喬曉飛

(冀中能源股份有限公司章村礦，河北 邢臺 054108)

重介懸浮液主要是由水、磁鐵礦粉和煤泥組成的一種不穩(wěn)定的體系，三者不同的配比影響了懸浮液的流變性。懸浮液流變性決定了物料(特別是微細粒物料)通過懸浮液到達溢流口或底流口的難易程度，主要通過黏度表征，黏度過大會導致懸浮液流變性差，使得顆粒難以快速沉降或上浮，使錯配物含量增加，影響分選精度及效率[1]。

章村礦選煤廠入洗原煤屬于高變質無煙煤，具有密度高(分選密度1.8 g/cm3)、煤泥量(20%)和矸石量(40%)大且易泥化等特點，工藝采用不脫泥三產(chǎn)品重介旋流器分選，這就造成高密度懸浮液中煤泥含量過高。而對于高變質無煙煤的分選，當要求懸浮液的密度達到1.8 g/cm3左右時，煤泥含量只能在0%～20%之間變化[2]，即對應的固體體積濃度在25%～35%之間。某一密度下，固體體積濃度代表了懸浮液黏度，而煤泥含量又代表了固體體積濃度。因此，在磁鐵礦粉密度和干煤泥密度一定的情況下，懸浮液中的煤泥含量成為影響固體體積濃度即懸浮液流變性的關鍵因素。雖然該廠已通過提高磁選機排泥能力、優(yōu)化重介粉粒度等手段，實現(xiàn)了工作懸浮液中煤泥含量由45%～50%降低至20%～25%，固體體積濃度由50%降低至30%且穩(wěn)定，但是從矸石帶煤和中煤帶矸指標來看，仍有降低的空間。

本試驗研究旨在探索降低懸浮液中煤泥含量，改善其流變性的方法，以期提高三產(chǎn)品重介旋流器的分選效果，降低其分選下限。

1 懸浮液系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 固體體積濃度臨界值的確定

懸浮液黏度隨著固體體積濃度的增大而上升，在濃度較低時，黏度增加較為緩慢，當濃度超過某臨界值時，黏度急劇增大。圖1是在1.80 g/cm3懸浮液密度下，當其固體體積濃度超過臨界值時，煤粒在其中的沉降速度急劇降低，設備生產(chǎn)能力相應減小，分選效率變低。

圖1 懸浮液體積濃度與固體顆粒沉降速度變化曲線

從圖1中可以看出，臨界固體體積濃度即上限值為40.90%(圖中粘度的測量按照煤塊在1 200 mm測量筒內的沉降時間表示)。

表1為磁鐵礦粉密度為4.20 g/cm3，干煤泥密度1.82 g/cm3，懸浮液密度為1.80 g/cm3時，各參數(shù)之間的對應關系。通過理論計算的方式，計算工作懸浮液不同煤泥含量對應的固體體積濃度，結果見表1。

表1 平均密度為1.80 g/cm3時懸浮液各參數(shù)對應關系

從表1看出，當懸浮液密度要求為1.80 g/cm3時，煤泥含量降低至0時，臨界固體體積濃度即下限值為25.00%。因此，該廠當前系統(tǒng)下的懸浮液固體體積濃度的臨界值即上限和下限分別為40.90%和25.00%。

1.2 懸浮液系統(tǒng)優(yōu)化

章村礦選煤廠近兩年分兩個階段對懸浮液系統(tǒng)進行了優(yōu)化，第一階段為加大懸浮液系統(tǒng)的排泥能力，采取措施包括：加大分流開度(總分流開度由50%增加至200%)，加強篩板管理(大面積更換脫介篩板)，增加1臺精煤磁選機且優(yōu)化入料環(huán)節(jié)等；第二階段為加粗重介粉粒度，即介質粉中小于320網(wǎng)目粒級含量由90%降低至75%左右。對懸浮液系統(tǒng)的優(yōu)化，獲得了顯著的效果，各項指標均得到不同程度的改善，見表2。

表2 懸浮液系統(tǒng)優(yōu)化前后及當前各項指標對比

1.3 懸浮液中煤泥來源

介質循環(huán)系統(tǒng)中的合格介質主要來自弧形篩合格介質、脫介篩合格介質和磁選機精礦，而磁選機精礦中的煤泥含量較少。因此，循環(huán)懸浮液中的煤泥主要來自于合格介質，尤其脫介篩下合格介質，見表3。

由表3可看出，各弧形篩下介質煤泥含量相比脫介振動篩下煤泥量更低，即煤泥更傾向于在運動速度更慢的脫介直線篩上透篩，這部分煤泥也是懸浮液中煤泥積聚和閉合循環(huán)的重要組成部分，而且大大超過了當前工作懸浮液中的煤泥含量。

表3 循環(huán)懸浮液各組分中煤泥含量

2 探索試驗

2.1 三產(chǎn)品重介旋流器二段配水試驗

根據(jù)三產(chǎn)品重介旋流器單機檢查及生產(chǎn)實際，二段實際分選密度在2.1 g/cm3左右，煤泥含量約36%，固體體積濃度高達50%左右。高密度疊加高煤泥含量引起懸浮液黏度的大大增加，從而造成懸浮液流變性變差，對顆粒(尤其細顆粒)在旋流器中的通過性產(chǎn)生影響，從矸石帶煤部分(小于1.95 g/cm3)的主導粒級為2～1 mm也可看出。因此，為了降低二段懸浮液黏度，改善其流變性，從而提高重介旋流器的分選精度，最終實現(xiàn)矸石帶煤損失的進一步降低。該試驗設計了通過在二段圓柱段外接配水，沿切線進入的方式，來對懸浮液進行主動稀釋(見圖2)。

圖2 二段旋流器加水試驗

不同配水量下的矸石帶煤和矸石出口密度，見表4。

表4 不同配水量下的矸石帶煤和矸石出口密度

初始階段試驗采取大范圍調整水量，隨著配水量的增加，矸石帶煤表現(xiàn)逐步增加的趨勢，當配水量大于30 m3/h，工作懸浮液密度波動較大。當增大到一定程度時，矸石帶煤迅速增加。

根據(jù)表4的試驗結果，選定了合適的配水，在小范圍內再次開展了補水試驗，見表5。

表5 不同配水量下矸石帶煤和矸石出口密度

綜上結果，加入配水后，平均矸石帶煤指標降低不明顯，波動較大，也出現(xiàn)帶煤較高的情況，穩(wěn)定性差，相比未配水情況下，優(yōu)勢不明顯。

2.2 小直徑重介旋流器用于工作懸浮液排泥嘗試性試驗

在重介選煤系統(tǒng)中，懸浮液固體體積濃度的控制一般是通過向合格介質桶內添加高密度介質和水來控制懸浮液的密度，通過調節(jié)精煤弧形篩下循環(huán)懸浮液的分流量來控制懸浮液中的煤泥含量[3]。在保證介耗穩(wěn)定的前提下，精煤分流箱開度在85%～95%，中煤分流箱開度60%，并且還有部分合格介質分流進入相應磁選機，這就使得磁選機已處于滿負荷運轉。因此，試驗設計利用小直徑(φ380 mm)重介旋流器對工作懸浮液進行直接排泥，以期獲得以溢流為合格介質(排泥后產(chǎn)物)、底流為煤介混合物再磁選回收(見圖3)。

圖3 合格介質小直徑旋流器脫泥試驗

小直徑重介旋流器入料及產(chǎn)品小篩分試驗結果見表6。

表6 小直徑重介旋流器入料及產(chǎn)品小篩分試驗結果

表6中，從粒度分析來看，分級作用較為顯著，但溢流中仍然存在部分小于0.075 mm粒級細泥未得到有效分級。從底流和溢流灰分來看，分選作用也較為明顯。雖然溢流中固體磁性物含量有所提高，但不明顯。

上述試驗中，入料濃度較高，對入料濃度進行稀釋后再次進行排泥試驗，見表7。

表7 小直徑重介旋流器入料及產(chǎn)品小篩分試驗結果

表7中，入料經(jīng)稀釋后，分級效果更加明顯，但溢流中小于0.075 mm細泥未得到明顯排出，而且固體磁性物含量提升有限。底流和溢流灰分基本與上述試驗一致，說明分選效果未發(fā)生變化。

綜上，從底流和溢流中大于0.075 mm粒級的灰分來看，試驗過程顯現(xiàn)出一定的分選作用，即底流和溢流的灰分規(guī)律差異明顯；而從底流和溢流中固體磁性物含量分析來看，兩者與入料工作懸浮液的相應值變化差異小，亦即其中的煤泥含量變化不大，與期望的溢流產(chǎn)物降低煤泥含量相差較遠，懸浮液中煤泥在底流和溢流中的分配未發(fā)生明顯變化。雖然入料(合格介質)中67.85%大于0.075 mm進入了底流，但由于整體含量偏小，未對底流產(chǎn)物帶來顯著影響，而其中主要粒度級小于0.075 mm煤泥的分配成為了影響排泥成功與否的關鍵，從試驗結果看，小于0.075 mm煤泥并沒有得到明顯的按規(guī)律分配，而這一部分粒級在入料工作懸浮液中是大量存在的。

3 結 語

(1)影響懸浮液黏度的主要因素包含煤泥和磁性物，該廠現(xiàn)用真密度為4.2 g/cm3，品位59%的磁鐵礦粉，下一步準備尋找高品位磁鐵礦粉進行替代，通過使用更高純度，更少雜質的鐵粉介質，以輔助降低懸浮液固體體積濃度。

(2)循環(huán)懸浮液中的煤泥主要來自脫介篩下合格介質和弧形篩下合格介質，雖然該廠已實施將部分合格介質分流至磁選機以及增大分流開度來進行脫泥，但是受限于磁選機數(shù)量及工況。因此，仍需對介質回收系統(tǒng)進行優(yōu)化，以提高磁選機的利用效率，為懸浮液系統(tǒng)排泥能力的提升創(chuàng)造條件。

(3)高密度懸浮液對黏度穩(wěn)定性控制要求更高，對允許煤泥含量范圍更小。當懸浮液密度為1.8 g/cm3，懸浮液中煤泥含量降低至0時，固體體積濃度依然達到25%。所以需要繼續(xù)對懸浮液系統(tǒng)進行優(yōu)化，提升系統(tǒng)的排泥能力，降低懸浮液的黏度，改善其流變性，最終提高三產(chǎn)品重介旋流器的分選精度。