重介质选煤技术

主讲人：孙佰成前言：选煤的意义煤炭的分选是选矿技术在煤炭工业中的重要应用。煤炭是我国的主要能源，占一次能源的75%。原煤在生成过程中混入了各种矿物杂质，在开采和运输过程中不可避免地又混入顶板和底板的岩石及其他杂质。随着采煤机械化程度的提高和地质条件的变化，原煤质量将会越来越差。选煤的主要任务就是除去原煤中的杂质，降低煤炭的灰分和硫分，提高原煤质量，适应用户需要。例如，钢铁厂需要低灰分炼焦精煤。有资料表明，精煤灰分每降低1%，焦炭灰分可降低1.33%，而焦炭灰分每降低1%，炼铁焦比可降低2%，高炉利用系数可提高3%，同时，还可提高生铁的质量。煤中硫60%以上转入焦炭里、焦炭中硫分每增加0.1%、高炉用焦就多消耗2%，石灰多消耗2%，生铁产量降低2%～5%，生铁质量变差。在我国，原煤含矸量一般为2o%～3o%，有的还更高。经洗选排弃大量矸石、除去原煤中的杂质，可减少铁路的无效运输；降低煤炭的灰分和硫分，可以降低燃煤对大气的污染，保护环境。煤炭洗选加工常用的选煤方法有跳汰、重介和浮选法。综上所述，国民经济的许多部门都离不开选煤这门技术科学。它的技术水平对许多经济部门产生较大的影响。选煤技术落后，会造成有用资源的损失浪费，选煤厂的产品成为无法利用的废物。反之，先进的选煤技术可以产生“一矿变多矿”“一厂变多厂”的良好局面。从古代的淘洗法，到今天种类繁多的选煤新技术和新设备的不断出现选煤学已发展成为一门独立的学科。可以肯定随着科学技术水平的提高和各国对原料、能源需求量的增加，选煤学科的技术水平将不断提高，应用的范围将越来越广，发挥的作用也将越来越大。一、什么叫重介质选煤？在重力选矿过程中，通常都采用密度低于入选矿密度的水或者空气作为分选介质。所谓重介质是指密度大于1g/cm³的重液或者重悬浮液流体。煤在重介质中按颗粒密度的差异进行分选的过程即称为重介质选煤。二、重介质选煤在我国的发展我国于1956年开始研究重介质选煤。1958年煤炭科学研究院唐山煤炭研究所在通化铁厂选煤厂开展了以磁铁矿粉作为加重质的双锥型分选机再选槽洗中煤的试验研究，并在南桐、轩岗和林西等矿进行了用黄土、高炉灰作为加重质的重介质选煤的试验研究工作。同年，中国矿业学院在北票台吉选煤厂建成以黄土作为加重质的鼓形分选机再选跳汰中煤车间。实践表明，用黄土和高炉灰作为加重质，不但回收困难而且污染精煤产品，因此停止了这方面的试验而全力转向用磁铁矿悬浮液的选煤研究。1959年，我国研制了槽宽1.06m的斜轮重介分选机，并在铁厂选煤厂用于再洗槽洗中煤和分选6-100mm的块原煤。1960年-1964年中国矿业学院与阜新海州露天矿协作建成用斜轮重介质分选机排矸车间。1964年-1966年唐山煤炭研究所与沈阳煤矿设计院协作在铁厂选煤厂简称用斜轮重介质分选机精选100-13mm块煤的车间。60年代末期，在煤炭工业部和机械工业部所属科研、设计和制造单位的共同努力下，完成槽宽1.6、2.6、3.2、4m斜轮分选机的设计制造，建立了我国斜轮分选机系列。我国于1965年开始进行重介质旋流器选末煤的研究，1966年唐山煤研所协助彩屯选煤厂建成了我国第一座重介质旋流器选末煤车间。我国对重介质选煤的研究已有60多年的历史，在洗选炼焦煤，无烟煤，褐煤和其他动力煤方面已积累了一定的生产经验。展望未来，重介质选煤在我国有着广阔的发展前景。三、重介质选煤的优缺点重介质选煤的优点：1、分选效率高2、可高效地分选难选煤和极难选煤对于难选煤和极难选煤，在要求精煤灰分较低时，跳汰选煤法一般是选不出合格精煤的，即使选出低灰精煤，其产率和效率都会很低。重介质选煤法可以在保证较高分选效率的条件下，选出低灰精煤。3、分选密度调节范围分选密度可控制在1300-2200kg/m³，且易于调节，其误差范围可保持在±0.5%。4、适应性强重介质选煤可以适应入洗原煤在数量和质量上的大幅度波动。当用户对精煤质量要求变动时，精煤灰分可按照要求迅速予以改变。5、分选粒度范围宽块煤重介质分选机的入料粒限一般为100-6mm，末煤重介质旋流器粒限为50-0mm（分选深度可达0.15mm）。6、处理能力大7、生产易于实现自动化重介质选煤缺点：重介质选煤的缺点是生产工艺中增加了加重质净化回收系统，设备磨损较为严重，需要经常维修。现在虽已研制出不少耐磨材料，提高了设备使用寿命，但与其他选煤方法相比较，设备磨损和维修工作量大是它的主要缺点。四、重介质选煤的应用范围用重介质分选机排矸，如我厂准备车间的重介浅槽分选机；用于分选难选和极难选煤；适用于分选含有易泥化矸石的原煤；为脱除煤中的硫而需要按低密度分选时，采用重介质选煤是可行的；重介质旋流器选煤的应用范围分选难选和极难选的末煤（包括烟煤和无烟煤）；再选跳汰机的中煤或精煤；与其他选煤方法组建联合流程；分选需要高度解离的原料，如夹矸煤含量大或破碎后可解离处黄铁矿的原煤；低密度分选超低灰精煤；分选不脱泥原煤，其分选深度可达0.15mm。重介质选煤的基本原理是利用阿基米德原理，即浸没在液体中的颗粒所受到的浮力等于颗粒所排开的同体积的重量。在重介质选煤的过程中，悬浮液中的颗粒除了受到重力和浮力的作用外，还受到悬浮液流体的动力阻力作用。这种阻力包括粘性阻力和流动阻力。通常，颗粒越大，介质粘度越小时，颗粒在重介质悬浮液中运动时所受到的阻力影响就越小。因此，颗粒的粒度越大，分选速度越快，效率越高。一、重介质分选机的分选原理物体在介质中的重力G0等于该物体在真空中的重量与同体积介质重量之差即δ-ρ＞0，颗粒下沉；δ-ρ＜0，颗粒上浮；δ-ρ=0颗粒悬浮在液体中任意位置。当ρ=1400kg/m³时，δ=1300kg/m³该颗粒上浮；δ=1800kg/m³，该颗粒下沉。二、重介质旋流器分选原理从外形上看重介质旋流器可分为圆锥形与圆筒形。从给料方式可分为有压给料和无压给料式。从产品数量上分为两产品和三产品重介旋流器。右图是圆柱圆锥形重介质旋流器结构示意图。其主体是由圆筒部分和圆锥部分所组成。重介旋流器的分选过程是,原矿和悬浮液的混合物以一定的压力由给料管沿切线方向给入旋流器圆筒部分,形成强大的旋流。其中一股是沿着旋流器圆柱和圆锥体内壁形成一个向下的外螺旋流,另一股是在围绕旋流器轴心形成一个向上的内螺旋流,其轴心速度最大。在内外螺旋流的作用下,使高低密度矿粒得到分离,高密度矿粒随外螺旋流下降至底流口排出。低密度矿粒随内螺旋流通过溢流管进入溢流收集室从切线方向的出口排出。在旋流器中,离心加速度比在重力场中重力加速度大的多,所以物料所受的离心力也比重力大得多。在旋流器的入料口处离心力比重力大7.86倍。在旋流器的锥体部分,旋转半径减小,切向速度加快,离心力进一步加大,离心力可比重力大几十倍甚至几百倍。这就大大改善细矿粒,难选物料的分选效果,加快分选速度,提高处理能力。重介质选煤用的悬浮液是一种固相和液相的两相体，即一种固相微粒分散在另一种液相中构成的体系。被分散的固相微粒称为分散相。其周围的液相称为分散介质，分属不同的相。在重介选煤中，把高密度的固相微粒称为加重质，液相一般为水。按分散相粒径的大小，可把分散体系分为三类：分散相粒径小于0.001um的分散体系叫真溶液；粒度在0.1um至0.001um之间的分散体系叫胶体溶液；粒径大于0.lum的分散体系叫悬浮液。一、重介选煤用悬浮液主要特点悬浮液中的悬浮颗粒在普通显微镜，甚至用肉眼都能看到；分散相(水)和悬浮液粒子之间有明显的相界面；由于悬浮液中悬浮粒径较大，在重力作用下会产生沉降，具有动力不稳定性。如保持悬浮液不被破坏，需要有外力作用。如机械力、垂直流、水平流、脉动流、切相流等。重介旋流器选煤用的悬浮液分散相(加重质)的粒径一般在0.2mm到lum田之间，需要有外力作用才能保持相对稳定性。二、加重质的选择在选择加重质时，应注意粒度和密度的综合要求。既要达到悬浮液的密度及悬浮液的稳定性，又要保证较好的流动性(粘度不能高，容积浓度应控制在一定范围内)、加重质的粒度越粗、沉淀速度越快，粘度越低、则稳定性不好；加重质粒度越细、沉淀速度越慢、稳定性好、但粘度增加，介质流动性差、加重质密度越高，对一定密度的悬浮液则容积浓度越低。因此，尽可能选择加重质的密度和粒度组成以及悬浮液容积浓度综合指标最佳的方案。重介质选煤的磁铁矿粉应具备下列条件1、磁铁矿粉的纯度通常以磁铁矿粉中磁性物含量高低来表示其纯度。一般要求磁性物含量应在90%以上。磁性物含量高其密度高，并减少加重质的耗量。2、磁铁矿粉的有效密度高时，容易配制高密度的悬浮液。纯结晶的磁铁矿的密度为5.17。选矿厂生产的磁铁矿精矿并非纯净，一般都低于5.17。但重介质选煤所使用的磁铁矿粉有效密度不应低于4.6～4.7.3、磁铁矿粉的脆性要小，以防止在使用过程中发生泥化。4、磁铁矿粉的导磁率要高，磁滞性要以满足在净化时磁铁矿既容易磁化回收，又容易退磁，保持再生悬浮液的稳定性。为保证加重质的有效使用，磁铁矿粉的水分要低，以免因磁铁粉打团增加损失。5、磁铁矿粉的粒度组成对粒度组成的要求，一是要满足悬浮液的稳定性，二是要降低加重质的损耗，三是降低对设备的磨损，因此，对磁铁矿粉的粒度组成应有严格的要求。各国选煤用磁铁矿粉规格三、悬浮液的性质1、悬浮液密度和容积浓度采用磁铁矿粉配制悬浮液时，一般容积浓度在15%～35%之间。超过最大值(35%)时，悬浮液粘度增高其至失去流动性，矿粒在悬浮液中不能自由运动。低于容积浓度最小值时又会造成悬浮液中加重质迅速沉降，使悬浮液密度不稳定而导致分选效果变差。采用磁铁矿粉配制的悬浮液密度可达1.3～2.g/cm³。如果在允许的容积浓度范围内，悬浮液仍不稳定时，可以加入一定量的煤泥来达到稳定悬浮液的目的。配制悬浮液时所需要的磁铁矿粉重量和煤泥重量可按下式计算：、磁性物含量是指悬浮液中磁铁矿干重与固体总重量之比：磁性物含量可用磁选管测定悬浮液中的煤泥含量也有一定范围。一般情况下，当悬浮液密度小于1.7g/cm³时，其煤泥含量可达到35～45%左右；当悬浮液密度大于1.78/cm³时，其煤泥含量在15～25%左右。总之，煤泥含量范围应在15～45%之间。2、悬浮液的稳定性重介质选煤中，悬浮液的稳定性是指悬浮液在分选容器中，各点的密度和粒度在一定时间内保持相对稳定的能力。由于选煤用的悬浮液属于粗分散体系。分散的固体粒子本身没有保持悬浮状态的能力，靠借助外来的能量才能使分选设备内各点的悬浮液密度达到一定的均一性。这种密度均一性称为动态稳定性。3、悬浮液流变性重介质选煤过程中，小粒级物料分离(上浮或下沉)时，所受的阻力与悬浮液的粘滞阻力有关。表征粘滞阻力的特征是粘度。因此，粘度是悬浮液流变特性的主要参数，也是影响小粒级物料分选效果的主要因素。4、影响悬浮液动态稳定性因素一切影响悬浮液粒子沉降速度的因素，都影响悬浮液的动态稳定性。1)加重质的粒度加重质的粒度越小，其沉降速度越慢，对悬浮液的动态稳定越有利，但悬浮液的粘度也相应增高。当悬浮液粘度过高时，会影响中、小粒级物料的分选效果，同时使加重质的制备、净化回收费用增加，加重质的工艺损耗相应要增大一些。2)加重质的密度加重质的密度越低，它的自由沉降速度越小，配制成同一密度悬浮液的固体容积分数也越高，稳定性也好。但对分选效果的负面影响也越大。在离心力场(重介质旋流器)选煤时.工作悬浮液中加重质的容积分数(包括煤泥)最大不应超过35%。3)悬浮液的密度同一种加重质配制成悬浮液的密度越高，悬浮液中的固体容积分数也越大，悬浮液的动态稳定愈易达到，但悬浮液的粘度也相应提高。可是在实际生产中，对工作悬浮液的密度有定值要求，不可能依靠改变悬浮液的密度来提高稳定性。高密度悬浮液选煤时，主要矛盾是悬浮液的粘度。这时，使用加重质的密度应大于5000kg/m³。低密度重介质旋流器的分选时，主要矛盾是悬浮液的稳定性，而不是粘度。4）非磁性物的影响生产过程中，工作悬浮液中必然会混入部