煤的净化技术

煤炭净化技术煤炭物理净化法重介质选煤浮游选煤跳汰法第一节重介质选煤1、什么是重介质选煤任何重力分选过程，都是在一定的介质中进行。若所使用的分选介质其密度大于lg/cm3时，这种介质称为重介质。矿石或煤炭在该介质中分选，称重介质选矿或重介质选煤。2、重介质选煤的发展过程1858年有人提出用锰、钡、钙的氯化物溶液作为分选介质进行选煤，但因介质难于回收，致使成本昂贵，未能获得推广使用。1917年出现使用水砂混合物作为重介质分选煤炭，但效果受到局限，一般仅用于选分易选的动力煤。1926年苏联工程师E·A·斯列普诺夫首先提出使用稳定悬浮液的重介质选煤法。以后，重介质选煤法便开始逐渐获得广泛应用。至今，除重介质选煤是选煤的重要方法之外，也可应用于金属矿石、黑色金属矿石、贵金属矿石、稀有金属矿石及其它物料的分选。3、重介质选煤分选原理根据阿基米德定理，小于重介质密度的颗粒将在介质中上浮，大于重介质密度的颗粒在介质中下沉。重介质的密度ρzj应在轻产物ρq和重产物密度ρz之间。δqρzjδz其中的重介质密度即为分选密度。重介分选机中，原煤进入后就会按密度分为两个产品，分别收集这两种产品，可达到按密度分选的目的。虽然物料在分选机中的分层过程主要取决于它的密度，但是它的分层速度却是物料粒度及物料与介质密度差的函数，粒度越大，密度差越大，物料的分层速度快，粒度小，物料的分层速度越慢。因此在实际生产过程中往往有一部分细粒级煤在分选机中来不及分层就排出，降低了分选效率。同时，分选中悬浮液流动和涡流的影响，物料之间碰撞的影响及悬浮液对煤粒运动阻力的影响，原煤的粒度和形状都对分选结果有一定影响。生产中注意减少它们的影响。4、重介质选煤的特点优点：1）分选效率和分选精度都高于其它选煤方法。块煤：ηmax=99.5%，E可达0.02~0.03;末煤：ηmax=99%，E可达0.05。2）分选密度调节范围宽跳汰：一般，1.45~1.9;重介：1.35~1.9,重介质旋流器：1.3~2.0。3）分选粒度范围宽块煤：1000~6mm末煤旋流器：50~0.15mm4）适应性强对精煤质量变化时，灰分可按要求变。原煤性质改变影响不大。5）生产过程易于实现自动化悬浮液密度、液位、粘度、磁性物含量等工艺参数能实现自动控制。缺点：增加了加重质的净化回收工作，设备磨损比较严重。基于以上各点，重介质选煤方法应用非常广泛。重介质选煤主要适用于难选、极难选煤。第二节加重质选择1、加重质的种类在工业生产中重介质选煤所用的重悬浮液，其加重质主要有硅铁、磁铁矿粉、重晶石、高炉灰、铅精矿、黄铁矿、石英和矸石粉等。选煤使用最多的是磁铁矿粉。我国1982年研制成功的DBZ型重介质旋流器，是采用浮选尾矿或矸石粉作为加重质，用以分选跳汰机中煤、矿井废弃的矸石或小于13mm的洗矸，不仅节省大量磁铁矿的精矿粉、而且为我国从煤矸石中回收煤炭，减轻矸石山对环境的污染，提供了即经济又简便的工艺方法。重介质选煤配制悬浮液时所用的各种加重质主要性能及其回收方法见表6-1。采用重介质分选法时，对加重质的选择是十分重要。因为加重质的密度、粒度、硬度及磁性等，对其所配制的悬浮液性质(密度、粘度和稳定性，均有直接影响。而悬浮液性能的优劣又直接影响重介质分选的效果、分选设备的生产能力、重介质的制备和回收、设备的选择以及选矿(煤）成本等。2、对悬浮液的要求在所要求的分选密度下，悬浮液应具备粘度低，稳定性好，而且用过并稀释后容易回收和净化。3、选择加重质应考虑的因素1）加重质密度a.加重质密度与悬浮液容积浓度关系加重质与水配成的悬浮液，在要求的分选密度一定时，加重质密度低，悬浮液固体浓度就越高，悬浮液粘度大。大到一定值时，不能进行分选。因此，体积容积浓度λs有上限，对应可得加重质的密度最低值δD。sszjDDszjcmg)1(,,/0.1)()1(2当b悬浮液临界容积浓度悬浮液的临界容积浓度L与加重质的性质及粒度组成有关。在通常使用的加重质粒度范围内，密度在2·65~11.30g/cm3范围内的各种加重质，与水所构成的悬浮液，其L都非常接近，一般在0·25一0·33之间。加重质的密度过高也不适宜，否则，悬浮液固体容积浓度太低，加重质颗粒沉降速度过快，导致悬浮液在密度方面，失去作为分选介质的作用。据研究，重介质选煤所川悬浮液的容积浓度，不应小于10，即作为分选介质时，悬浮液固体容积浓度的下限值x大于10。由此就可求出在规定分选密度时，所需加重质密度的最高值G选用的加重质密度应在D与G之间,即GD例:要求的分选密度为1.4g/cm3,G=5.0g/cm3,s=2.21g/cm3.分选煤炭时，重介质密度若要求为1·4Og/cm3，那么配制悬浮液所用加重质，其密度应在为5·00-2·2lg/cm3范围的物料中挑选。密度符合这个条件的常用加重质很多，如磁铁矿、重晶石、黄铁矿sszjDDszjcmg)1(,,/0.1)()1(2当残渣、高炉灰渣、石英、黄土、矸石、浮选尾煤等。2）容易回收和净化；3）料源充足、制备容易；4）硬度较大（防泥化）、球形（粘度低）、不与水发生化学作用。4、选煤过程常用的加重质重介质选煤多采用磁铁矿粉作为加重质，因用其配制的悬浮液密度范围宽，完全能够满足分选各种煤炭使用，而且便于回收。黄土、浮选尾煤、矸石粉等，只能配制低密度悬浮液，并用于回收精煤。5、对磁铁矿加重质的要求重介质选煤厂利用磁铁矿粉作加重质时，磁铁矿粉的磁性物含量越高，加重质的回收再使用的数量也越大，介质耗资少，生产费用可有所降低。还有加重质粒度愈细，悬浮液密度也越稳定，在悬浮液中为起稳定作用所需掺入的煤泥量也相应减少，悬浮液密度的真实性越高，分选效率也会越佳。我国设计规范规定，用磁铁矿粉作加重质时，其磁性物含量应在95%以上，密度在4·5g/cm3左右。对加重质粒度的要求是，分选块煤(用于斜轮或立轮重介质分选机)时，小于0·074(-200目)mm粒级的含最应占80%以上，用于重介质旋流器分选末煤时，小于0·044mm粒级(-325目)含量应占90%以上。如外来磁铁矿粉粒度不能满足要求时，选煤厂应设置研磨设备。第二节重介悬浮液性质一、悬浮液密度1、悬浮液密度的特点悬浮液的密度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。因为悬浮液是由两种密度完全不同的质点（固、液）所构成的两相混合物，故悬浮液密度ρzj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。当加重质粒度较细，容积浓度又较高，而入选的矿粒较大时，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，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。矿粒排开的介质不是具有密度为悬浮液密度的本身，而是悬浮液中的液体，密度为ρs。因此，尽管有的矿粒密度低于悬浮液的密度ρzj，但也将下沉，即矿粒不能按悬浮液的密度ρzj进行浮沉过程，而达到低、高不同密度矿粒的分离。重介质选煤过程中作为分选介质而起作用的悬浮液，其中固体悬浮粒(加重质)的粒度和容积浓度与入选物料的粒度之间应具有一定的关系，悬浮液的密度要由加重质的密度和容积浓度来决定。(二）悬浮液密度对加重质粒度的要求在悬浮液内，矿粒排开的同体积悬浮液中，至少应有一个加重质的颗粒。即悬浮液浓度λ加重质粒体积/矿粒体积式中K值是个大于1的修正系数，一般K=1.6一4·93之间。(三）悬浮液有效密度从理论上讲，重介悬浮液的物理密度应该就是分选密度，但实际工作中有时并非如此。这是由于加重质颗粒很细，当悬浮液固体容积浓度大到一定程度后，加重质颗粒由于种种原因经直接接触而相互连接起来，形成空间网状结构物，这就便悬浮液发生了结构化。由于悬浮液出现结构化的影响，实际的分选密度常常高于悬浮液的物理密度。对于未结构化的重介悬浮液，因加重质颗粒的沉降，分选密度既可高于也可低于悬浮液的假定密度，这应由轻、重产物分离界限层的位置决定。已出现结构化的悬浮液内，若体积为Vk的矿粒向下运动，开始时所遇到的静力作用，除悬浮液的浮力外，还有静切应力引起的支持力F二、悬浮液粘度（一）悬浮液粘度及结构化液体的粘性由分子间引力引起；气体的粘性由动能不同的分子在流速不同的层间交换引起；上两种流体为均质介质，符合牛顿内摩擦定律。悬浮液的粘性由于包括了因固液界面增大和颗粒间摩擦、碰撞所引起的流动切应力，外观表现为粘性增强。因与均质介质粘性形成的原因不完全相同，故所测得的悬浮液粘度称为视粘度。当加重质的粒度和形状差别不大时，悬浮液的视粘度随容积浓度的增加而增大，与加重质颗粒的密度基本无关。图5-3是几种不同的加重质在粒度为0·074一0.037mm时，视粘度随容积浓度的变化关系。从图6一3中可以看出，视粘度随容积浓度的变化规律。在低浓度(λ0·2)时，粘度增长缓慢，呈直线关系。在高浓度(λ0·4)时，也呈直线关系，但粘度随λ增大而迅速地升高。在中等浓度时，其视粘度与λ呈曲线关系增长。这是由于固体容积浓度很低时，不但颗粒间直接接触少，而且相对说固一液界面也不太大，此时悬浮液的内摩擦力虽有增加，但其增加值与颗粒体积含量大致成正比。随容积浓度的增大，固体颗粒间直接碰撞与摩擦就不可避兔地增多。这种增加开始时属于粘性切应力，以后的浓度再大又过渡为惯性切应力，呈曲线关系。当λ增大到相当高数值后，悬浮液发生了结构化，视粘度随λ增加而急剧增大。（二）非结构化悬浮液的流变特性如图6-4。固体容积浓度低时，可视为牛顿流体；固体容积浓度15~20%时，视为非牛顿流体。结构化流体的流变特性：当外力小，只变形而不流动，当处力克服一定切应力后，流动。当速度梯度达一定时，结构化被破坏。（三）影响悬浮液粘度的主要因素1、加重质性质对悬浮液粘度的影响由于悬浮液的粘度和结构化的形成与加重质的比表面积有关，因此，一切与比表面积有关的加重质性质，如粒度、形状及含泥量等均对悬浮液视粘度有影响。图6-5可以看出，在同样容积浓度下，加重质dhdu0的粒级越小，悬浮液的视粘度也越大，而开始形成结构化的浓度越低。选矿工艺对加重质粒度有一定的要求，它与所用设备的工作条件及被选物料的粒度有关。图6-6说明加重质颗粒的形状对悬浮液视粘度的影响。从图中可以看出，加重质颗粒的形状越接近球形，悬浮液的视粘度愈小。2、含泥量的影响悬浮液中若混有一部分微细粒级的泥质，将使悬浮液粘度显著增大。因泥质物粒度细，表面积大，不但使悬浮液流动时内摩擦力变大，而且使悬浮液容易结构化。泥质的存在往往使悬浮液粘度增大到0.5-1.0倍，在个别情况下，甚至使悬浮液完全丧失流动性，从而起不到分选介质的作用。矿泥含量对硅铁悬浮液粘度的影响如图6-7所示。所指的矿泥是指粒度小于10一2O微米的颗粒。其中一部分是由原矿石带入，另一部分则是在使用过程中加重质经磨剥所生成的新矿泥。泥质对悬浮液粘度的影响是随悬浮液中含泥量的增大而增大，而且，悬浮粒本身的粒度越细，悬浮液的密度越高，亦即悬浮液本身粘度越高，这种影响也越为显著，如图6-8所示。3、药剂的影响某些阴离子和阳离子表面活性剂可降低悬浮液的粘度。如图6-9所示。降低粘性提高分选速度，但稳定性下降，分选条件难控制。4、温度的影响温度升高，粘度降低。可以认为，不同温度下，悬浮液的粘度与相同温度下水的粘度之比始终不变。三、悬浮液的稳定性重力场中，悬浮液上、下层物理密度不稳。上层固粒少，下层固粒多。重介质密度不稳定，影响按密度分选精确性。保持悬浮液自身各部分密度不变的能力称悬浮液的稳定性。通常用加重质颗粒在悬浮液中沉降的速度的倒数，表示稳定性大小，作为稳定性指标，用Z表示。Z=1/vZ越大，悬浮液的稳定性越好。影响稳定性的因素：1、加重质粒度粒度小，悬浮液稳定性好。因