重介质旋流器选煤机理及其分选效果的影响因素探讨

摘要 重介质选煤工艺的优劣在很大程度上决定着重介质选煤的效率与经济性，重介质选煤工艺的研究与优化是选煤领域关注的重要课题。本文简要介绍了重介质旋流器的原理和特性，并对其分选效果的影响因素做了定性分析和探讨。

关键词 重介质；旋流器；分选效果

中图分类号TM92 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）35-0024-02

0 引言

重力分选过程是在一定的介质中进行,若分选介质的密度大于1g/cm3时，这种介质即为重介质，煤在该介质中分选即重介质选煤。重介质选煤具有分选效率高、分选精度高、密度调节范围宽、适应性强、分选粒度范围广、生产过程容易实现自动化等特点，适于难选煤和极难选煤，而得到广泛应用。

1 重介质旋流器选煤原理与特性

重介质旋流器是一种结构简单，无运动部件和分选效率高的选煤设备。由于旋流器本身无运动部件，因而其分选过程完全是靠自身的结构参数与外部操作参数的灵活配合来实现最佳分选精度，这是旋流器选煤与其它选煤方法截然不同的突出特征。在重介质旋流器分选过程中，物料和悬浮液以一定压力沿切线方向给入旋流器，形成强有力的旋涡流；液流从入料口开始沿旋流器内壁形成一个下降的外螺旋流；在旋流器轴心附近形成一股上升的内螺旋流；由于内螺旋流具有负压而吸入空气，在旋流器轴心形成空气柱；入料中的精煤随内螺旋流向上，从溢流口排出，矸石随外螺旋流向下，从底流口排出。空气柱的形成机理为：由于底流管和溢流管直接与大气连通，进入旋流器的两相流以强烈的螺线涡运动，当切线速度增大到临界速度时，旋流器各出口产生一定的阻力，形成内部的旋转流场，引起轴向负压，空气由溢流管和底流管进入旋流器，在轴向负压驱动和流体对流传输的共同作用下逐渐发展成为贯通的空气柱。当颗粒密度大于悬浮液密度时，颗粒在悬浮液中半径为r处所受合力为正值，颗粒被甩向外螺旋流；否则，颗粒被甩向内螺旋流；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，离心力比重力大几倍到几十倍，因而大大加快了分选速度，并改善了分选效果。

重介质旋流器选煤特性显著。其旋流器结构多样化，按其分选产品数分为两产品重介质旋流器、三产品重介质旋流器等；按分选物料的给入方式可分为有压和无压两类。另外，其选煤工艺多样化，即针对不同的原料煤特点和产品结构需求，灵活地将原料煤脱泥、煤泥重介、浮选、粗煤泥回收等工艺与重介质旋流器工艺进行组合，以取得低投入高产出的效果。由于重介质旋流器选煤的特点，其适用范围非常广泛，可适应各煤种、不同可选性的煤质条件。尤其对其它选煤方法难以精选的难选、极难选煤、煤泥含量大的末煤，能达到精确分选的效果。

2重介质旋流器分选效果的影响因素

影响重介质旋流器分选精度的因素可分为两大类：其一是由实际工艺条件及分选设备本身所决定的生产中不易变动的因素，如入料煤质特征、旋流器入料口的形状、直径等结构参数等；其二是一定程度上可以调整的因素，比如入口压力、矿浆入料量、入料方式等。

2.1 入料煤质特性

重介质旋流器是一个封闭的、相对容积很小的分选容器。对于两产品旋流器，有一个入口两个出口，其进入和排出的瞬间体积流量相等。底流口和溢流口排量的分配，在一定的条件下是基本固定的，但当入选原煤的密度组成发生变化时，例如高密度物含量增加，那么要求底流固体排出量增加，溢流固体排出量相对减少，但底流口的排放能力有限，因而会将一部分中等密度的煤颗粒和重介质挤向溢流口排出，使实际分选密度升高。因此，入选原煤密度组成的变化会引起旋流器分选密度的波动，结果必定降低综合分选效率。

2.2 旋流器的结构参数

重介质旋流器直径的选择应该符合处理能力的要求，对应于某一个最低的矿浆体积通过量，应满足分选离心力的要求，使要分离的重产物从底流口排出。值得注意的是，选择直径较大的旋流器虽然可以改善分选效率，但却可能造成浪费。旋流器圆筒段的高度增大，旋流器的总容积和总长度都增加，在一定范围内对分选有利。过短会增加入料短路进人溢流的几率，影响轻产物质量。底流口直径与入料中重产物（砰石或中煤）的比例有关。增大底流口。在相同条件下会降低实际分选密度，精煤产率相应降低。底流口减小则会相应提高实际分选密度。溢流口直径通常与底流口直径保持一定比例关系。在其他条件不变的情况下，溢流口直径缩小会降低实际分选密度，使部分原本应进入溢流的轻颗粒从底流口排出。入料口的形式和直径对分选有重要影响。目前多数重介质旋流器采用螺旋线或渐开线入口，入料口尺寸增大，若超过旋流器的处理能力（特别是重产物排出能力），分选效率会受到损失；人料口尺寸减小，则会降低入料粒度上限。

2.3 重介质悬浮液的稳定性

保持重介悬浮液的质量和稳定性对重介质分选系统的正常运行至关重要。重悬浮液在旋流器内的浓缩对分选效率影响很大，磁铁矿粉粒度较粗时会发生过分的浓缩。为保持良好的分选，介质的浓缩度愈小愈好。在实际生产中，除了避免使用太粗的磁铁矿粉，并使循环介质中保持一定量的煤泥外，有时还可以往介质中添加少量粘土或一些天然的或人工合成的稳定剂。

2.4循环介质量

重介质旋流器的容积很小，重介质和煤在其中的停留时间基本相同，只不过数秒钟的时间。为保证有效分选所必需的液固比，重介质旋流器的循环介质量相对较大。不同粒度和密度的原煤，循环介质量一般在吨原煤3~5倍，对于三产品重介质旋流器而言，循环介质量有时还可能超出此上限。重介质旋流器的分选效率受液固比的影响较大。

2.5重介质的入口压力

原则上，重介质的入口压力应使旋流器内产生足够的离心力，使密度高于分选密度的重颗粒能进入底流。增加入口压力将增大旋流器内产生的离心力，提高细粒重产物在底流中的回收率，但是也增强了悬浮液在旋流器中的浓缩。同时，由于入口压力增加，旋流器的矿浆通过量随之加大，从而减少了矿浆在旋流器内的停留时间，增大了溢流排出量，导致实际分选密度略有提高。

参考文献

[1]汪晓秋.选煤总厂无压三产品重介质旋流器入料方式的改进[J].江西煤炭科技，2010(1).

[2]张力强.大型多供介三产品重介质旋流器的理论研究[J]选煤技术，2008(4).

[3]邓晓阳，刘培坤.三产品重介质旋流器研究的历史性跨越[J]煤炭加工与综合利用，2007(1).