磁鐵礦粉粒度對(duì)煤泥重介質(zhì)旋流器分選效果影響的研究

趙 衛(wèi) 沈麗娟 陳建中

（中國礦業(yè)大學(xué)煤炭加工與高效潔凈利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省徐州市，221116）

近年來，小直徑重介質(zhì)旋流器的研發(fā)帶動(dòng)了選煤工藝的進(jìn)步，作為大直徑重介質(zhì)旋流器的延續(xù)，彌補(bǔ)了大直徑旋流器分選下限高及無法對(duì)粗煤泥進(jìn)行有效分選的問題。我國選煤用小直徑重介質(zhì)旋流器的研究始于20世紀(jì)90年代，在選煤廠應(yīng)用時(shí)其入料主要來源于大直徑重介質(zhì)旋流器的精煤合介分流，利用大直徑旋流器對(duì)加重質(zhì)的分級(jí)和濃縮作用，使用相對(duì)較細(xì)的磁鐵礦粉對(duì)粗煤泥進(jìn)行分選，然而分級(jí)濃縮后的懸浮液性質(zhì)受大直徑旋流器的影響較大，例如屯蘭選煤廠采用無壓三產(chǎn)品+煤泥重介+浮選聯(lián)合工藝，就容易出現(xiàn)煤泥重介入料濃度及粒度組成等發(fā)生變化，因此導(dǎo)致分選效果不穩(wěn)定。磁鐵礦粉的性質(zhì)又是影響煤泥重介質(zhì)旋流器的一個(gè)重要因素，本文將探討磁鐵礦粉的粒度對(duì)煤泥重介質(zhì)旋流器分選效果的影響。

1 重介質(zhì)旋流器的分選原理

重介質(zhì)旋流器選煤是利用阿基米德原理在離心力場中完成的，煤與矸石在重介質(zhì)旋流器內(nèi)的分離主要取決于離心力和密度場的雙重作用。礦粒在旋流器密度場中，受到的離心力和在離心力作用的下沉速度分別見式 （1）和式 （2）：

式中：F——離心力，N；

Vc——下沉速度，m／s；

H——重介質(zhì)旋流器的入料壓頭，m；

d——礦粒直徑，m；

D——旋流器直徑，m；

μ——粘滯系數(shù)，Pa／s；

δ——礦粒密度，kg／m3；

Δ——懸浮液密度，kg／m3；

g——重力加速度，m／s2；

K1、K2——均為系數(shù)。

由式（1）和（2）可以看出，礦粒在重介質(zhì)旋流器中所受的離心力F 的大小和下沉速度Vc與重介質(zhì)旋流器的直徑D 成反比，與重介質(zhì)旋流器的入料壓頭H 成正比，還與分選懸浮液的流變特性有關(guān)。

懸浮液的密度場是由磁鐵礦粉量和煤泥含量共同決定的，合適分選的密度場條件是需要懸浮液具備一定的穩(wěn)定性和流變特性，而加重質(zhì)的粒度特性又是影響懸浮液的穩(wěn)定性和流變特性的重要因素，進(jìn)而影響分選效果。如果加重質(zhì)的粒度過細(xì)，不僅會(huì)導(dǎo)致懸浮液粘度的提高和分選效果的降低，也會(huì)惡化凈化回收條件；如果加大加重介質(zhì)的粒度，則需要加大外部能量來保持分選懸浮液的穩(wěn)定性。

2 重介質(zhì)旋流器分選煤泥的試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)使用的重介質(zhì)旋流器柱段直徑為100mm，柱段長度為180mm，溢流管直徑為40mm，底流口直徑為24mm，入料壓力為0.15 MPa，入料濃度為200g／L。煤泥重介質(zhì)旋流器分選試驗(yàn)系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 煤泥重介質(zhì)旋流器分選試驗(yàn)系統(tǒng)流程圖

2.2 試驗(yàn)用煤樣性質(zhì)

試驗(yàn)用煤樣選用粒度為1.5mm 以下的原生煤泥，試驗(yàn)所采樣品需要篩去低于0.125 mm 的物料，1.5～0.125mm 粒度級(jí)煤樣的小篩分見表1。

表1 試驗(yàn)用煤樣的小篩分資料

由表1可以看出，煤樣的主導(dǎo)粒度級(jí)為0.5～0.25 mm，占全樣產(chǎn)率為37.20%，灰分為18.88%；其次是粒度級(jí)為1～0.5mm 的煤樣，產(chǎn)率為32.25%，灰分為18.53%，各粒度級(jí)煤樣總體灰分不高，總灰分為18.74%。

試驗(yàn)用煤樣的小浮沉資料見表2。

表2 試驗(yàn)用煤樣的小浮沉資料

由表2 可以看出，試驗(yàn)煤樣的主導(dǎo)密度級(jí)為1.3～1.4kg／L，產(chǎn)率為32.27%，灰分為7.53%；-1.5 kg／L 密度級(jí)含量為72.02%，灰分為7.58%；-1.8kg／L密度級(jí)含量為89.71%，灰分為12.84%。

2.3 不同粒度磁鐵礦粉對(duì)分選效果的影響

本試驗(yàn)采用3種粒度等級(jí)不同的鐵磁礦粉，較粗的（試驗(yàn)一）-0.045mm 含量為70%，中間粒級(jí)的 （試驗(yàn)二）-0.045mm 含量為80%，較細(xì)（試驗(yàn)三）的-0.045 mm 的含量為90%，試驗(yàn)采集煤樣都是先經(jīng)過0.125mm 的篩子篩去磁鐵礦粉和-0.125mm 的細(xì)泥，其結(jié)果反映的是+0.125 mm 粗煤泥的分選效果。每次試驗(yàn)所采溢流和底流煤樣小浮沉分析結(jié)果見表3。

表3 試驗(yàn)精煤和尾煤小浮沉試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）按照《煤用重介設(shè)備工藝性能評(píng)定方法》GB／T15715-2005，對(duì)煤泥重介質(zhì)旋流器各粒級(jí)分選效果進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定指標(biāo)有給料速度、可能偏差、數(shù)量效率、灰分誤差、錯(cuò)配物總量和臨近密度物。根據(jù)浮沉資料列出分配率計(jì)算表和錯(cuò)配物計(jì)算表并繪制分配曲線見圖2，可選性曲線和錯(cuò)配物曲線見圖3。

圖2 不同粒度磁鐵礦粉分選分配曲線

圖3 不同粒度磁鐵礦粉分選錯(cuò)配物曲線

從圖2和圖3讀取相對(duì)應(yīng)的數(shù)值并進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表4。

由表4可見，給料速度是一定時(shí)間內(nèi)溢流量和底流量的總和，從計(jì)算結(jié)果可知試驗(yàn)三的各項(xiàng)指標(biāo)均是最好，說明-0.045 mm 粒度級(jí)磁鐵礦粉占90%的加重質(zhì)能使煤泥重介旋流器獲得更好的分選效果。

（2）國內(nèi)也有專家引用前蘇聯(lián)評(píng)價(jià)體系，即采用底流濃縮度、溢流澄清度、底流溢流密度差和濃縮效率來評(píng)價(jià)重介旋流器內(nèi)部的懸浮液的穩(wěn)定性，實(shí)測懸浮液密度條件下計(jì)算以上指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果 見表5。

表4 試驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)測評(píng)表

表5 試驗(yàn)懸浮液參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

由表5可見，較細(xì)磁鐵礦粉能夠提高懸浮液的穩(wěn)定性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)加重介質(zhì)粒度越細(xì)懸浮液粘度也會(huì)跟著變大。

（3）對(duì)于確定的某一種煤泥還可以用K 值評(píng)價(jià)其分選效果，計(jì)算方法為實(shí)際精煤產(chǎn)率除以降灰比，根據(jù)產(chǎn)物小篩分資料用格式法計(jì)算各粒度級(jí)產(chǎn)率并計(jì)算K 值，結(jié)果見表6。

表6 試驗(yàn)各粒度級(jí)K 值計(jì)算結(jié)果

由表6可見，隨著磁鐵礦粉變細(xì)，各粒度級(jí)K值逐漸增大，同樣證明本文觀點(diǎn)。

（4）對(duì)于塊煤分選機(jī)來說，加重質(zhì)粒度-0.074mm含量不低于80%，對(duì)于大直徑重介質(zhì)旋流器來說，-0.045mm 含量不低于80%，但是對(duì)于分選-0.5mm 粉煤的旋流器，其有效分選下限 達(dá) 到 0.074 ～0.045 mm 時(shí)， 加 重 介 質(zhì)-0.045mm含量應(yīng)達(dá)到90%以上。

（5）經(jīng)相關(guān)專家試驗(yàn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)在相似的條件下，當(dāng)-0.045mm 細(xì)顆粒含量在93%時(shí)，磁選效率及磁性物回收率達(dá)到最大值。

4 結(jié)語

煤泥重介質(zhì)旋流器對(duì)粗煤泥有著顯著的降灰效果，是一種高效的粗煤泥分選設(shè)備，選擇加重介質(zhì)粒度需要考慮以下因素：入選原煤的粒度，相對(duì)于大直徑旋流器煤泥重介質(zhì)旋流器應(yīng)該選擇更細(xì)的磁鐵礦粉；加重介質(zhì)在懸浮液中的體積濃度；加重介質(zhì)的回收工藝以及懸浮液的密度等。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)磁鐵礦粉-0.045 mm 粒度級(jí)含量在90%時(shí)，煤泥重介質(zhì)旋流器的分選效果變好且磁選效率高，磁性物回收率大。

［1］ 楊玉民.煤泥重介工藝在屯蘭選煤廠的完善 ［J］.中國煤炭，2009 （6）

［2］ 沈麗娟，趙勇，陳建中.三產(chǎn)品重介旋流器分選構(gòu)造煤的試驗(yàn)研究 ［J］.中國煤炭，2013 （9）

［3］ 陳建中，沈麗娟等.煤泥重介質(zhì)旋流器分選粗煤泥的探討 ［J］.選煤技術(shù)，2010 （4）

［4］ 彭榮任等.重介質(zhì)旋流器選煤 ［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1998

［5］ 宋國陽等.磁鐵礦粉粒度組成對(duì)介質(zhì)回收率的影響［J］.選煤技術(shù)，2012（5）

［6］ 沈麗娟.煤用螺旋分選機(jī)工藝參數(shù)的研究 ［J］.選煤技術(shù)，1992 （1）