王小春 陳常州

（1中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 徐州 221008；2河南永錦選煤有限公司，河南 禹州 461470）

近年來，隨著煤炭資源的開發(fā)和利用，國(guó)家優(yōu)質(zhì)易選煤逐漸減少。面對(duì)入洗原煤煤質(zhì)的變化，各種適應(yīng)難選和極難選煤的工藝和設(shè)備也相繼誕生，隨著我國(guó)自行研發(fā)的各種類型重介旋流器工藝技術(shù)的日趨成熟，以及澳大利亞先進(jìn)的模塊式重介選煤廠的引進(jìn)，使重介旋流器分選工藝不論在簡(jiǎn)化工藝環(huán)節(jié)、提高介質(zhì)系統(tǒng)調(diào)控水平、易于操作管理方面，還是在減少介耗、電耗、降低生產(chǎn)成本等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。尤其是對(duì)重介旋流器直徑的大型化，大大提高單臺(tái)處理量，為選煤設(shè)計(jì)工藝布置的進(jìn)一步簡(jiǎn)化提供了有利條件，從而大大降低了工程造價(jià)。但是，在重介選煤工藝設(shè)計(jì)中，面對(duì)有壓給旋流器和無壓給料旋流器得的選取，仍然是一個(gè)值得重點(diǎn)探討的話題。在此，針對(duì)兩者的選取進(jìn)行深入的探討。

1 兩種入料形式重介旋流器的概述及分選原理

1.1 重介旋流器的分選原理

介懸浮液在離心力場(chǎng)的作用下，在旋流器內(nèi)會(huì)形成不同密度的等密度線，即密度場(chǎng)。密度自上而下，由內(nèi)而外增加，并存在一個(gè)理論上的分離界面，也稱分離錐面。這個(gè)界面上的平均懸浮液密度在理想情況下，近似等于礦粒的分離密度。另外分離界面的形成，又決定于垂直零速面，并與徑向零位面有關(guān)，即在分離界面以外的懸浮液形成外螺旋流，向底流口方向移動(dòng)；在分離界面以內(nèi)的懸浮液形成內(nèi)螺旋流向溢流口方向移動(dòng)，內(nèi)、外螺旋流移動(dòng)的方向正好相反.從而達(dá)到輕重產(chǎn)品的分離。

1.2 有壓給料重介旋流器及其入料過程

有壓給料重介旋流器從外形上來看，主要是圓筒圓錐形的配合。而從入料壓力來看，大體上分為兩種：一是原煤直接經(jīng)入混料桶，通過泵送直接延旋流器的切相給入，有人也把這種入料方式稱著高壓給料。二是將煤炭給入到混合桶后，通過泵給到定壓箱，然后通過定壓箱給料，也把這種形式稱著低壓給料。第一種給料壓力大小、穩(wěn)定性主要受泵的工作影響，相對(duì)第二種來說，泵給料方式目前多采用離心式渣漿泵作為旋流器的入料泵。由于管路布置的靈活性及無須定壓高度，可以大幅度降低廠房的高度，簡(jiǎn)化工藝、布置靈活、基建投資省。第二種入料形式其給料壓力穩(wěn)定，要求廠房較高。定壓箱給料方式一般煤介比大，入料粒度不受入料泵的限制，對(duì)煤的破碎程度相對(duì)較弱，次生煤泥量就相對(duì)少一些。由于煤與介質(zhì)懸浮液分別輸送，對(duì)管路系統(tǒng)的磨損程度也輕一些。兩種方式各有特點(diǎn)，具體選用應(yīng)結(jié)合煤質(zhì)、廠房配置等綜合考慮。

1.3 無壓旋流器及其入料過程

無壓旋流器主要是圓筒形。給料首先給入緩沖漏斗，在預(yù)先漩流的作用下通過給料緩沖漏斗延旋流器中心給入，介質(zhì)則在旋流器的底端延切線給入，輕產(chǎn)物從溢流口流出，重產(chǎn)物從底流口排除。該入料方式要求廠房較高，管路磨損較小。

2 兩種入料形式旋流器的比較

大多認(rèn)為有壓入料旋流器比無壓入料旋流器對(duì)旋流器對(duì)細(xì)粒級(jí)物料的分選精度更高，分選下限更低，似乎有壓入料方式更適合粉末煤含量多的難選煤的分選。但是近年來，在國(guó)內(nèi)采用無壓入料重介旋流器分選難選煤的應(yīng)用實(shí)例卻越來越多，旋流器直徑也越來越大。從一些采用無壓入料重介旋流器的選煤廠生產(chǎn)的實(shí)際效果來看，其分選精度與有壓旋流器相比差別不大?？偟膩碚f，兩種不同入料形式的旋流器各具特色，面對(duì)兩種入料形式的重介旋流器的選取，分析兩種旋流器對(duì)分選的影響。

2.1 兩種入料壓力的影響

由于重介旋流器內(nèi)，礦粒在旋轉(zhuǎn)的密度場(chǎng)中所受離心力比重力大幾十至幾百倍。所以物料特別是細(xì)粒物料在重介旋流器內(nèi)能夠得到有效分選，這是其他選煤方法所無法比擬的。應(yīng)該說離心力是重介旋流器分析的原動(dòng)力。被選煤粒在旋流器內(nèi)所受離心力的大小取決于給料的切線速度和旋轉(zhuǎn)半徑，同時(shí)還有介質(zhì)粘度等交叉影響。而切線速度又與入料壓頭有關(guān)，是有壓入料重介旋流器特具的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)樵谟袎喝肓系臈l件下，物料與懸浮液是混合有壓切線給入的。一進(jìn)入旋流器，礦粒與懸浮液就同時(shí)具有了很高的切向速度。如果入料壓頭調(diào)節(jié)得當(dāng)，從入料的初始階段就能達(dá)到最佳分選狀態(tài)，從而最大限度地利用了物料在旋流器內(nèi)的分選時(shí)間和分選空間。

與此相反，入料壓力恰恰暴露出無壓入料重介旋流器的嚴(yán)重弱點(diǎn)，中心無壓入料方式的主要特點(diǎn)是被選物料與重介懸浮液是分開進(jìn)入旋流器的。其中80%-90%懸浮液是從筒體下部切向有壓給入的，剩余的10%-20%的懸浮液則隨同被選物料由筒體上部中心口"無壓''（高差約2.5m）。因此被選物料進(jìn)入旋流器后的初始切向速度幾乎為零。隨著礦粒在軸向和徑向上的位移，在旋轉(zhuǎn)懸浮液的帶動(dòng)下，才逐漸增大本身的切向速度，并逐漸接近旋轉(zhuǎn)懸浮液的切向速度。這一現(xiàn)象說明入料在起始階段與懸浮液在旋轉(zhuǎn)速度上存在較大差異，這種差異對(duì)入選原煤將產(chǎn)生實(shí)際分離密度增大的影響，尤其對(duì)細(xì)粒物料影響更為明顯。

3 兩種入料方式匹配工藝

針對(duì)上述對(duì)旋流器的利弊分析，所以在設(shè)計(jì)中考慮選擇入料方式的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)煤質(zhì)特點(diǎn)具體分析，同時(shí)考慮每種入料的匹配工藝來區(qū)別對(duì)待。

對(duì)于不分級(jí)入洗工藝，原生煤泥不是太大的情況，考慮選前不脫泥工藝，全粒級(jí)入洗大多可以采用無壓入料重介旋流器，為了彌補(bǔ)無壓入料分選下限較低，可以考慮無壓重介旋流器分選+小直徑煤泥重介旋流器+浮選柱聯(lián)合三段分選；如果煤泥量太大，選前脫泥工藝，則大多采用有壓給料方式。

于分級(jí)入洗工藝，尤其是重介再洗工藝，因?yàn)槊耗嘣谥飨催^程消耗，對(duì)介質(zhì)粘度的影響較小，對(duì)這樣的工藝大多采用有壓給料分選方法。其常見工藝如下：跳汰粗選+跳汰粗精煤重介質(zhì)旋流器精選+煤泥浮選和跳汰主選+跳汰中煤重介質(zhì)旋流器再選+煤泥浮選。對(duì)于分級(jí)入洗，末煤重介不脫泥則大多采用無壓入料方式。

4 無壓入料重介旋流器工業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)

無壓入料重介旋流器工業(yè)應(yīng)用取得了良好的分選，數(shù)量效率高達(dá)96%-99%。

底流和溢流都能通過占入料量變化范圍較大，因此對(duì)各種性質(zhì)的原煤適應(yīng)性強(qiáng)。懸浮液和礦物分別給入旋流器，避免了泵送礦物顆粒的粉碎，和礦物顆粒對(duì)泵的磨損。由于分選密度于懸浮液在密度之間差值小，所以分選密度可控性和懸浮液密度的衡定性都會(huì)較好。旋流器的應(yīng)用實(shí)踐證明，無壓入料圓筒形旋流器用以分選塊煤（100-12mm）或混煤（100-0.5mm），可打破重介旋流器只宜分選末煤的傳統(tǒng)概念。

小結(jié)

綜上分選表明，無壓入料和有壓入料兩種重介質(zhì)旋流器在工藝特點(diǎn)及分選機(jī)理上各有所長(zhǎng)，分選效果相近，特別是在選前不脫泥的條件下，兩者的分選效果相差更小。說明兩種入料方式皆是可供采用的高效分選工藝。在設(shè)計(jì)選用重介旋流器時(shí)，應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)條件和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求具體分析，具體對(duì)待，擇優(yōu)選用。

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