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粗煤泥独立重介质分选技术到底是怎样的一种技术?

时间:2020-08-31     作者:葛家君,孙吉鹏【原创】

近年来,随着矿井开采条件的日趋复杂,原煤中细粒级粉末煤含量不断增大,加之越来越多的原煤破碎后产生大量次生煤泥,而且煤泥性质复杂,生产指标难以稳定控制。因此对于20.15mm粒度级粗煤泥的有效分选正受到选煤行业的广泛关注,国内许多科研院所及企业纷纷涉足研究,相关技术及工艺设备也相继问世,并且得到工业应用推广。但时至今日,各类粗煤泥分选工艺设备均存在工况条件要求苛刻、适应能力差、分选指标不稳定等相关困扰,因此粗煤泥高效分选工艺设备的研究与开发仍是目前粗煤泥分选方面有待提高的关键技术。

1 粗煤泥分选常用设备及工艺特征

国内现今常用粗煤泥分选设备主要包括螺旋分选机、干扰床分选机(TBS)、水介质旋流器以及传统煤泥重介质旋流器。各设备适用范围及应用环节存在较大差异。

(1) 螺旋分选机。该设备普遍应用于动力煤选煤厂粗煤泥分选工艺环节,适用于大于1.7kg/L密度级物料的排矸作业,但其分选精度有限,文献显示分选精度E值仅为0.200.25kg/L(GB50359—2005),对于难选粗煤泥,不能实现低密度分选得到合格精煤灰分。部分现场将螺旋分选机与脱泥设备组合使用,可达到洗选低灰精煤产品的目的,但此类组合对于粗煤泥的粒度组成及浮沉组成有特定要求。

(2) 干扰床分选机(TBS)TBS的分选原理为粗煤泥在自身与水形成的两相流中按沉降速度分层,通过上升水流的扰动(干扰沉降过程)实现煤泥分选,一般分选精度E值为0.080.15kg/L。该设备要求入料粒度范围窄,多数控制最大粒度与最小粒度之比在4倍关系范围内,生产实践中得出的常用分选粒度范围为10.25mm。该设备对入料煤泥水浓度及本身自动操控要求较高,其分选密度在1.301.80kg/L范围,但此范围为实测分选床层密度监控,难以精准控制。

(3) 水介质旋流器。利用大锥角形成自生分选床层,对煤泥进行分选,但设备分选层薄,分选时间短,因而分选煤泥效果有限;在洗选低灰精煤产品过程中,溢流轻产物要求高效脱泥,底流尾矿也难以达到40%以上的较高灰分,仅适用于少数易选煤种,国内选煤厂未普遍推广。

(4) 传统煤泥重介质旋流器。采用圆筒、圆锥两产品结构特征,工艺主要应用于不脱泥重介质分选系统,处理重介质系统中分流的部分合格介质悬浮液,分选悬浮液自身所存在的煤泥,分选出的产品同悬浮液分别给入精煤磁选机及中煤矸石磁选机。

依据重介质工艺脱介筛筛缝尺寸等限制,一般传统煤泥重介质旋流器来料粒度不大于1.0mm,而文献显示1.50.5mm煤泥重介质分选精度E值为0.080.12kg/L(GB503592005),但因分流来料密度恒定,且分选出的产品直接给入磁选机,无法快速检测煤泥重介质产品灰分,因此实际应用中,极少反馈指标数据。另传统煤泥重介质要求入料压力高,但重介质分流量大小受生产控制影响,稳定性难以保证,势必影响实际分选效果,因此,在煤泥重介质选型及工艺设计时需重点考虑。

针对现有粗煤泥分选存在的问题及弊端,开发一种适应能力更强、分选精度更高、产品指标可控可调的粗煤泥分选工艺设备是目前主要研究方向。

2 粗煤泥独立重介质工艺设备设计

2.1 煤泥重介质工艺流程

鉴于重介质工艺的分选效果优于其他设备的优势,海王公司将其与粗煤泥分选相结合,开发出了一种独立的粗煤泥重介质分选工艺系统,其流程如图1所示。

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图1 粗煤泥三产品重介质分选工艺设备联系图

粗煤泥独立重介质洗选工艺以双锥体三产品重介质旋流器为核心,配套相关的脱介、脱水设备,主要包括分级、混料、分选、脱介、脱水、密度控制、稀释水及集控系统等部分。工艺系统具体涵盖以下部分:

(1) 煤泥水经分级、浓缩后进行脱水脱泥处理,得到粗煤泥原料;

(2) 粗煤泥直接与配置成一定密度的合格介质悬浮液混合,再由泵送入双锥体三产品重介质旋流器分选;

(3) 分选后产品(中煤、矸石可合并为尾煤泥处理,如图1)采用弧形筛脱介和磁选机回收介质,筛下悬浮液及磁选精矿返回混料桶循环使用;

(4) 磁选尾矿经过脱水、脱泥处理得到相应产品,并入主系统产品流程中;所有高灰细泥给入主系统浓缩处理,细颗粒精煤泥则给入浮选系统回收;

(5) 整体工艺设置密度监控、调节控制及远程传输控制,且全部纳入选煤厂主系统控制界面。

2.2 核心分选设备

基于有压三产品重介质旋流器研制的粗煤泥双锥体三产品重介质旋流器,选择两段均为圆筒+圆锥的结构形式,结构参数按物料离心强度最优比例设计,同时加厚分选密度层等优化结构,且旋流器设置在线密度可调装置,以提高悬浮液浓缩度,增强物料分选离心强度,强化粗煤泥低压力高效分选效果。双锥体三产品重介质旋流器结构如图2所示。

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图2 双锥体三产品重介质旋流器结构示意

2.3 独立重介质系统的特征

(1) 入料适应范围广。可处理原煤脱泥筛下粗煤泥、磁选尾矿及跳汰煤泥水等各类原料。

(2) 入料粒度范围宽。根据磁选机通过粒度,可满足重介质系统粒度上限至2mm,粒度下限至0.15mm(重介质分选理论下限为0.074mm),可适应选煤厂各种粉末煤及部分跑粗、夹细粗煤泥的工矿条件。

(3) 具备独立的重介质工艺系统。不受主系统影响,无需连续补介,系统介质悬浮液闭路循环使用;设有独立密度控制系统,生产产品指标可控可调,灵活方便。

(4) 粗煤泥独立重介质分选系统适应能力强。可应对各种难选、极难选性质的煤泥,可满足现今选煤厂各种产品指标需求。

3 工业应用

3.1 选煤厂分选工艺

山东许厂选煤厂原设计工艺为:原煤预先脱泥后,经主、再选两段两产品重介旋流器分选,其中一段排矸,二段精选。脱泥筛采用两层式,两层筛缝分别为φ0.63mmφ2.0mm。脱泥筛中层脱除20.63mm直接给入再选系统混料桶。下层脱出的小于0.63mm粒级煤泥水,经FX600×2水力旋流器组分级浓缩,溢流给入浓缩池,底流经高频脱水后直接并入中煤。

3.2 粗煤泥重介质选工艺流程的设计

由于预先脱泥系统中的粗煤泥直接作为中煤,造成低灰精煤泥大量损失。依据选煤厂实际需求和煤质难选性质,设计独立重介质分选系统处理粗煤泥,这些粗煤泥主要包括:预先脱泥筛筛下物、精煤磁选尾矿、中煤矸石磁选尾矿及离心液等。通过重介质分选系统的设置,把经过浓缩分级后的粗煤泥给入独立双锥体三产品重介质旋流器分选。此工艺既能保证粗煤泥有效分选,提高精煤回收率,又不会对现有主系统产生影响,产品指标稳定可靠。

粗煤泥独立重介质分选工艺按60t/h设计,采用双锥体三产品重介质旋流器TSMC600/400,具体设备参数及流程如表1、图3所示。

表1 TSMC600/400三产品重介旋流器技术参数

图3 粗煤泥独立重介质旋流分选工艺流程示意

4 应用效果

检测选煤厂采用粗煤泥独立重介质分选系统改造完成后,为评定其分选效果,对核心分选设备双锥体三产品重介质旋流器进行了单机检测,对分选精度、分选效率进行了测算,结果见表2及图4

表2 TSMC600/400粗煤泥重介质旋流器分选性能指标(2.0~0.15 mm)

图4 粗煤泥可选性曲线及重介分选分配曲线(2~0.15 mm)

由表2中入料20.15mm粗煤泥浮沉组成绘制可选性曲线。可选性曲线表明粗煤泥重介质分选工艺的入料粗煤泥洗选精煤灰分8.73%时,精煤理论产率为62.34%,理论分选密度为1.405kg/L±0.1密度级百分含量为45.89%(去矸),粗煤泥可选性属于极难选。

由表2重介质分选数据得到图4分配曲线,核算实际精煤产率58.24%,中煤产率28.31%,矸石产率13.45%,均方差0.758;一段分选密度1.408kg/LE10.037kg/L;二段分选密度2.148kg/LE20.087kg/L。结果显示,粗煤泥独立重介质分选工艺及分选效果达到预期技改目标,实现了粗煤泥的高效分选回收,创造了显著的经济效益。双锥体三产品重介质旋流器分选效果评定见表3

表3 TSMC600/400型粗煤泥三产品重介质旋流器工艺性能评定报告表(2.0~0.15 mm)

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5 结论

(1) 粗煤泥独立重介质分选工艺系统,可实现粗煤泥的高效分选,工业应用结果表明,其分选精度E1=0.037kg/L,数量效率93.42%,达到了较优的分选效果。

(2) 对粗煤泥的分选效果表明,该系统可实现2mm的入料粒度要求,分选密度可根据指标要求独立灵活调整,实现了生产指标的可控可调。

(3) 根据煤质,此工艺可达到洗选精煤灰分小于10%的指标要求,且矸石灰分达到70%以上。

(4) 工业现场实际生产统计表明,该系统因配介密度低(1.251.35kg/L),介质消耗少,生产中实测吨煤介耗达到现有国标设计规范中小于2kg的技术要求。

(5) 与其他粗煤泥分选工艺相比,粗煤泥独立重介质分选系统较为复杂,一次性投资成本较高,但实际分选效果优于其他工艺系统。在后续应用中可继续优化,简化流程,从而与现场工艺相匹配。

(6) 此工艺系统因脱介筛上物料进入磁选回收介质,致使实际入料粒度受制于磁选机通过粒度。且此工艺系统介质消耗主要由磁选机把控,因此需统一考虑磁选机能通过的物料粒度及介质回收量。

通过对粗煤泥重介质分选的研究,设计出的独立重介质分选工艺系统,其工业应用达到预期目标,整体效果优于其他粗煤泥分选设备。该工艺的成功应用,进一步扩大了粗煤泥分选工艺的选择范围,为可选性较差的粗煤泥高效分选提供了可行途径,为选煤厂提高经济效益奠定了技术基础。

◎作者简介:葛家君(1983—),男,安徽合肥人,2006年毕业于安徽理工大学矿物加工工程专业,工学学士,威海市海王旋流器有限公司技术中心煤炭所所长,工程师。

◎引用格式:葛家君,孙吉鹏,江润平,等.粗煤泥独立重介质分选技术研究与工业应用[J].煤炭加工与综合利用,2019(4):12-15.


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