新型分選分級機研制及其試驗研究

張旭東，樊民強

(太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西 太原 030024)

新型分選分級機研制及其試驗研究

張旭東，樊民強

(太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西 太原 030024)

摘要：在分析液固流化床性能的基礎上，研制了一種新型煤泥分選分級機，闡述了它的工作原理與特點。以浮選尾煤為研究對象，分別進行了無頂水和有頂水的分選試驗。結果表明，該分選分級機對浮選尾煤具有良好的分選降灰和分級效果。在底錐增加上升頂水的掃選環(huán)節(jié)有助于提高設備的分選分級效果，能夠從高灰浮選尾煤中回收灰分28.48%，產率23.64%的+0.125mm低灰中煤，具有良好的分選效率，應用前景廣闊。

關鍵詞：分選分級機；浮選尾煤；頂水

在煤炭洗選過程中，進入浮選系統(tǒng)的細泥量不斷增加，導致細粒煤可浮性變差，浮選效果降低，浮選尾煤灰分偏低，精煤損失增加，造成了寶貴資源的浪費。因此，尋求合理有效的分選方法與設備對浮選尾煤進行回收精煤或中煤很有必要[1]。

TBS作為一種高效處理粗煤泥的分選設備，已廣泛應用于工業(yè)生產[2]。經過近十年的研究完善，國內外各種新型的干擾床分選機層出不窮，日漸成熟[3-4]。Erize公司研制的水力浮選分選機，實現了浮選和重選的聯合分選[3，5]。RC分選機添加了傾斜版，增大了顆粒沉降面積。其結構較為復雜，不易檢修與操作[6]。Allflux分級機實現了細粒級物料的高效分級，產出三個不同粒度級的產品，滿足了用戶對不同粒級煤的需求[7]。焦紅光等通過引入阻尼塊，提高了干擾床分選機的分選效果；張義順等人指出了它的最佳入料粒度和濃度范圍[8-9]；該結構的脈動水流不易穩(wěn)定，易波動。李延鋒等人研制了多產品液固流化床，指出該流化床相對于傳統(tǒng)的液固流化床的分選效果好，能夠緩解底流跑粗現象和減輕高灰細泥對精煤的污染，具有更好的適應性和靈活性[10-11]，但該結構較復雜，柱體較高，需要空間大。

筆者在傳統(tǒng)液固流化床的基礎上，研制了一種新型分選分級實驗樣機，并就浮選尾煤進行了初步的試驗研究。

1新型分選分級機

1.1新型分選分級機設計與工作原理

針對傳統(tǒng)液固流化床分選機的分選性能，結合近年來各種新型液固流化床的優(yōu)勢，提出了一種新型三產品分選分級機，其結構示意見圖1。

其工作原理見圖2。物料經過礦漿攪拌桶攪拌，均勻混合后經入料管進入分選分級機的中下部，沿中心錐壁面呈一定的斜面流流動，使得高密度的粗顆粒首先沉降到錐壁面，低密度細顆粒則在斜面流的上層，物料初步按粒度和密度分層。物料流動到“水躍板”底部，受到阻擋后，連續(xù)物料改變流向，沿壁面斜上方反射，呈拋物線運動，使入料顆粒向上和水平向外運動，形成上升物料流。在反射過程中，“水躍板”底部的高密度粗顆粒首先沉降，進入底錐成為尾礦；較低密度粗顆粒和高密度細顆粒則通過中流通道進入中流柱體，成為中煤；低密度細粒級顆粒則在上升水流作用下進入溢流，成為中煤或精煤，實現了多次分選。底錐內設有上升頂水管，用以提供上升水流，實現底流的掃選功能，從而避免底流夾帶低灰中煤(或精煤)問題。兩次上升流(連續(xù)入料上升流和外加頂水上升流)實現了良好的分級效果，降低了底流的跑粗與底流的細粒夾帶。

圖1　新型三產品水力分選分級機結構示意

圖2　反射流分離示意

新型分選分級機特點如下所述。①新型分選分級機入料管底部設有“水躍板”，既避免了入料與上升水流的直接沖擊產生的強烈紊亂現象，減少了物料高密度細顆粒與低密度粗顆粒的錯配，又利用斜面流原理和水躍作用，使物料顆粒在連續(xù)的入料中利用顆粒自身的性質就實現了多次分選。②底錐設有頂水，可提供均勻的上升水流。入料經過數次的分選后，初尾進入底錐，在上升頂水的作用下尾煤夾帶的低灰精煤或中煤得到再次回收。尾煤中夾帶的高灰細泥被上升水流帶進溢流，實現細粒級的重新分級，分選分級效果得到提高。③該分選分級機實現了多段分選分級過程，與多產品液固流化床相比，上升頂水用于掃選階段，故上升頂水用量要比常規(guī)的流化床分選分級機的少，節(jié)約了用水，又增添了入料的分選分級環(huán)節(jié)。多段分選環(huán)境的出現，大大提高了設備的分選精度，柱體結構簡單。

2試驗樣品與系統(tǒng)

2.1煤樣性質

試驗煤樣取自山西某選煤廠浮選尾煤經高頻篩脫泥后的篩上產品，煤樣粒度組成如表1所示：從表1看出，-0.5+0.25mm產率為45.08%，為主導粒級。中間-0.5+0.125m粒級產率高達63.59%，灰分為50.07%，灰分較合計總灰分偏低，說明中間粒級中含有部分低灰煤，可用于回收。粗粒級與細粒級的含量低，灰分高，可回收成份少。

表1　煤樣粒度組成表

2.2試驗系統(tǒng)

制作了Φ=200mm，H=430mm的試驗樣機，在實驗室搭建系統(tǒng)進行了初步試驗研究。試驗系統(tǒng)見圖3，主要由攪拌桶、渣漿泵、新型分選分級機、變頻器、清水泵、流量及壓力表等部分組成。

3試驗研究

試驗主要考察了上升頂水量對分選分級效果的影響。在其他試驗條件固定的條件下，改變頂水量的大小，對不同排出口的各產品分別同時采樣，通過對產品篩分，進行粒度分析，并對各粒級進行稱重并化驗灰分，繪制各產品的粒度分配圖和不同粒度產品隨頂水量的變化關系圖。

3.1無頂水試驗

表2和圖4給出了在無頂水的條件下，入料濃度為120g/L，入料量3.2m3/h，入料壓力0.03MPa的試驗結果。

由表2可以看出，溢流產品的總灰分為36.31%，中間產品總灰分為51.94%，底流灰總分為66.12%。溢流產品與中間產品、中間產品與底流產品的灰分分別相差15.63%和12.81%，說明該設備在無頂水情況下，利用自身的連續(xù)入料反射流即可對浮選尾煤起到一定的分選降灰作用。對+0.125mm的分選效果更明顯，可從尾煤中回收產率為14.20%，灰分為24.40%的低灰中煤。對于-0.125mm的高灰細泥來說，其本身灰分已經很高，經分選后溢流產品和中流產品中-0.125mm粒級灰分均有所降低，但仍不能滿足要求，回收意義不大。而其它各粒級均呈現不同程度的降灰效果。說明該分選分級機在無頂水條件下，依靠自身結構優(yōu)勢就可實現初步的分選降灰效果。

圖4為各粒級在不同產品中的分配率，從圖中可以看出：溢流主要為較細粒級，而且基本不夾帶粗顆粒；中流產品主要中間粒度級，兩端粒級則較少；底流則主要出粗顆粒，排粗能力強，說明了該分選分級機具有良好的分級效果。由于等沉比的存在，不可避免的-0.125mm高灰細泥進入溢流，污染溢流產品，這就使得為保證溢流產品灰分，后序作業(yè)需增加脫泥環(huán)節(jié)。

圖3　試驗系統(tǒng)流程圖

圖4　新型三產品水力分選分級機各產品粒度分配圖

粒級/mm溢流中流底流產率/%灰分/%篩上物累計產率/%灰分/%產率/%灰分/%篩上物累計產率/%灰分/%產率/%灰分/%篩上物累計產率/%灰分/%溢流可燃體回收率/%+1----0.4834.450.4834.452.3366.112.3366.110.00+1-0.50.4213.920.4213.927.3541.697.8341.2514.7367.4917.0667.300.85+0.5-0.257.9518.238.3718.0117.2552.3625.0848.8918.1165.0035.1766.1213.09+0.25-0.1255.8333.5714.2024.408.0954.6933.1750.304.3563.9639.5265.887.64-0.1256.6561.7120.8536.303.7166.5536.8851.942.7569.6342.2766.127.75合計20.8536.3136.8851.9442.2766.1229.33

3.2頂水試驗

為了增強分選分級效果，加強對初尾的掃選，提高低灰煤的回收，試驗中在底錐增加了中心式上升頂水，考察了頂水量的大小對各產品的影響。在以上試驗條件都固定的條件下，設置頂水流量為0.1～0.44m3·h-1，各粒級產品灰分隨頂水量變化見圖5(a)～圖5(c)。

從圖5中可以看出，頂水的引入對該分選分級機的分選效果有重要影響。隨著頂水量的依次加大，三個產品中不同粒級灰分均有不同程度的提高，中間粒級0.125～0.5mm變化稍快，粗粒級+0.5mm次之，細粒級-0.125mm較慢。是因為入料中，中間粒度級灰分偏低，有利于實現窄粒級分選，而-0.125mm粒級效果不佳。從以上結果來看，上升頂水對中流產品灰分的影響最大，其他兩個產品較弱，在頂水達到一定流量時，底流基本實現了排高灰尾煤，低灰煤夾帶大幅減少甚至基本不夾帶的良好效果。

當上升頂水量增加到一定程度的時候，底流和中流產品灰分有所下降。這是由于分選腔較小，過大的上升頂水產生了較大的紊亂現象，擾亂了正常分選所需要的懸浮床層，使得顆粒之間產生了錯配。中流產品和底流產品灰分均有所降低，而溢流相對上升頂水較遠，受紊亂的影響較小。

各粒級產品分配率隨頂水量變化規(guī)律由圖6(a)～圖6(c)給出，隨著上升頂水量的增加，溢流產品中-0.125mm粒級分配產率大幅增加，其他兩產品中的該粒級下降，說明頂水量雖然對于高灰細泥的分選作用弱，但對其分級作用強。溢流產品中其他各粒級也不同程度的上長，相應底流產品各粒級總體上均大幅度下降，中間產品各粒級則出現不同的現象，是由于細顆粒受頂水影響，起伏波動較大。

圖5　各產品不同粒級灰分隨頂水量的變化

圖6　各產品不同粒級分配率隨頂水量的變化

由有無頂水條件下的分配曲線圖7看出，增加頂水以后，細粒級主要走溢流，粗顆粒則主要走底流。該分選分級機在增加上升頂水后，分級效果更好。

圖7　有無頂水各產品分配曲線

圖8給出了溢流產品中+0.125mm粒級灰分和產率、可燃體回收率與上升頂水量的關系，各指標參數與頂水量基本成正相關關系?？扇俭w回收率增加了12.58%，灰分增加4.08%，產率增加9.45%，上升頂水的掃選環(huán)節(jié)作用效果明顯。溢流回收得到的這部分低灰中煤可用重浮聯合再選工藝等方法從中進一步回收精煤[12]。新型分選降灰裝置的應用，可降低尾煤回收成本。

圖8　溢流+0.125mm灰分與產率、可燃體回收率試驗值與擬合值對比

對圖8各試驗點進行擬合，0點接近于無頂水時的數值，考慮到實際分選過程，可燃體回收率和產率均不得超過100%，灰分不超過原樣合計灰分51.84%，所以選用一個常數項與威布爾分布構成的數學模型來擬合試驗數據，結果如下。

溢流+0.125mm產率與頂水量關系見式(1)。

rc=100×[1-0.8587e-0.5977X1.9728]

(1)

溢流+0.125mm灰分與頂水量關系見式(2)。

Ac=51.84×[1-0.5295e-0.2592X0.5704]

(2)

溢流+0.125mm可燃體回收率與頂水量關系見式(3)。

Ec=100×[1-0.7862e-1.0883X2.1974]

(3)

式(1)～(3)中：Ec為可燃體回收率，%；rc為產率，%；Ac為灰分，%；X為頂水量，m3·h-1。

由數學模型得到圖8擬合曲線，通過對計算值與試驗值運用偏差平方的方法和進行誤差檢驗，式(1)～(3)的偏差平方和分別為0.6927、0.2435、0.0555，擬合精度高，可作參考。

4結論

1)設計了一種具有反射水躍裝置的新型分選分級機，本身無運動部件，能耗低，可一次分選得到三個產品。

2)無頂水條件下，在尾煤再選試驗中得到產率為14.20%，灰分為24.40%的+0.125mm低灰中煤，對處理尾煤具有良好的分選分級效果。

3)底錐增加上升頂水的掃選環(huán)節(jié)作用明顯，在一定的上升頂水范圍內，隨著上升頂水量的增大，

分選分級效果更好。溢流產品+0.125mm可燃體回收率、灰分與產率均與上升頂水量基本成正相關關系，灰分提高到28.48%，產率提高到23.64%，效果明顯。

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Development and test study on a new type of separation classifier

ZHANGXu-dong，FANMin-qiang

(CollegeofMiningEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China)

Abstract:On the basis of the analysis of liquid-solid fluidized bed performance，a new type of separation classifier was developed and the working principle and characteristics of it wereanalyzed.In the coal flotation tailings as the study object，no top water and top water separation studies were testedrespectively.The results show that the separation classifier forcoalflotation tailings has good separation effect on reducing ash and grading.At the end of cone increasing rising top water scavenging process is helpful to improving the separation classification effect，andacquiringash 28.48% recovery from high ash coal flotation tailing and 23.64% yield of +0.125mm of low ash coal，with good separation efficiency and application prospect of wide.

Key words：separation classifier；coal flotation tailings；top water

收稿日期：2015-07-21

基金項目：國家自然科學基金項目資助(編號：50974094)

作者簡介：張旭東(1991-)，男，山西大同人，碩士研究生。E-mail：1250572874@qq.com。 通訊作者：樊民強(1964-)，男，山西永濟人，教授，博士。E-mail：fanminqiang@sohu.com。

中圖分類號：TD94

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)04-0159-05