重介質分選技術的

重介質分選技術的一、選煤發(fā)展概況二、重介質選煤的歷史和現(xiàn)狀三、重介質選煤的原則工藝流程四、選煤實踐中的某些問題五、結束語內容提要第2頁,共44頁，2024年2月25日，星期天年份總產(chǎn)煤量（億噸）入洗能力（億噸）200827.912.5200929.7315201032.417.8201135.219.3一、選煤發(fā)展概況2010年各種選煤方法比例（%）跳汰30.5重介55浮選9.5其它5受2008年開始的世界性經(jīng)濟危機對我國經(jīng)濟發(fā)展影響，同時我國經(jīng)濟調控和轉型，要求到2020年單位GDP碳排放量降低40~45%和不斷提高可再生能源比例等政策，對我國煤炭生產(chǎn)和洗選的發(fā)展都產(chǎn)生重要影響第3頁,共44頁，2024年2月25日，星期天有機重液：

三氯乙烷（1.46kg/l）四氯化碳（1.6kg/l）二溴乙烷（2.17kg/l）溴仿（2.81kg/l）等無機鹽溶液：氯化鐵，氯化鈣，氯化錳，氯化鋇和氯化鋅溶液等1.重介質選煤的歷史二、重介質選煤的歷史和現(xiàn)狀第4頁,共44頁，2024年2月25日，星期天重懸浮液：磨細高密度礦物+水可用礦物有：粘土（2.6t/m3）煤矸石（2～2.6t/m3）砂（2.65t/m3）重晶石（4.5t/m3）磁鐵礦（5.18t/m3）硅鐵（15%si）（6.8t/m3）方鉛礦（7.8t/m3）

第5頁,共44頁，2024年2月25日，星期天（1）重力分選機（分選槽），作為+13mm（或+6mm）塊煤的分選設備，現(xiàn)在都用懸浮液——磁鐵礦粉和硅鐵粉。圖1重介質靜力分選基本原理1—給料；2—水平流動區(qū)；3—精煤：4—沉物；5—上升流介質入口；6—水平流介質入口2.重介質選煤設備第6頁,共44頁，2024年2月25日，星期天由于產(chǎn)品排出方法不同，演變出多種形式，包括兩產(chǎn)品和三產(chǎn)品。

圖2重介分選機的基本形式1-1設備種類第7頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

圖3礦粒在靜止介質中受力在靜止的均勻介質中顆粒所受的力:重力F重＝ρ固·V·g浮力F浮＝ρ介·V·g倘若

F重－F?。剑é压蹋呀椋ぃ帧即F重＞F浮，顆粒下沉，粒越大，沉得越快。

F重＝F浮，顆粒靜止不動。

F重＜F浮，顆粒上浮，粒越小，浮得越慢。1-2重力分選機的原理第8頁,共44頁，2024年2月25日，星期天在運動的介質中介質會沉降分層。為保證介質相對均勻，常采用流動介質。如與重力方向相反的上升流（淺槽分選機）。于是：

圖4礦粒處在運動介質中顯然：u越大，被帶到溢流的顆粒的密度越高，顆粒越細，被帶到溢流的顆粒的密度越高。第9頁,共44頁，2024年2月25日，星期天圖5淺槽分選機原理*結果，實際分選密度將明顯高于介質（干擾床層）的密度。*以淺槽分選機為例（圖5），干擾沉降速度大于上升流速的礦粒，會穿過干擾床層沉降，由沉物刮板排出，而相反，干擾沉降速度小于上升流速的礦粒則上浮，被水平流帶出成為浮物。*既然是粒群在介質中的徑向運動，它必定受干擾沉降規(guī)律的制約。即在分選槽內某區(qū)域形成一個相對穩(wěn)定的“干擾床層”，其密度稍高于介質的密度。第10頁,共44頁，2024年2月25日，星期天*分選也受等沉比限制。但是，密度低于介質密度的精煤。不論粒度大小，均浮起進精煤。只有密度接近介質密度的高灰中煤和細粒矸石，其去向受等沉比限制。例如：因此，要根據(jù)煤質和分選密度的要求，可在介質密度、上升流、水平流、循環(huán)介質量和矸石排放速度等因素進行合理調節(jié)，以便達到良好的分選效果并降低介耗。第11頁,共44頁，2024年2月25日，星期天圖6兩產(chǎn)品重介質旋流器1—入料管；2—錐體；3—底流口；4—溢流管；5—溢流室；6—基架（2）離心力分選機——重介質旋流器

為提高重介質分選機的生產(chǎn)能力及分選更細粒度的煤，開始研究分離力大得多（十幾倍到幾十倍重力）的分選機——重介質旋流器。

1945年荷蘭礦山局研制了DSM旋流器。第12頁,共44頁，2024年2月25日，星期天圖7重介質旋流器分選過程2-1DSM重介質旋流器分選過程經(jīng)50多年研究和生產(chǎn)發(fā)展出多種旋流器：包括切線（擺線）入料，中心（無壓）入料，兩產(chǎn)品，三產(chǎn)品（掃選型和精選型）等等眾多類型的重介質旋流器。第13頁,共44頁，2024年2月25日，星期天圖8兩產(chǎn)品重介質旋流器的基本形式2-2重介質旋流器的種類第14頁,共44頁，2024年2月25日，星期天圖9三產(chǎn)品重介質旋流器的基本形式第15頁,共44頁，2024年2月25日，星期天2-3重介質旋流器的分選原理2-3-1旋流器中流體運動的基本形式及速度分布

a水力旋流器中流體的基本運動形式

b旋流器內液流軸向速度分布圖

c激光測速儀實測出的水力旋流器內液流徑向速度圖10在水力旋流器中流體的基本運動形式和速度分布1.外旋流；2.空氣柱；3.內旋流；4.最大切線速度軌跡面；5循環(huán)流；6.軸向零速包絡面；7.短路流第16頁,共44頁，2024年2月25日，星期天圖11旋流器中懸浮液的密度場a-圓筒圓錐型旋流器，懸浮液的入料密度為1.40t/m3；b-圓筒型旋流器，懸浮液的入料密度為1.40t/m3；2-3-2密度分布第17頁,共44頁，2024年2月25日，星期天2-3-3旋流器的分選過程圖12旋流器的分選過程第18頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

懸浮液和煤粒進旋流器后，分別開始離心干擾沉降。并在入料壓力下被推向錐體和底流口。

按離心干擾沉降規(guī)律，精煤顆粒逐漸穿過軸向零速包絡面，進入內旋流，經(jīng)溢流口排出成輕產(chǎn)物。

所有不能穿越零速包絡面的高密度顆粒運動到錐底，由底流口排出成重產(chǎn)物。

由于離心干擾沉降的結果，實際分選密度會高于介質密度，細粒的分選密度和Ep值均會高于粗粒的相應數(shù)值。⑤可能達到的有效分選粒度下限，約為介質粒度d50的4-5倍。第19頁,共44頁，2024年2月25日，星期天⑥軸向零速絡面的形狀，其最下端在何處結束，受到各種因素的影響：⑦包絡面最下端的分離密度，應該就是旋流器的分選密度。該分選密度既與包絡面下端介質密度有關，也與該處干擾沉降強度有關，取決于干擾沉降作用的強弱。實際分選密度也不同程度地高于該處實際介質密度。a:入料密度組成b:溢流口和底流口尺寸比例c:給料量大小d:介質性質（粒度組成，煤泥含量，濃縮度）e:入口介質壓力f:旋流器的結構第20頁,共44頁，2024年2月25日，星期天（3）重懸浮液分選原理剖析重介質懸浮液比較穩(wěn)定，即加重質顆粒沉降慢，而同時被分選的煤粒該浮的快速浮起，該沉的快速下沉。即要求加重質粒度細（密度愈大要求越細），而被分選的煤粒相對較粗，即要求加重質的粒度與被分選煤粒的粒度有較大差別（約7~10倍）才能實現(xiàn)重介質分選；3-2、阿基米德原理3-1、重介選的基本要求

煤在重懸浮液中分選和在真重液中一樣，服從阿基米德原理：密度小于顆粒周圍介質平均密度者上浮，若大于則下沉。第21頁,共44頁，2024年2月25日，星期天3-3

、沉降規(guī)律

煤粒在介質中的分離運動服從干擾沉降的規(guī)律。被分選煤粒及加重質顆粒分別進行干擾沉降。若兩者粒度接近時，兩者的干擾沉降互相影響，于是正常的重介分選被破壞。這是決定有效分選粒度下限的最重要因素?？傊窃诓煌瑮l件下，重介浮沉+干擾沉降3-4、各粒級以及總的分選精度，取決于其分選力和干擾力的作用強度和物料在分選機的停留時間（即粒群分離動力學規(guī)律）第22頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

（4）各種重介分選設備的特點4-1

強斯水砂分選機和水介旋流器4-2

淺槽分選機

主要分選作用是干擾沉降，因而入選粒度范圍的寬窄對分選結果有較大影響，其分選精度也遠不如其它真正的重介質分選機和重介旋流器。

應用最廣：用于動力煤塊（+6mm）和煉焦煤的預分選，其結構簡單，處理量大（＞100t/m·h），分選精度高（Ep=0.02-0.04）更重要的是可用較低密度介質（1.5kg/l）實現(xiàn)較高密度的分選（1.9-2.0kg/l）。但是循環(huán)介質量大(達到1：2)，并且排矸鏈條磨損大。

假若上升介質流增大，干擾沉降效應就明顯，介質密度與實際分選密度的差距也增大。第23頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

有利于提高入料粒度上限，大直徑旋流器可提高到100mm以上，排矸能力亦大幅度提高，并可減輕磨損，減少次生煤泥量（比切線給料約減少4%）?？刹辉O混料桶但要增加給料桶，入料要預先潤濕，給料桶的設計和安裝要合理。

多入介口旋流器可減低入口介質壓力，降低能耗，據(jù)報導還可提高分選精度。4-3

中心（無壓）給料旋流器4-4、多入介口旋流器第24頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

三產(chǎn)品重介旋流器可簡化流程，可用低密度介質實現(xiàn)高密度分選，但分選精度稍差（二產(chǎn)品Ep=0.02~0.04，三產(chǎn)品一段Ep1=0.02~0.05，二段Ep2=0.04~0.07),

而且二段分選密度不易調節(jié)。

精選型三產(chǎn)品旋流器具有極高分選精度適合極難選煤和超純煤的制備。4-5、三產(chǎn)品重介旋流器4-6

、精選型三產(chǎn)品旋流器第25頁,共44頁，2024年2月25日，星期天顆粒粒度mm圖13顆粒粒度對重介質分選精度的影響4-7煤泥重介旋流器

原理：當煤的粒度是加重質粒度的10倍以上時，是重介選原理；當煤粒度接近加重質粒度時，離心干擾沉降起作用，分選效果變差（圖13）。要降低分選粒度下限，可提高離心因數(shù)、使用較高密度的超細加重質。優(yōu)點：＊分選精度高、下限可達到0.1mm；＊費用較低（在重介選煤廠中使用時）；＊對氧化煤、難浮煤泥具有優(yōu)勢。第26頁,共44頁，2024年2月25日，星期天煤泥重介的缺點：＊介質制備費用增加；＊介質回收的難度增大，介耗增加；＊細粒精煤回收困難；煤泥重介現(xiàn)狀與經(jīng)驗：在美國、南非、澳大利亞和俄羅斯都有研究，并在生產(chǎn)中成功地應用。我國近年來也注意該工藝的開發(fā)和應用。國外生產(chǎn)經(jīng)驗：分選粒度范圍：1～0.1mm；精煤回收用打擊弧形篩、德瑞克高頻篩分級(0.15或0.1mm)；①盡可能預先脫除-0.1mm部分；②加重質的粒度：>90%-40μm，>50%-10μm；③循環(huán)介質要退磁。第27頁,共44頁，2024年2月25日，星期天國內生產(chǎn)經(jīng)驗：簡化的生產(chǎn)流程：將部分循環(huán)介質從精煤弧形篩下分流出，用泵給入煤泥重介質旋流器分選。認為這樣做可以得到較細的介質，希望達到更細的分選粒度下限。實際上部分地起到改善主選旋流器分選下限，降低從精煤磁選尾礦回收的粗粒精煤的灰分。多用φ150～300mm重介旋流器，處理<0.5mm煤泥加重質粒度：100%<0.075mm分選精度：EP=0.06～0.10；介耗：2kg/t原煤左右。精煤回收：弧型篩、高頻篩、離心機等（0.2~0.3mm)第28頁,共44頁，2024年2月25日，星期天存在問題：①分流的循環(huán)介質量有限；②大型旋流器分選粒度下限較粗，部分煤泥損失到了矸石和中煤中（中、矸磁選尾礦中）；③煤泥重介旋流器的輕產(chǎn)物需經(jīng)分級處理（將小于分選粒度下限的部分分離出去）。第29頁,共44頁，2024年2月25日，星期天用途：分選1~0.30mm粗煤泥。減少重介選的介耗。對窄粒級Ep=0.06~0.15等沉比否則不可能分選。分選粒限4-8TBS分選機

原理：干擾沉降分級和分選。單一密度的物料（如砂子）它就是分級機，多密度多粒度入料可以作為按密度分選的設備，但是粒度范圍受限制，即（牛頓）1=m=1/2(斯托克)第30頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

在此條件下，若入料上限1mm，那么分選下限能達到0.3mm左右。粒限越窄，中煤含量越少，分選精度越高。第31頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

（5）重介質選煤的優(yōu)點與缺點*優(yōu)點

a.分選精度高，適合于難選和極難選煤；

b.分選粒度范圍寬;靜力分選槽1000~6mm重介旋流器100(80，50)~0.2mm,

減少浮選量，提高細粒級的分選效率。

c.結構簡單，特別是重介質旋流器；d.分選比重易調節(jié)（三產(chǎn)品旋流器二段除外）容易自動化。*缺點

a.流程復雜（增加介質回收再生系統(tǒng)）;

b.能耗較大，介質有損耗，設備磨損大，加工費較高;

c.重介質旋流器對入料煤質波動的適用能力很差。第32頁,共44頁，2024年2月25日，星期天主要有三類：1.塊煤排矸（+13或+25mm進重力分選機或動篩跳汰機），末煤不入選；2.

塊煤排矸（重力分選機或動篩）+末煤重介旋流器；3.

塊煤（+50或+80mm）破碎與末煤混合用旋流器分選。需要全粒級入洗時，第3類流程較簡單，但在沒有原煤均質化的情況下，第3類流程不是最優(yōu)選擇。三、重介質選煤的原則工藝流程第33頁,共44頁，2024年2月25日，星期天四、選煤實踐中的某些問題1.選前脫泥與否

原生煤泥含量較少（例如小于~20%），在使用中小直徑（例如小于1200mm）旋流器時，可以不脫泥，可充分發(fā)揮重介旋流器分選粒度下限低的優(yōu)點，否則以脫泥為佳。2.中心（無壓）給料旋流器入料預先潤濕和入料斗的設計和安裝

由于處理不當，出現(xiàn)精煤帶細矸和分選粒度下限受影響現(xiàn)象。第34頁,共44頁，2024年2月25日，星期天圖14給料斗

*不宜在給料運輸刮板上潤濕，應在給料斗中潤濕和分散。*給料斗起潤濕，分散和回旋作用，旋轉方向與旋流器一致。因此斷面要呈圓形，有足夠容積和高度錐角不宜太?。?0°以上）。*入料斗安裝和操作得當——☆入料煤不應直接落入中心孔，宜多點分落周邊，最好兩點切線加介潤濕，加介量約10~20%。

☆運行時保持有力旋轉和完好的中心空氣柱。第35頁,共44頁，2024年2月25日，星期天3.三產(chǎn)品旋流器一二段的連接方式圖15無壓給料三產(chǎn)品重介質旋流器兩段的鏈接

兩段采用平行布置順連接比垂直布置合理。第36頁,共44頁，2024年2月25日，星期天4.重介旋流器對入料煤質變化的適應性較差*高含矸率易選煤——☆特點：塊煤含矸率很高，波動大，末煤含矸率較低，而且較穩(wěn)定?！钣绊懀簩嶋H分選密度波動，精煤質量不穩(wěn)定；泵、旋流器和管道磨損嚴重；中煤灰分高，發(fā)熱量低；影響旋流器處理能力，能耗高，加工成本高?！罱ㄗh：塊煤預排矸（淺槽，斜輪或動篩）；原煤均質化，加大二段底流口；其它（視具體情況），包括使用跳汰（或跳汰粗選重介再選流程）。第37頁,共44頁，2024年2月25日，星期天*低含矸率難選煤——☆影響：矸石不純，中煤含量高，灰分偏低?！罱ㄗh：嘗試二段使用小直徑抵流口或矸石篩分，視情況將篩下物摻入中煤。5.脫介問題*平面固定篩+香蕉篩的配合不可取。

弧形篩+直線振動篩比較合理。平面固定篩的脫介能力遠不如弧形篩。香蕉篩是等厚篩，不宜用于脫介。*弧形篩盡量脫干，平面脫介篩取消合格介質段的做法不合理。*弧形篩上不應加噴水。第38頁,共44頁，2024年2月25日，星期天圖16粗粒精煤泥的回收脫泥典型流程6.粗煤泥精煤灰分超標問題

*

目的：充分回收已分選的精煤泥，保證精煤灰分合格以及浮選入料粒度上限。*較完善的流程第39頁,共44頁，2024年2月25日，星期天圖17分級旋流器的工作特性7.有關設備的工作原理和特性*分級濃縮旋流器脫泥能力很強，但不是精確分級，常說的分級精度d50，是進入底流或溢流的機率各占50%