P 。即对一个给 定参数的旋流器而言，适当提高入口压力能提高 矿浆处理能力；同时也可看出，其最佳工况点要 求是，入1 2 1 压力与矿浆人料量为对应关系 Q o c P ，即每一矿浆入料量只对应一个最佳的入料压 力。压力过大增大了能耗，加大设备磨损，提高 了次生煤泥量，导致悬浮液密度不易控制；压力 过小形成不了稳定的空气柱，悬浮液正常的液态 流受到破坏，分选效果变差。 研究表明，旋流器本身对入料压力的要求 是‘4 I 日 9 1 1 D 式中卜定压高度，m 。 3 ．4 给料方式 重介质旋流器的人料方式可分为周边有压入 料和中心无压入料两种。 1 在无压入料方式下，原料煤从旋流器顶 部中心给入。进入旋流器的重颗粒在离心力作用 下穿越“零速包络面 L Z V V ”形成外螺旋流， 而轻颗粒本身密度就低于“零速包络面”处的密 度，所以留在“零速包络面”内随内螺旋流移 动。这一过程基本只有重颗粒的单向运动，避免 了重、轻矿粒互相交错穿越“零速包络面”，相 互干扰，有利于提高分选效率和分选精度。 2 在有压入料方式条件下，原料煤与悬浮 液混合后由泵给入旋流器。开始时，轻、重颗粒 在“零速包络面”内外均匀分布；随着颗粒下 行，内部的重矿粒在离心力作用下穿过“零速包 络面”向外螺旋流移动；而外部的轻颗粒在离心 力作用下穿越“零速包络面”向内螺旋流移动， 形成了重、轻颗粒交错穿越“零速包络面”，相 互干扰的现象。 4 总结 随着采煤机械化程度提高、开采深度加深， 原煤质量变差，细粒物料所占比例相对增加，煤 的可选性变差。对于这些煤炭的分选，重介质旋 流器的优点将得到充分体现，这一工艺也将成为 今后选煤发展的主要方向。 参考文献 [ 1 ]曹晓娟，顾伯勤．旋流器内空气柱形成与发展及其对分 离的影响[ J ] ．流体机械。2 0 0 9 ，1 3 7 1 2 8 3 3 ． [ 2 ]郝凤印，等．选煤手册 工艺与设备 【M ] ．北京煤炭 工业出版社，1 9 9 3 ． [ 3 ]A ．n ．波瓦罗夫．选矿厂水力旋流器[ M ] ．北京冶 金工业出版社，1 9 8 2 ． 【4 ]周曦，等．洗选煤技术实用手册[ M ] ．北京民族出 版社．2 0 0 3 ． 万方数据