重介质分选技术的(2013.09.08)

3-3 、沉降规律 煤粒在介质中的分离运动服从干扰沉降的规律。被分选 煤粒及加重质颗粒分别进行干扰沉降。若两者粒度接近时， 两者的干扰沉降互相影响，于是正常的重介分选被破坏。这 是决定有效分选粒度下限的最重要因素。 总之，是在不同条件下，重介浮沉+干扰沉降
3-4、各粒级以及总的分选精度，取决于其分选力和干扰力的 作用强度和物料在分选机的停留时间（即粒群分离动力学规律）
图5 浅槽分选机原理
* 分选也受等沉比限制。但是，密度低于介质密度的精煤。不论 粒度大小，均浮起进精煤。只有密度接近介质密度的高灰中煤 和细粒矸石，其去向受等沉比限制。 例如：
d中 矸 床 2.6 1.65 0.95 19 d矸 中 床 1.7 1.65 0.05
b 旋流器内液流轴向速度 分布图
c 激光测速仪实测出的水力 旋流器内液流径向速度
图10
在水力旋流器中流体的基本运动形式和速度分布
2-3-2 密度分布
图11 旋流器中悬浮液的密度场 a-圆筒圆锥型旋流器，悬浮液的入料密度为1.40t/m3； b-圆筒型旋流器，悬浮液的入料密度为1.40t/m3；
2-3-3 旋流器的分选过程
4-5、三产品重介旋流器
三产品重介旋流器可简化流程，可用低密度介质实现高密 度分选，但分选精度稍差（二产品Ep = 0.02 ~0.04 ，三产品一 段 Ep1 = 0.02 ~0.05 ，二段 Ep2 = 0.04 ~0.07 ), 而且二段分选密 度不易调节。
4-6 、精选型三产品旋流器 精选型三产品旋流器具有极高分选精度适合极难选煤 和超纯煤的制备。
图12 旋流器的分选过程
悬浮液和煤粒进旋流器后，分别开始离心干扰沉降。并 在入料压力下被推向锥体和底流口。 按离心干扰沉降规律，精煤颗粒逐渐穿过轴向零速包络 面，进入内旋流，经溢流口排出成轻产物。 所有不能穿越零速包络面的高密度颗粒运动到锥底，由 底流口排出成重产物。 由于离心干扰沉降的结果，实际分选密度会高于介质密 度，细粒的分选密度和Ep值均会高于粗粒的相应数值。 ⑤ 可能达到的有效分选粒度下限，约为介质粒度d50的4-5倍。
在运动的介质中 介质会沉降分层。为保证介质相对均匀，常采用流动介质。 如与重力方向相反的上升流（浅槽分选机）u 。 于是：
对浮粒，上浮速度 +u
对静止颗粒，获得上浮速度 u
对沉粒，下沉速度 -u
显然： u越大，被带到溢流的颗粒的密 度越高，颗粒越细，被带到溢 流的颗粒的密度越高。
图4 矿粒处在运动介质中
（3） 重悬浮液分选原理剖析
3-1、重介选的基本要求 重介质悬浮液比较稳定，即加重质颗粒沉降慢，而同时 被分选的煤粒该浮的快速浮起，该沉的快速下沉。即要求加 重质粒度细（密度愈大要求越细），而被分选的煤粒相对较 粗，即要求加重质的粒度与被分选煤粒的粒度有较大差别 （约7~10倍）才能实现重介质分选； 3-2、阿基米德原理 煤在重悬浮液中分选和在真重液中一样，服从阿基米 德原理：密度小于颗粒周围介质平均密度者上浮，若大于 则下沉。
4-7 煤泥重介旋流器 原理：当煤的粒度是加重质粒度的10倍以上时，是重介选 原理；当煤粒度接近加重质粒度时，离心干扰沉降起作用，分 选效果变差（图13）。要降低分选粒度下限，可提高离心因数、 使用较高密度的超细加重质。 优点： ＊ 分选精度高、下 限可达到0.1mm； ＊ 费用较低（在重 介选煤厂中使用时）； ＊ 对氧化煤、难浮 煤泥具有优势。
方铅矿（7.8 t/m3）
2. 重介质选煤设备
（1） 重力分选机（分选槽），作为+13mm（或+6mm）块 煤的分选设备，现在都用悬浮液——磁铁矿粉和硅铁粉。
图1 重介质静力分选基本原理 1—给料；2—水平流动区；3—精煤：4—沉物； 5—上升流介质入口；6—水平流介质入口
1-1 设备种类
由于产品排出方法不同，演变出多种形式，包括两产品和 三产品。
溴仿（2.81 kg/l）等
无机盐溶液： 氯化铁，氯化钙，氯化锰，氯化
钡和氯化锌溶液等
重悬浮液：磨细高密度矿物+水 可用矿物有： 粘土（2.6t/m3） 煤矸石（2～2.6t/m3）
砂（2.65 t/m3）
重晶石（4.5 t/m3） 磁铁矿（5.18 t/m3）
硅铁（15%si）（6.8 t/m3）
在此条件下，若入料上限1mm，那么分选下限能达到 0.3mm左右。粒限越窄，中煤含量越少，分选精度越高。
（5） 重介质选煤的优点与缺点 * 优点 a.分选精度高，适合于难选和极难选煤； b.分选粒度范围宽; 静力分选槽1000~6mm 重介旋流器100(80，50)~0.2mm, 减少浮选量，提高细粒级的 分选效率。 c.结构简单，特别是重介质旋流器； d.分选比重易调节（三产品旋流器二段除外）容易自动化。 * 缺点 a.流程复杂（增加介质回收再生系统）; b.能耗较大，介质有损耗，设备磨损大，加工费较高; c.重介质旋流器对入料煤质波动的适用能力很差。
（4） 各种重介分选设备的特点
4-1 强斯水砂分选机和水介旋流器 主要分选作用是干扰沉降，因而入选粒度范围的宽窄对 分选结果有较大影响，其分选精度也远不如其它真正的重 介质分选机和重介旋流器。 4-2 浅槽分选机 应用最广： 用于动力煤块（+6mm）和炼焦煤的预分选， 其结构简单，处理量大（＞100t/m· h），分选精度高 （Ep=0.02-0.04）更重要的是可用较低密度介质（1.5kg/l） 实现较高密度的分选（1.9-2.0kg/l）。但是循环介质量大(达 到1：2)，并且排矸链条磨损大。 假若上升介质流增大，干 扰沉降效应就明显，介质密度与实际分选密度的差距也增 大。
⑥ 轴向零速络面的形状，其最下端在何处结束，受到各种 因素的影响：
a : 入料密度组成 b : 溢流口和底流口尺寸比例 c : 给料量大小 d : 介质性质（粒度组成，煤泥含量，浓缩度） e : 入口介质压力 f : 旋流器的结构
⑦ 包络面最下端的分离密度，应该就是旋流器的分选密度。 该分选密度既与包络面下端介质密度有关，也与该处干 扰沉降强度有关，取决于干扰沉降作用的强弱。实际分选 密度也不同程度地高于该处实际介质密度。
图2 重介分选机的基本形式
1-2 重力分选机的原理
在静止的均匀介质中
颗粒所受的力:
重力 F重＝ρ固· V· g 浮力 F浮＝ρ介· V· g 倘若 F重－F浮＝（ ρ固－ρ介）· Ｖ· g
图3 矿粒在静止介质中受力
即 F重＞F浮，颗粒下沉，粒越大，沉得越快。
F重＝F浮，颗粒静止不动。 F重＜F浮，颗粒上浮，粒越小，浮得越慢。
2-2
重介质旋流器的种类
图8 两产品重介质旋流器的基本形式
图9 三产品重介质旋流器的2-3-1 旋流器中流体运动的基本形式及速度分布
1.外旋流； 2.空气柱； 3.内旋流； 4.最大切线速度轨迹面； 5循环流； 6.轴向零速包络面；
7.短路流
a 水力旋流器中流体的 基本运动形式
国内生产经验： 简化的生产流程：将部分循环介质从精煤弧形筛下分 流出，用泵给入煤泥重介质旋流器分选。认为这样做可以 得到较细的介质，希望达到更细的分选粒度下限。实际上 部分地起到改善主选旋流器分选下限，降低从精煤磁选尾 矿回收的粗粒精煤的灰分。
多用φ150～300mm重介旋流器，处理<0.5mm煤泥 加重质粒度：100%<0.075mm 分选精度： EP=0.06～0.10； 介 耗： 2kg/t原煤左右。 精煤回收：弧型筛、高频筛、离心机等（0.2~0.3mm)
浮选
其它
9.5
5
受2008年开始的世界性经济危机对我国经济发展影响，同时 我国经济调控和转型，要求到2020年单位GDP碳排放量降低 40~45%和不断提高可再生能源比例等政策，对我国煤炭生产和 洗选的发展都产生重要影响
二、重介质选煤的历史和现状 1 . 重介质选煤的历史 有机重液： 三氯乙烷（1.46kg/l） 四氯化碳（1.6 kg/l） 二溴乙烷（2.17 kg/l）
三、重介质选煤的原则工艺流程
主要有三类：
1.块煤排矸（+13或+25mm进重力分选机或动筛跳汰机），末
煤不入选；
2. 块煤排矸（重力分选机或动筛）+末煤重介旋流器；
3. 块煤（+50或+80mm）破碎与末煤混合用旋流器分选。
需要全粒级入洗时，第3类流程较简单，但在没有原煤均质化
的情况下，第3类流程不是最优选择。
存在问题： ①分流的循环介质量有限； ②大型旋流器分选粒度下限较粗，部分煤泥损失到了矸 石和中煤中（中、矸磁选尾矿中）； ③煤泥重介旋流器的轻产物需经分级处理（将小于分选 粒度下限的部分分离出去）。
4-8 TBS分选机
原理：干扰沉降分级和分选。单一密度的物料（如砂子） 它就是分级机，多密度多粒度入料可以作为按密度分选的设 备，但是粒度范围受限制，即
颗粒粒度mm 图13 颗粒粒度对重介质分选精度的影响
煤泥重介的缺点：
＊介质制备费用增加； ＊介质回收的难度增大，介耗增加；
＊细粒精煤回收困难；
煤泥重介现状与经验：
在美国、南非、澳大利亚和俄罗斯都有研究，并 在生产中成功地应用。我国近年来也注意该工艺的开 发和应用。
国外生产经验：
分选粒度范围：1～0.1mm； 精煤回收用打击弧形筛、德瑞克高频筛分级(0.15或0.1mm)； ①尽可能预先脱除-0.1mm部分； ②加重质的粒度：>90%-40μm，>50%-10μm； ③循环介质要退磁。
因此，要根据煤质和分选密度的要求，可在介质密度、上 升流、水平流 、循环介质量和矸石排放速度等因素进行合理调 节，以便达到良好的分选效果并降低介耗。
（2） 离心力分选机——重介质旋流器
为提高重介质分
选机的生产能力及分 选更细粒度的煤，开 始研究分离力大得多 （十几倍到几十倍重 力）的分选机——重 介质旋流器。 1945年荷兰矿山局 研制了DSM旋流器。
图6 两产品重介质旋流器 1—入料管；2—锥体；3—底流口； 4—溢流管；5—溢流室；6—基架
2-1
DSM重介质旋流器分选过程
经50多年研究和 生产发展出多种旋流 器：包括切线（摆线） 入料，中心（无压） 入料，两产品，三产 品（扫选型和精选型） 等等众多类型的重介 质旋流器。
图7 重介质旋流器分选过程
4-3 中心（无压）给料旋流器 有利于提高入料粒度上限，大直径旋流器可提高到 100mm以上，排矸能力亦大幅度提高，并可减轻磨损，减少 次生煤泥量（比切线给料约减少4%）。可不设混料桶但要 增加给料桶，入料要预先润湿，给料桶的设计和安装要合理。
4-4、多入介口旋流器 多入介口旋流器可减低入口介质压力，降低能耗，据报 导还可提高分选精度。
分选粒限
d大 等沉比 d小
否则不可能分选。 等沉比
d煤 d矸 浆 矸 浆 煤
m
（牛顿）1= m =1/2(斯托克)
用途：分选1 ~ 0.30mm粗煤泥。减少重介选的介耗。对 窄粒级Ep=0.06~0.15
例如： 当 矸 = 2.6，煤 = 1.4，m = 1，浆 = 1.25 等沉比 d煤 d矸 2.6-1.25 = =9 1.4-1.25
* 既然是粒群在介质中的径向运动，它必定受
干扰沉降规律的制约。即在分选槽内某区域形
成一个相对稳定的“干扰床层”，其密度稍高 于介质的密度。 * 以浅槽分选机为例（图5），干扰沉降速度
大于上升流速的矿粒，会穿过干扰床层沉降，
由沉物刮板排出，而相反，干扰沉降速度小 于上升流速的矿粒则上浮，被水平流带出成 为浮物。 * 结果，实际分选密度将明显高于介质（干 扰床层）的密度。
重介质分选技术的若干问题
徐州· 中国矿业大学 王永田 2013年7月
内容提要 一、选煤发展概况
二、重介质选煤的历史和现状 三、重介质选煤的原则工艺流程 四、选煤实践中的某些问题 五、结束语
一、选煤发展概况
年份 2008 2009 2010 2011 2010年各种选煤方法比例（%） 总产煤 入洗能 量 力 30.5 跳汰 （亿吨） （亿吨） 27.9 29.73 32.4 35.2 12.5 15 17.8 19.3 重介 55