重介质分选技术的

重介质分选技术的一、选煤发展概况二、重介质选煤的历史和现状三、重介质选煤的原则工艺流程四、选煤实践中的某些问题五、结束语内容提要第2页,共44页，2024年2月25日，星期天年份总产煤量（亿吨）入洗能力（亿吨）200827.912.5200929.7315201032.417.8201135.219.3一、选煤发展概况2010年各种选煤方法比例（%）跳汰30.5重介55浮选9.5其它5受2008年开始的世界性经济危机对我国经济发展影响，同时我国经济调控和转型，要求到2020年单位GDP碳排放量降低40~45%和不断提高可再生能源比例等政策，对我国煤炭生产和洗选的发展都产生重要影响第3页,共44页，2024年2月25日，星期天有机重液：

三氯乙烷（1.46kg/l）四氯化碳（1.6kg/l）二溴乙烷（2.17kg/l）溴仿（2.81kg/l）等无机盐溶液：氯化铁，氯化钙，氯化锰，氯化钡和氯化锌溶液等1.重介质选煤的历史二、重介质选煤的历史和现状第4页,共44页，2024年2月25日，星期天重悬浮液：磨细高密度矿物+水可用矿物有：粘土（2.6t/m3）煤矸石（2～2.6t/m3）砂（2.65t/m3）重晶石（4.5t/m3）磁铁矿（5.18t/m3）硅铁（15%si）（6.8t/m3）方铅矿（7.8t/m3）

第5页,共44页，2024年2月25日，星期天（1）重力分选机（分选槽），作为+13mm（或+6mm）块煤的分选设备，现在都用悬浮液——磁铁矿粉和硅铁粉。图1重介质静力分选基本原理1—给料；2—水平流动区；3—精煤：4—沉物；5—上升流介质入口；6—水平流介质入口2.重介质选煤设备第6页,共44页，2024年2月25日，星期天由于产品排出方法不同，演变出多种形式，包括两产品和三产品。

图2重介分选机的基本形式1-1设备种类第7页,共44页，2024年2月25日，星期天

图3矿粒在静止介质中受力在静止的均匀介质中颗粒所受的力:重力F重＝ρ固·V·g浮力F浮＝ρ介·V·g倘若

F重－F浮＝（ρ固－ρ介）·Ｖ·g即F重＞F浮，颗粒下沉，粒越大，沉得越快。

F重＝F浮，颗粒静止不动。

F重＜F浮，颗粒上浮，粒越小，浮得越慢。1-2重力分选机的原理第8页,共44页，2024年2月25日，星期天在运动的介质中介质会沉降分层。为保证介质相对均匀，常采用流动介质。如与重力方向相反的上升流（浅槽分选机）。于是：

图4矿粒处在运动介质中显然：u越大，被带到溢流的颗粒的密度越高，颗粒越细，被带到溢流的颗粒的密度越高。第9页,共44页，2024年2月25日，星期天图5浅槽分选机原理*结果，实际分选密度将明显高于介质（干扰床层）的密度。*以浅槽分选机为例（图5），干扰沉降速度大于上升流速的矿粒，会穿过干扰床层沉降，由沉物刮板排出，而相反，干扰沉降速度小于上升流速的矿粒则上浮，被水平流带出成为浮物。*既然是粒群在介质中的径向运动，它必定受干扰沉降规律的制约。即在分选槽内某区域形成一个相对稳定的“干扰床层”，其密度稍高于介质的密度。第10页,共44页，2024年2月25日，星期天*分选也受等沉比限制。但是，密度低于介质密度的精煤。不论粒度大小，均浮起进精煤。只有密度接近介质密度的高灰中煤和细粒矸石，其去向受等沉比限制。例如：因此，要根据煤质和分选密度的要求，可在介质密度、上升流、水平流、循环介质量和矸石排放速度等因素进行合理调节，以便达到良好的分选效果并降低介耗。第11页,共44页，2024年2月25日，星期天图6两产品重介质旋流器1—入料管；2—锥体；3—底流口；4—溢流管；5—溢流室；6—基架（2）离心力分选机——重介质旋流器

为提高重介质分选机的生产能力及分选更细粒度的煤，开始研究分离力大得多（十几倍到几十倍重力）的分选机——重介质旋流器。

1945年荷兰矿山局研制了DSM旋流器。第12页,共44页，2024年2月25日，星期天图7重介质旋流器分选过程2-1DSM重介质旋流器分选过程经50多年研究和生产发展出多种旋流器：包括切线（摆线）入料，中心（无压）入料，两产品，三产品（扫选型和精选型）等等众多类型的重介质旋流器。第13页,共44页，2024年2月25日，星期天图8两产品重介质旋流器的基本形式2-2重介质旋流器的种类第14页,共44页，2024年2月25日，星期天图9三产品重介质旋流器的基本形式第15页,共44页，2024年2月25日，星期天2-3重介质旋流器的分选原理2-3-1旋流器中流体运动的基本形式及速度分布

a水力旋流器中流体的基本运动形式

b旋流器内液流轴向速度分布图

c激光测速仪实测出的水力旋流器内液流径向速度图10在水力旋流器中流体的基本运动形式和速度分布1.外旋流；2.空气柱；3.内旋流；4.最大切线速度轨迹面；5循环流；6.轴向零速包络面；7.短路流第16页,共44页，2024年2月25日，星期天图11旋流器中悬浮液的密度场a-圆筒圆锥型旋流器，悬浮液的入料密度为1.40t/m3；b-圆筒型旋流器，悬浮液的入料密度为1.40t/m3；2-3-2密度分布第17页,共44页，2024年2月25日，星期天2-3-3旋流器的分选过程图12旋流器的分选过程第18页,共44页，2024年2月25日，星期天

悬浮液和煤粒进旋流器后，分别开始离心干扰沉降。并在入料压力下被推向锥体和底流口。

按离心干扰沉降规律，精煤颗粒逐渐穿过轴向零速包络面，进入内旋流，经溢流口排出成轻产物。

所有不能穿越零速包络面的高密度颗粒运动到锥底，由底流口排出成重产物。

由于离心干扰沉降的结果，实际分选密度会高于介质密度，细粒的分选密度和Ep值均会高于粗粒的相应数值。⑤可能达到的有效分选粒度下限，约为介质粒度d50的4-5倍。第19页,共44页，2024年2月25日，星期天⑥轴向零速络面的形状，其最下端在何处结束，受到各种因素的影响：⑦包络面最下端的分离密度，应该就是旋流器的分选密度。该分选密度既与包络面下端介质密度有关，也与该处干扰沉降强度有关，取决于干扰沉降作用的强弱。实际分选密度也不同程度地高于该处实际介质密度。a:入料密度组成b:溢流口和底流口尺寸比例c:给料量大小d:介质性质（粒度组成，煤泥含量，浓缩度）e:入口介质压力f:旋流器的结构第20页,共44页，2024年2月25日，星期天（3）重悬浮液分选原理剖析重介质悬浮液比较稳定，即加重质颗粒沉降慢，而同时被分选的煤粒该浮的快速浮起，该沉的快速下沉。即要求加重质粒度细（密度愈大要求越细），而被分选的煤粒相对较粗，即要求加重质的粒度与被分选煤粒的粒度有较大差别（约7~10倍）才能实现重介质分选；3-2、阿基米德原理3-1、重介选的基本要求

煤在重悬浮液中分选和在真重液中一样，服从阿基米德原理：密度小于颗粒周围介质平均密度者上浮，若大于则下沉。第21页,共44页，2024年2月25日，星期天3-3

、沉降规律

煤粒在介质中的分离运动服从干扰沉降的规律。被分选煤粒及加重质颗粒分别进行干扰沉降。若两者粒度接近时，两者的干扰沉降互相影响，于是正常的重介分选被破坏。这是决定有效分选粒度下限的最重要因素。总之，是在不同条件下，重介浮沉+干扰沉降3-4、各粒级以及总的分选精度，取决于其分选力和干扰力的作用强度和物料在分选机的停留时间（即粒群分离动力学规律）第22页,共44页，2024年2月25日，星期天

（4）各种重介分选设备的特点4-1

强斯水砂分选机和水介旋流器4-2

浅槽分选机

主要分选作用是干扰沉降，因而入选粒度范围的宽窄对分选结果有较大影响，其分选精度也远不如其它真正的重介质分选机和重介旋流器。

应用最广：用于动力煤块（+6mm）和炼焦煤的预分选，其结构简单，处理量大（＞100t/m·h），分选精度高（Ep=0.02-0.04）更重要的是可用较低密度介质（1.5kg/l）实现较高密度的分选（1.9-2.0kg/l）。但是循环介质量大(达到1：2)，并且排矸链条磨损大。

假若上升介质流增大，干扰沉降效应就明显，介质密度与实际分选密度的差距也增大。第23页,共44页，2024年2月25日，星期天

有利于提高入料粒度上限，大直径旋流器可提高到100mm以上，排矸能力亦大幅度提高，并可减轻磨损，减少次生煤泥量（比切线给料约减少4%）。可不设混料桶但要增加给料桶，入料要预先润湿，给料桶的设计和安装要合理。

多入介口旋流器可减低入口介质压力，降低能耗，据报导还可提高分选精度。4-3

中心（无压）给料旋流器4-4、多入介口旋流器第24页,共44页，2024年2月25日，星期天

三产品重介旋流器可简化流程，可用低密度介质实现高密度分选，但分选精度稍差（二产品Ep=0.02~0.04，三产品一段Ep1=0.02~0.05，二段Ep2=0.04~0.07),

而且二段分选密度不易调节。

精选型三产品旋流器具有极高分选精度适合极难选煤和超纯煤的制备。4-5、三产品重介旋流器4-6

、精选型三产品旋流器第25页,共44页，2024年2月25日，星期天颗粒粒度mm图13颗粒粒度对重介质分选精度的影响4-7煤泥重介旋流器

原理：当煤的粒度是加重质粒度的10倍以上时，是重介选原理；当煤粒度接近加重质粒度时，离心干扰沉降起作用，分选效果变差（图13）。要降低分选粒度下限，可提高离心因数、使用较高密度的超细加重质。优点：＊分选精度高、下限可达到0.1mm；＊费用较低（在重介选煤厂中使用时）；＊对氧化煤、难浮煤泥具有优势。第26页,共44页，2024年2月25日，星期天煤泥重介的缺点：＊介质制备费用增加；＊介质回收的难度增大，介耗增加；＊细粒精煤回收困难；煤泥重介现状与经验：在美国、南非、澳大利亚和俄罗斯都有研究，并在生产中成功地应用。我国近年来也注意该工艺的开发和应用。国外生产经验：分选粒度范围：1～0.1mm；精煤回收用打击弧形筛、德瑞克高频筛分级(0.15或0.1mm)；①尽可能预先脱除-0.1mm部分；②加重质的粒度：>90%-40μm，>50%-10μm；③循环介质要退磁。第27页,共44页，2024年2月25日，星期天国内生产经验：简化的生产流程：将部分循环介质从精煤弧形筛下分流出，用泵给入煤泥重介质旋流器分选。认为这样做可以得到较细的介质，希望达到更细的分选粒度下限。实际上部分地起到改善主选旋流器分选下限，降低从精煤磁选尾矿回收的粗粒精煤的灰分。多用φ150～300mm重介旋流器，处理<0.5mm煤泥加重质粒度：100%<0.075mm分选精度：EP=0.06～0.10；介耗：2kg/t原煤左右。精煤回收：弧型筛、高频筛、离心机等（0.2~0.3mm)第28页,共44页，2024年2月25日，星期天存在问题：①分流的循环介质量有限；②大型旋流器分选粒度下限较粗，部分煤泥损失到了矸石和中煤中（中、矸磁选尾矿中）；③煤泥重介旋流器的轻产物需经分级处理（将小于分选粒度下限的部分分离出去）。第29页,共44页，2024年2月25日，星期天用途：分选1~0.30mm粗煤泥。减少重介选的介耗。对窄粒级Ep=0.06~0.15等沉比否则不可能分选。分选粒限4-8TBS分选机

原理：干扰沉降分级和分选。单一密度的物料（如砂子）它就是分级机，多密度多粒度入料可以作为按密度分选的设备，但是粒度范围受限制，即（牛顿）1=m=1/2(斯托克)第30页,共44页，2024年2月25日，星期天

在此条件下，若入料上限1mm，那么分选下限能达到0.3mm左右。粒限越窄，中煤含量越少，分选精度越高。第31页,共44页，2024年2月25日，星期天

（5）重介质选煤的优点与缺点*优点

a.分选精度高，适合于难选和极难选煤；

b.分选粒度范围宽;静力分选槽1000~6mm重介旋流器100(80，50)~0.2mm,

减少浮选量，提高细粒级的分选效率。

c.结构简单，特别是重介质旋流器；d.分选比重易调节（三产品旋流器二段除外）容易自动化。*缺点

a.流程复杂（增加介质回收再生系统）;

b.能耗较大，介质有损耗，设备磨损大，加工费较高;

c.重介质旋流器对入料煤质波动的适用能力很差。第32页,共44页，2024年2月25日，星期天主要有三类：1.块煤排矸（+13或+25mm进重力分选机或动筛跳汰机），末煤不入选；2.

块煤排矸（重力分选机或动筛）+末煤重介旋流器；3.

块煤（+50或+80mm）破碎与末煤混合用旋流器分选。需要全粒级入洗时，第3类流程较简单，但在没有原煤均质化的情况下，第3类流程不是最优选择。三、重介质选煤的原则工艺流程第33页,共44页，2024年2月25日，星期天四、选煤实践中的某些问题1.选前脱泥与否

原生煤泥含量较少（例如小于~20%），在使用中小直径（例如小于1200mm）旋流器时，可以不脱泥，可充分发挥重介旋流器分选粒度下限低的优点，否则以脱泥为佳。2.中心（无压）给料旋流器入料预先润湿和入料斗的设计和安装

由于处理不当，出现精煤带细矸和分选粒度下限受影响现象。第34页,共44页，2024年2月25日，星期天图14给料斗

*不宜在给料运输刮板上润湿，应在给料斗中润湿和分散。*给料斗起润湿，分散和回旋作用，旋转方向与旋流器一致。因此断面要呈圆形，有足够容积和高度锥角不宜太小（90°以上）。*入料斗安装和操作得当——☆入料煤不应直接落入中心孔，宜多点分落周边，最好两点切线加介润湿，加介量约10~20%。

☆运行时保持有力旋转和完好的中心空气柱。第35页,共44页，2024年2月25日，星期天3.三产品旋流器一二段的连接方式图15无压给料三产品重介质旋流器两段的链接

两段采用平行布置顺连接比垂直布置合理。第36页,共44页，2024年2月25日，星期天4.重介旋流器对入料煤质变化的适应性较差*高含矸率易选煤——☆特点：块煤含矸率很高，波动大，末煤含矸率较低，而且较稳定。☆影响：实际分选密度波动，精煤质量不稳定；泵、旋流器和管道磨损严重；中煤灰分高，发热量低；影响旋流器处理能力，能耗高，加工成本高。☆建议：块煤预排矸（浅槽，斜轮或动筛）；原煤均质化，加大二段底流口；其它（视具体情况），包括使用跳汰（或跳汰粗选重介再选流程）。第37页,共44页，2024年2月25日，星期天*低含矸率难选煤——☆影响：矸石不纯，中煤含量高，灰分偏低。☆建议：尝试二段使用小直径抵流口或矸石筛分，视情况将筛下物掺入中煤。5.脱介问题*平面固定筛+香蕉筛的配合不可取。

弧形筛+直线振动筛比较合理。平面固定筛的脱介能力远不如弧形筛。香蕉筛是等厚筛，不宜用于脱介。*弧形筛尽量脱干，平面脱介筛取消合格介质段的做法不合理。*弧形筛上不应加喷水。第38页,共44页，2024年2月25日，星期天图16粗粒精煤泥的回收脱泥典型流程6.粗煤泥精煤灰分超标问题

*

目的：充分回收已分选的精煤泥，保证精煤灰分合格以及浮选入料粒度上限。*较完善的流程第39页,共44页，2024年2月25日，星期天图17分级旋流器的工作特性7.有关设备的工作原理和特性*分级浓缩旋流器脱泥能力很强，但不是精确分级，常说的分级精度d50，是进入底流或溢流的机率各占50%