浅谈处理量对水润湿旋流器分选的影响

【摘要】旋流器入料在起始阶段与悬浮液存在旋转速度差，会造成实际分离密度增大，使得水润湿旋流器在原煤供应异常时，导致悬浮液密度不稳定，实际分选密度大幅变化，分选密度可控性变差，分选效果变差，中煤（-1.4g/cm3）含量急剧上升。针对处理量对水润湿旋流器的影响和原因，提出从四个方面采取应对措施，旋流器分选效果得到初步改善。

【关键词】切向速度；实际分选密度；悬浮液密度；处理量

1 概述

淮南矿业集团选煤分公司新庄孜选煤厂是一座大型现代化矿井型炼焦煤选煤厂，入洗新庄孜矿原煤。2011年7月份开始能力提升工程，技改后采用三产品重介+煤泥重介+浮选和尾煤压滤联合工艺流程，年处理能力为450万吨。三产品重介旋流器型号为3GDMC1400/1000AI，使用全新水润湿技术代替原有介质润湿。三产品重介旋流器工作过程中，循环介质以一定的压力在一段旋流器的下部沿切线 方向给人，入选物料则在一段旋流器的筒体上端靠旋流器中心空气柱的真空吸气及自重作用进人旋流器，有少部分循环悬浮液给到入料漏斗中对原煤起 润湿作用；物料在旋流器内回转运动的悬浮液中得到快速分选，高密度物料随浓缩的重悬浮液进入第二段旋流器分选，而低密度物在第一段旋流器的内 螺旋流带动下经中心管排出，成为精煤；重产物与部分密度较高的重悬浮液通过外旋流沿旋流器内壁向上，进入二段旋流器，分别选出中煤和矸石。

2 存在问题

2.1 具体生产情况分析

我厂能力提升工程主厂房技改于10月底开始施工，12月初恢复双系统生产。经过调试、摸索阶段，生产中存在主要问题是中煤（-1.4g/cm3）含量异常波动，整体偏高，灰分有过低现象；中煤产率偏高，精煤产率亏损。经统计，2012年1月初南系统班平均中煤含量最低为12.20%，最高33.30%；北系统班平均中煤含量最低为12.20%，最高为31.70%。中煤灰分具体实验数据见表1。

表1 2012年1月1日至3日中煤灰分比较

时间 南系统 北系统

中煤含量/% 灰分/% 中煤含量/% 灰分/%

2012.1.1

夜班 31.90 8.46 25.40 8.74

11.30 11.88 31.10 9.48

2012.1.2

夜班 16.80 10.28 26.30 10.46

15.80 11.88 27.50 10.65

2012.1.2

白班 15.60 11.33 27.70 10.16

32.10 7.88 19.50 8.69

2012.1.3

夜班 18.90 9.28 16.20 10.10

11.40 9.76 13.40 10.29

平均 19.23 9.63 23.39 9.82

从2012年1月1日至3日，由中煤实验数据可以看出，南系统中煤灰分最低为7.88%，北系统最低为8.69%，中煤灰分异常偏低；从以上分析及表1可以看出旋流器分选波动较大，错配物增加，分选效果较差。

2.2 处理量和中煤含量

通过跟踪实际生产发现，由于矿井原煤供应异常，润湿水量不能及时调整，中煤筛上量异常偏大，中煤含量偏高。通过生产数据统计分析发现，在水润湿下，处理量与中煤含量存在必然联系，对分选有着重要影响。通过对1月上旬的处理量和中煤含量进行统计，发现在精煤灰分相近的条件下，处理量低于220t/h、供煤异常，南系统平均中煤含量为28.96%，北部为27.52%；在供煤相对稳定条件下，处理量高于220 t/h，南系统平均中煤含量为18.05%，北系统为19.42%；较供煤异常，南系统中煤含量平均下降10.91%，北系统下降了8.08%。由此分析认为原煤处理量异常造成旋流器分选波动，分选效率降低，分选效果变差，错配物增加，中煤含量异常偏高。

3 原因分析

3.1 旋流器中矿粒受力分析

旋流器中被选矿粒所受的力主要是离心力与径向曳力的合力，具体表述如下：

（1）

（2）

（3）

式中F1―作用于矿粒的离心力；

F2―作用于矿粒的径向曳力，等于矿粒的体积与径向压力梯度的乘积。

将（2）、（3）式带入（1）式中，简化后得出：

（4）

式中m¬―矿粒的质量(g)；

―矿粒的密度(g/cm3)；

―悬浮液的密度(g/cm3)；

―矿粒的切向速度(m/s)；

―悬浮液流的切向速度(m/s)；

R―矿粒或相应位置悬浮液流的回转半径(m)。

由（4）式可以看出，矿粒在旋流器内所受的合力取决于三项因子的乘积，其一是矿粒的离心加速度（ ）；其二是矿粒的体积（ ）；其三是矿粒密度与悬浮液密度的差值（ ），只是该差值还受两者切向速度是否同步的影响。

无压入料圆筒重介旋流器内悬浮液的平均密度基本上被视为物料的分选密度（实际分离密度较工作介质密度约高0.03~0.06 kg/L）。但（4）式中第三项因子关系式表明，只有当V1=V2时，物料的实际分离密度才等于悬浮液的密度，若矿粒的切向速度落后于悬浮液切向速度时（即V1

3.2 分选不稳原因分析

无压入料水润湿旋流器的主要特点是采用机头水润湿代替机头、中部介质润湿，被选物料与重介悬浮液分开进入旋流器。因此被选物料进入旋流器后的初始切向速度几乎为零，尔后，随着矿粒在轴向和径向上的位移，在悬浮液的带动下，才逐步增大本身的切向速度，并逐渐接近悬浮液的切向速度。很显然在靠近旋流器入料口的上部筒体，入料在起始阶段与悬浮液存在旋转速度差，这种差异对入选物料将产生实际分离密度增大的影响，尤其对细颗粒影响更为明显。

我厂受矿井原煤供应影响，原煤供应波动大，均匀性差。原煤处理量异常，加之润湿水不能及时控制，导致旋流器入料端悬浮液密度不稳定、大幅变化，造成分选不稳定，分选异常。

根据式（4）所述，入料端实际分选密度将会高于悬浮液密度。而受供煤异常影响，悬浮液密度大幅变化，造成差值变化，使得旋流器入料端实际分选密度大幅变化，分选密度可控性变差，使得分选效果变差，分选波动。

旋流器入料端物料与悬浮液存在旋转速度差，产生实际分离密度增大的影响，而这种影响对细粒物料尤为明显，可能会造成中煤细颗粒进入精煤，而为保证精煤灰分，需降低洗选密度，致使中煤含量增大，精煤产率降低。

原煤入洗量过小，对大直径旋流器而言，分选层变薄，部分精煤滞留旋流器中无法排出，这也是造成中煤含量偏高的可能原因之一。

3.3 原料煤供应稳定分析

对水润湿旋流器而言，原煤入洗量异常波动或入洗量过小会导致旋流器悬浮液密度不稳定，实际分选密度大幅变化，分选密度可控性变差；分选波动，分选效果变差，中煤含量急剧上升。而原煤供应稳定时，旋流器分选明显改善，中煤含量大幅下降。所以水润湿旋流器需要配套的原煤仓，以保证其稳定的原煤供应。

4 建议措施

针对上述处理量对水润湿旋流器的影响和原因，我厂主要从以下几个方面采取应对措施：

（1）加强原煤供应，保证原煤供应均匀、稳定，建议双系统处理量控制在700t左右。经常检查旋流器各部分。对旋流器各连接段，尤其需对入料口、出料口、二段入料口以及入料泵、入料管做定时检查，清理杂物，以防止出现堵塞、物料流通不畅的情况。

（2）加设旋流器预选管，提高入料切向速度，减小、消除实际分选密度与悬浮液密度的差值，改善分选。

（3）针对水润湿新技术，制定了水润湿原煤供应异常应急预案。规定原煤小时处理量，并结合矿井产量制定应对措施。针对水润湿易出现的问题，形成水润湿操作规定。

5 采取措施后效果

整改预选管从1月13日起投入使用，使用后生产统计表见表2。

在矿井槽别变化，洗选难度加大下（1～7日矿井主要槽别为11槽、7槽，1月13日～18日为11槽、7槽、8槽、6槽），南、北系统中煤含量较一月初分别降低4.21%、1.52%，灰分上升了1.73%、1.13%，旋流器分选效果初步改善。

表2 整改预选管使用后生产系统统计表

日期 南系统 北系统

中煤含量/% 中煤灰分/% 中煤含量/% 中煤灰分/%

1月14日 24.3 10.43 23.8 10.76

21.1 9.88 27.4 10.58

17.0 13.26 20.9 10.89

16.5 11.78 16.8 10.90

1月15日 13.8 12.39 23.0 11.40

18.2 11.72 22.6 11.05

19.3 12.10 20.5 11.96

25.9 10.88 19.6 10.23

21.7 10.60 21.6 10.34

1月16日 21.8 10.00 24.6 11.47

20.5 11.43 21.3 10.48

19.7 12.85 24.6 11.34

13.8 11.15 17.5 10.52

17.2 10.94 13.6 11.34

平均 19.3 11.39 21.27 10.95

参考文献：

[1]王生义.无压三产品中介旋流器精煤产品带矸原因分析及对策[J].选煤技术,2009(3).

[2]谢广元.选矿学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2001.