《煤矿总工技术手册》 第 3 章

第10篇洗选加工3 选煤工艺与设备（目录）3.1 重介质选煤3.1.1 概述3.1.2 重介质选煤的基本原理3.1.3 重介质悬浮液3.1.4 重介质分选机3.1.5 重介质旋流器3.1.6 重悬浮液的回收与净化3.1.7 悬浮液密度的自动控制3.1.8 重介选煤工艺3.2 跳汰选煤3.2.1 概述3.2.2 跳汰选煤原理3.2.3 跳汰过程中垂直交变水流的运动特性3.2.4 跳汰机3.2.5 跳汰机的操作工艺与制度3.2.6 跳汰工艺流程3 选煤工艺与设备3.1 重介质选煤3.1.1 概述重介质选煤法是当前最先进的一种重力选煤方法，其特点是用密度介于煤和矸石之间的液体作为分选介质。

所用分选介质有重液和悬浮液两种。

重液由于价格高，回收困难，多数还有毒性或腐蚀性，所以工业上很少采用。

目前，国内外重介质选煤普遍采用磁铁矿粉和水配制的悬浮液作为的分选介质。

这种悬浮液密度调节灵活而且容易净化回收。

重介质选煤具有很多优点，如分选效率和分选精度均高于其它选煤方法，分选密度范围宽，分选粒度范围广，生产过程易于实现自动化等等。

重介质选煤在分选煤炭时，应用范围比较广泛，可代替人工拣矸，分选效果好，生产率高，可减轻工人繁重的体力劳动强度；对于难选煤和极难选煤，适合采用全重介或部分重介选流程，提高回收率并增加效益；用重介旋流器再选跳汰中煤和精煤，可以提高精煤产率和产品质量。

3.1.2 重介质选煤的基本原理重介质选煤方法的基本原理是阿基米德原理，即浸没在重介质中的矿粒受到的浮力等于矿粒所排开同体积的介质重量。

重介质选煤既可以在重力场中，又可以在离心力场中进行。

如块煤重介质分选机在重力作用下、重介质旋流器在离心作用下完成对煤炭的分选。

3.1.2.1 重介质分选机分选原理在静止的悬浮液中，颗粒在介质中所受的重力等于其在真空中的重量与同体积介质重量的差值。

即()g V g V g V G ρδρδ-=-=0()g d ρδπ-=63 （10-3-1） 图10-3-1 重介质分选机选煤示意图1- 分选槽给料部分；2- 分选槽流动区；3- 浮煤排出部分；4- 沉煤排出部分；5- 水平液流和上升液流给入口式中：V ——为颗粒的体积，cm 3；d ——为颗粒的粒径，cm ；δ——为颗粒的密度，g/ cm 3；ρ——为悬浮液密度，g/ cm 3；g ——为重力加速度，cm/s 2。

当ρδ>时，颗粒下沉；ρδ<时，颗粒上浮；ρδ=时，颗粒处于悬浮状态，在重介质分选机中，用悬浮液流和刮板或提升轮分别把浮物和沉物排出，完成分选工作，参见图10-3-1。

因此，为使选别过程能有效进行，重介质密度的选择应在原煤中轻、重两种矿物的密度之间。

在这样的介质中，选别完全属于静力作用过程，流体的运动和颗粒的沉降不再是分层的主要作用因素，而介质本身的性质倒是影响选别的重要因素。

3.1.2.2 重介质旋流器分选原理重介质旋流器的选煤过程如图10-3-2所示。

物料和悬浮液以一定压力沿切线方向给入旋流器，形成强大的旋流。

其中一股是沿着旋流器内壁形成一个向下的外螺旋流，另一股围绕旋流器轴心形成一个向上的内螺旋流，由于内旋流具有负压而吸入空气，从旋流器轴向形成空气柱。

入料中的轻产物随内螺旋向上，从溢流口排出；重产物随外螺旋流向下，从底流口排出。

重介质旋流器选煤是利用阿基米德原理在离心力场院中完成的。

在离心力场中，物料所受的离心力c F 为r mF t c 2υ= （10-3-2）式中：m ——为颗粒质量，g ； t υ——为颗粒的切向速度cm/s ；r ——为颗粒的旋转半径，cm 。

在重介质旋流器中，物料颗粒所受离心力为r V F t 21ρυδ= （10-3-3）悬浮液给物料的向心曳力2F 为 r V F ts22υρ= （10-3-4）式中：ρυt ，ts υ——分别为物料颗粒和悬浮液在旋转半径r 处的切向速度，cm/s 。

当物料和悬浮液的切向速度相同时，即t ts t υυυρ==时颗粒在悬浮液中半径为r 处所受的合力F 为()r V F F F t 221υρδ-=-= （10-3-5）式中，V 为颗粒的体积，cm 3。

图10-3-2 重介质旋流器选煤示意图上式（10-3-5）表明，当ρδ>时，F 为正值，颗粒被甩向外螺旋流；当ρδ<时，F 为负值，颗粒移向内螺旋流。

从而把密度大于介质的颗粒和密度小于介质的颗粒分开。

在旋流器中，离心力是重力的几倍到几十倍，因而大大加快了末煤的分选速度并改善了分选效果。

3.1.3重介质悬浮液3.1.3.1 重介质的种类与加重质的选择重介质有重液与重悬浮液之分。

1.重液 重液是一些密度高的有机液体或无机盐类的水溶液。

它们是均质液体，可用有机溶剂或水调配成不同的密度。

如三溴甲烷（CHBr 3）或四溴乙烷（C 2H 4Br 4），最高密度可达2.9~3.0克/厘米3。

用不同量的苯、甲苯或四氯化碳与之混合，即可改变其密度。

氯化锌的水溶液，密度可达 1.8~2.0；四氯化碳（CC14）与甲苯配成的溶液，密度可达1.6。

上述重液的共同点是来源有限，价格昂贵，有毒，有腐蚀作用且不易回收，只在实验室中作重力分析或分离矿物时使用。

2.重悬浮液 重悬浮液是由密度大的固体微粒分散在水中构成的非均质两相介质。

高密度固体微粒起着加大介质密度的作用，故称为加重质。

加重质的粒度一般为—200目占60~80%，能够均匀分散于水中。

此时，置于其中的较大矿粒便受到了像均匀介质一样的增大了的浮力作用。

密度大于重悬浮液密度的矿粒仍可下沉，反之则上浮。

因重悬浮液具有价廉、无毒等优点，而在工业上得以广泛应用。

目前所说的重介质选矿，实际上就是重悬浮液选矿。

3.加重质的选择 工业上所用的加重质因要求配制的重悬浮液密度不同而不同，常用的有下列几种：硅铁 选矿用的硅铁含Si 量为13~18%，这样的硅铁密度为6.8克/厘米3，可配制密度为3.2~3.5克/厘米3的重悬浮液。

硅铁具有耐氧化、硬度大、带强磁性等特点，使用后经筛分和磁选可以回收再用。

根据制造方法的不同，硅铁又分为磨碎硅铁、喷雾硅铁和电炉刚玉废料（属含杂硅铁）等。

其中喷雾硅铁外表呈球形，在同样浓度下配制的悬浮液粘度小，便于使用。

方铅矿 纯的方铅矿密度为7.5克/厘米3，通常所用者为方铅矿精矿，在Pb 品位为60%，配制的悬浮液密度可3.5克/厘米3。

方铅矿悬浮液用后可用浮选法回收再用。

但其硬度低，易泥化，配制的悬浮液粘度高，且容易损失，因此，现已逐渐少用。

磁铁矿 纯磁铁矿密度为5.0左右，用含Fe 60%以上的铁精矿配制的悬浮液密度最大可达2.5克/厘米3。

磁铁矿在水中不易氧化，可用弱磁选法回收。

此外，还可用选矿厂的副产品如砷黄铁矿、黄铁矿等作加重质。

从选矿生产的角度来看，配制的重悬浮液不但应达到分选要求的密度，而且应具有较小的粘度及较好的稳定性。

为此，选择的加重质，应具有足够高的密度，且在使用过程中不易泥化和氧化，来源广泛，价格低廉，便于制备与再生，这些都是选择加重质时必须考虑的因素。

3.1.3.2 重悬浮液的性质影响重介质选矿过程的重悬浮液性质，是指其密度、粘度和稳定性。

1.悬浮液的密度悬浮液是一种不均质的两相系统，在固、液两相间具有很大的相界面，因此，它具有类似胶体系统的物理化学性质，这就使悬浮液在密度和粘度方面与均质重液有不同的性质。

密度是指单位体积所具有的质量。

悬浮液的密度等于加重质的密度和液体（水）密度的加权平均值，即s j zj ρλλδρ)1(-+=因水的密度为3lg/cm ，所以1)1(+-=j zj δλρ （10-3-6） 式中 zj ρ—— 重介质悬浮液的密度，g/cm 3；λ—— 悬浮液的固体容积浓度，%；j δ—— 加重质的密度，g/cm 3；s ρ—— 水的密度，g/cm 3。

固体容积浓度λ表示悬浮液中的固体体积含量，一般在15~35%之间。

配制的悬浮液密度高，容积浓度也高，即要求磁铁矿多加一些，反之，少加些。

式（10-3-6）所求悬浮液的密度zj ρ，在物理意义上与均质介质的密度不完全相同，只有将悬浮液中的固、液两相作为一个统一的整体看待时，才具有密度的概念。

因悬浮液是由两种密度完全不同的质点（即固、液两相质点）所构成的两相混合物，故悬浮液密度zj ρ在数值上不能表征其中每一个质点的密度，因此通常称该密度为悬浮液的假密度，或称悬浮液的物理密度。

悬浮液内各质点密度的不均一性，影响矿粒在其中的分选。

只有当加重质粒度较细，容积浓度又较高，而入选的矿粒粒度大时，在分选过程中，对矿粒而言，悬浮液作为一个整体才称其为分选介质。

否则，此时的分选介质只是悬浮液中的液体而不是悬浮液的整体，悬浮液的密度也就没有什么意义了。

而矿粒在悬浮液中的沉降，仅仅看为矿粒在液体中受加重质悬浮粒作用的干扰沉降。

矿粒在悬浮液中所排开的介质不是具有密度为悬浮液密度的悬浮液本身，而是悬浮液中的液体，它的密度为s ρ。

因此，仅管有的矿粒密度低于悬浮液的密度zj ρ，但也将下沉，即矿粒不能按悬浮液的密度zj ρ进行浮沉过程，而达到高、低不同密度矿粒的分离。

从以上分析可知，在重介质选矿过程中作为分选介质而起作用的悬浮液，其中固体是浮粒（加重质）的粒度和容积浓度与入选物料之间应具有一定的关系；再有，从式（10-3-6）可以看出，悬浮液的密度要由加重质的密度和容积浓度来决定。

按规定的重介悬浮液密度配制一定体积的悬浮液，所需加重质的重量，可用公式计算。

根据质量平衡关系，则zj zj s j j zj j V M V M ρρδ=-+)( 故得s j s zj j zj j V M ρδρρδ--=)( （10-3-7）式中 j M —— 悬浮液中固体（加重质）的质量，kg ；zj V —— 重介悬浮液的体积，m 3；zj ρ—— 重介悬浮液的密度，kg/m 3；s ρ—— 水的密度，kg/m 3；j δ—— 加重质的密度，kg/m 3。

生产中所使用的悬浮液，是根据被选物料的密度组成及对产品的质量要求，初步确定下来，然后根据分选结果再做进一步调整。

在日常生产中控制好悬浮液的密度，是获得最佳分选指标的重要环节。

生产中悬浮液的密度可用浓度壶人工测定或仪器自动检查。

自动测定装置有压差式密度测量仪和放射性密度测定仪等，由这些装置获得的一次信号，通过电子仪器转换成电讯号传输给执行机构，用补加水或补加加重质方法调节悬浮液的密度。

这些装置可使密度的波动范围不超过1±0.1kg/cm 3。

2.悬浮液的粘度及稳定性在有关的悬浮液的性质中，密度决定着分选的密度（比重）界限，而粘度和稳定性则影响着分选的精确性。

悬浮液流动时，阻碍流层间运动的性质称为粘滞性，衡量粘滞性大小的量称为粘度。