郭 德，魏樹海，張秀梅

(1.華北科技學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院，北京東燕郊 101601;2.山西恩必謳重工有限責(zé)任公司，山西太原 030012)

0 引言

粗煤泥是指粒度近于煤泥、通常在0.30～0.50mm以上、不宜用浮選處理的顆粒［1］。粗煤泥量在我國入選原煤中占有較高的比例，對于煉焦煤而言，準(zhǔn)備好的原煤中3.00～0.30mm的粗煤泥含量多數(shù)大于20%。各選煤企業(yè)對粗煤泥的分選問題十分重視。

跳汰機(jī)、重介質(zhì)旋流器等重選設(shè)備和浮選機(jī)、浮選柱等設(shè)備成功實(shí)現(xiàn)了粗粒煤和細(xì)粒煤的分選。但粒度介于重選和浮選有效粒度附近的粗煤泥分選效果十分不理想［2，3］，這主要表現(xiàn)在:①重選環(huán)節(jié)分選粗煤泥的精度較差。生產(chǎn)實(shí)際和理論均表明大直徑重介質(zhì)旋流器對－3.00 mm的粒級分選效果遠(yuǎn)不及其對粗顆粒的分選效果［4］。如果強(qiáng)行靠提高入料壓力改善粗煤泥分選效果，將給整個重選環(huán)節(jié)的生產(chǎn)帶來困難，技術(shù)經(jīng)濟(jì)上不合理;②浮選系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)對0.50～0.30 mm粒級顆粒的有效分選。浮選是基于顆粒表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異進(jìn)行煤泥分選的，其有效分選粒度在0.30～0.045 mm之間，對粒度+0.30 mm的顆粒因其和氣泡粘附不牢固而易損失于尾礦中。若為了多回收這部分粗顆粒而增加浮選藥劑用量，則會在多回收粗顆粒的同時也將高灰細(xì)泥浮出，污染了精煤，導(dǎo)致浮選精煤灰分提高。因此，在重選和浮選之間存在一個有效分選粒度的缺口，即隨著粒度的減小，重選分選效率下降，而浮選則隨著粒度的增大而極易造成低灰精煤損失。所以粒度處于重選和浮選有效分選范圍交界附近的粗煤泥的分選效率最低。如果粗煤泥不經(jīng)過分選或雖經(jīng)分選但效果較差，則粗煤泥精煤灰分偏高，直接摻入精煤，會導(dǎo)致總精煤灰分升高，使總的精煤產(chǎn)率降低;如果粗煤泥摻入中煤，則會造成精煤損失［5］。

目前，國內(nèi)外粗煤泥的分選設(shè)備主要有螺旋分選機(jī)、煤泥重介質(zhì)旋流器、干擾床分選機(jī)(TBS)和復(fù)錐水介質(zhì)旋流器等［6，7］，它們都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，滿足或部分滿足了不同煤質(zhì)粗煤泥分選的需要。為進(jìn)一步改善粗煤泥的分選效果特別是寬粒度級粗煤泥的分選效果，自行設(shè)計制作了粗煤泥分選試驗(yàn)機(jī)，在試驗(yàn)室進(jìn)行了粗煤泥脈動分選試驗(yàn)研究，取得了較好的效果。行的，其分選原理和脈動分選原理基本相同。

從脈動分選技術(shù)應(yīng)用于選煤、選礦的生產(chǎn)實(shí)踐可知，對于－6mm的粗、細(xì)粒級分選時，多采用特殊的密度波形才能獲得理想分選效果。根據(jù)粗煤泥的性質(zhì)，若采用脈動原理對粗煤泥進(jìn)行有效分選，也應(yīng)采用特殊形式的水流脈動周期才有可能獲得理想效果。經(jīng)進(jìn)一步分析研究其它行業(yè)與粗煤泥粒度相近物料的分選方法后，初步認(rèn)定采用特殊形式下的脈動水流周期可以對粗煤泥進(jìn)行有效分選。

除采用特殊形式的脈動方式外，人工床層、沖程、沖次、入料性質(zhì)等方面也對粗煤泥分選產(chǎn)生很大影響。這些影響因素需要通過試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐逐步探索，以便得出指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際的數(shù)學(xué)模型。

2 試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作過程

在理論指導(dǎo)下，確定采用脈動方式分選粗煤泥。經(jīng)過研究，設(shè)計制造出了無風(fēng)源脈動粗煤泥分選試驗(yàn)機(jī)。在試驗(yàn)室應(yīng)用試驗(yàn)機(jī)對不同煤樣進(jìn)行試驗(yàn)，探索設(shè)備結(jié)構(gòu)、周期曲線、操作參數(shù)對分選效果的影響。為脈動粗煤泥分選機(jī)的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

試驗(yàn)機(jī)由分選室、脈沖執(zhí)行機(jī)構(gòu)、脈沖智能控制箱和機(jī)架等組成，見圖1。由脈沖智能控制箱設(shè)置操作參數(shù)，操作信號控制脈沖執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在分選室內(nèi)產(chǎn)生脈動水流。分選室規(guī)格為300mm×300mm×300mm，內(nèi)有篩網(wǎng)，上面鋪設(shè)有人工床層。

圖1 粗煤泥脈動試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1 試驗(yàn)機(jī)的分選原理

脈動跳汰是一種十分成熟的選煤技術(shù)，其分選原理不再敘述。脈動分選技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)寬粒級按密度分選，其最終的分選效果與物料的粒度、形狀基本無關(guān)。該項(xiàng)分選技術(shù)在選礦領(lǐng)域適用的粒度范圍更寬，其下限可以達(dá)到0.074mm［8］。這就為粗煤泥分選提供了一個研究方向。粗煤泥分選試驗(yàn)機(jī)的研制是在借鑒脈動分選原理的基礎(chǔ)上進(jìn)

試驗(yàn)機(jī)的工作過程為:試驗(yàn)前，機(jī)體內(nèi)充滿水，待分選的物料放入分選室并鋪設(shè)均勻。保證煤層上的水面高度為20～50mm。之后開動機(jī)器，脈沖控制器發(fā)出特殊的脈沖信號到達(dá)脈沖執(zhí)行機(jī)構(gòu)，脈沖執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)脈沖信號帶動脈沖生成裝置生成特殊的震蕩脈沖。物料在特殊的震蕩脈沖中完成分選。分選完成后輕產(chǎn)品處于人工床層之上，重產(chǎn)品排到裝置低端的尾管排料口通過閥門排出。根據(jù)所分選煤質(zhì)性質(zhì)的不同，該試驗(yàn)裝置可以通過調(diào)節(jié)沖次(即頻率)、脈沖高度(即振幅)、煤樣厚度、有效分選時間、人工床層厚度和粒度組成配比、激振塊的振動幅度等來適應(yīng)不同的煤種。

2.2 試驗(yàn)方案的制定

分選完成過程完成后，打開底流閥門，放出底流，同時要采取底流煤樣。根據(jù)分選室內(nèi)剩余的煤樣的高度，將分選室里的煤泥物料平均分成2～5層。用采樣鏟小心將每層采出。每一層采取后縮分為兩個分樣，一個直接測灰分，另一個樣通過濕篩去除0.25mm以下的細(xì)泥后測灰分(因?yàn)?.25mm以下的煤泥更適合于浮選)。

用不同選煤廠6mm以下的原煤煤樣在不同試驗(yàn)參數(shù)下進(jìn)行多組試驗(yàn)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出分選不同煤樣的最佳操作參數(shù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 不同性質(zhì)的粗煤泥分選試驗(yàn)

3.1.1 晉陽選煤廠粗煤泥分選試驗(yàn)

試驗(yàn)的煤樣來自晉陽選煤廠TBS的入料，粒度為2～0.5mm，灰分32.16%。晉陽選煤廠粗煤泥試驗(yàn)結(jié)果分別見表1。

表1 晉陽選煤廠粗煤泥試驗(yàn)結(jié)果

表1中的試驗(yàn)條件編號為不同頻率和不同振幅的組合序號。由表中看出，試驗(yàn)條件編號2、3、6和8均獲得了較好的分選效果，精煤平均灰分在11%左右，底流(尾礦)灰分在48%以上，中煤灰分25%左右。

3.1.2 黃巖匯礦選煤廠粗煤泥分選試驗(yàn)

所采粗煤泥煤樣來自于黃巖匯礦選煤廠選前脫泥的分級旋流器底流。表2和表3分別為粗煤泥煤樣的小篩分和小浮沉資料。

表2 黃巖匯礦選煤廠粗煤泥篩分試驗(yàn)表

從表2可以看出，該煤泥粒度均小于0.50mm。煤泥主導(dǎo)粒級為0.25～0.125mm和－0.045mm兩個粒級，分別占本級產(chǎn)率的33.29%和28.99%，中間粒級含量較少。各粒級的灰分特征是隨著粒度減小灰分先降低后升高，但各粒級灰分(除 －0.045mm粒級)比較接近。－0.045mm粒級灰分較其它各粒級灰分明顯偏高，說明存在矸石易泥化現(xiàn)象或煤中富含高灰泥巖。

表3 黃巖匯礦選煤廠粗煤泥浮沉試驗(yàn)表

從表3可以看出:該煤泥中含有大量的精煤，－1.60kg/L的含量47.65%，灰分8.21%。但密度級為1.60～2.00kg/L中間密度級含量達(dá)到29.49%，初步判斷該煤泥為難選煤或極難選煤。表4為黃巖匯選煤廠粗煤泥的試驗(yàn)結(jié)果。

表4 黃巖匯選煤廠試驗(yàn)結(jié)果

由表4看出，脈沖粗煤泥試驗(yàn)分選機(jī)對于難選的黃巖匯選煤廠粗煤泥取得了很好的分選效果，在編號2、3的操作條件下，分選出的精煤灰分均小于10%(去除0.25mm細(xì)煤泥后)，尾煤灰分在36～39%之間。

3.1.3 其他選煤廠粗煤泥分選試驗(yàn)

除上述2個煤樣外，在初步探索出的操作條件下，還進(jìn)行了GP煤樣、JF煤樣、PPT煤樣、HCZM煤樣、JY煤樣的試驗(yàn)，均取得了很好的分選效果。試驗(yàn)得到的最佳效果見表5。

表5 其它粗煤泥煤樣試驗(yàn)結(jié)果

由表5看出，脈沖粗煤泥分選機(jī)的試驗(yàn)機(jī)對不同可選性的粗煤泥分選效果比較理想。1、2層的煤泥平均灰分在11.50%左右，去掉－0.25mm的煤泥后，精煤灰分小于10.50%。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過9個粗煤泥煤樣的試驗(yàn)可知:粗煤泥脈動分選是可行的，只要調(diào)整好分選參數(shù)，均可取得很好的分選效果。煤泥性質(zhì)不同，采用的操作參數(shù)不同。總體來說，主要工作頻率在45～240次/分，主振幅在6～30mm范圍內(nèi)。在試驗(yàn)中也認(rèn)識到以下因素或因素之間的關(guān)系對分選效果有著重要影響:沖次、沖程、床層厚度、分選時間、人工床層以及沖次和床層厚度的關(guān)系、沖程和分選時間的作用、沖程和沖次的配合關(guān)系、復(fù)合脈動關(guān)系等。

試驗(yàn)裝置對不同粗煤泥分選試驗(yàn)表明，脈動分選理論和原理適合于寬粒級粗煤泥的分選。通過試驗(yàn)裝置探索了不同性質(zhì)粗煤泥的分選條件和操作參數(shù)，為脈動粗煤泥分選機(jī)的設(shè)計打下了基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

1)脈動粗煤泥分選試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果表明，脈動方式分選粗煤泥可獲得很好的分選效果。

2)脈動方式分選粗煤泥適應(yīng)性強(qiáng)，可用于分選不同可選性、寬粒級的粗煤泥。

3)脈動分選操作的操作條件對粗煤泥分選效果有主要影響。

4)通過脈動分選試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)，探索了不同性質(zhì)粗煤泥的分選條件和操作參數(shù)，為脈動粗煤泥分選機(jī)的設(shè)計打下了基礎(chǔ)。

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