工艺技术_洗选工艺培训教材

洗选工艺培训教材 神东煤炭集团 一 选煤目的二 选煤的主要作业环节三 重介质选煤四 跳汰选煤五 结束语 目录 一 选煤目的 选煤的目的用通俗话说 去杂质 降灰分 提质量 适用户 除去原煤中的杂质 减少铁路无效运输 除去原煤中的杂质 减少环境污染 保护环境 通过洗选加工把煤炭分成不同质量 规格的产品 供应用户对路产品 以便合理利用煤炭 节约能源 二 选煤的主要作业环节 2 1破碎破碎是用外力施加于被破碎的物料上 克服物料分子间的内聚力 使大块物料分裂成若干小块的过程 它具有以下作用 1 满足选煤机械对入选物料最大入选粒度的要求 2 满足用户的粒度要求 3 使煤和矸石分离 为分选提供条件 在煤形成的过程中 受复杂地理条件的影响 煤和矸石常夹杂共生 产生夹矸煤 夹矸煤中煤和矸石的结合处由于煤和矸石内部分子作用力的不同 是最脆弱的 最不稳固的 在夹矸煤受到外力作用时 最容易产生裂纹 进而使夹矸煤破裂 煤和矸石解离 煤和矸石解离越彻底 在洗选过程中 煤和矸石性质差异越明显 如果仅仅从对分选有利角度来看 破碎后物料粒度越小 越有利于分选 2 2筛分碎散物料通过一层或数层筛面被分成不同粒级的过程就是筛分 筛分过程一般是连续的 筛分原料给到筛分机械 筛子 上以后 小于筛孔尺寸的物料透过筛孔 称为筛下产物 大于筛孔尺寸的物料从筛面上不断排出 称为筛上产物 按照应用目的和使用场合的不同 以及筛分作业在生产工艺中担负的任务不同 筛分作业可以分为以下几种 独立筛分 筛分产品作为最终产品供给用户使用 准备筛分 为分选作业提供不同粒级的入选矿物 脱水筛分 脱出水 降低物料水分 脱泥筛分 脱出物料中的细粒 脱介筛分 脱出重介质 选择性筛分 按几何尺寸进行分离 辅助筛分 当筛分作业和破碎作业配合进行时 如果在破碎作业前把合格粒级预先筛出叫预先筛分 它的目的是防止物料过度破碎 可以提高破碎设备的生产能力和减少动力消耗 若用在破碎后以控制破碎产品的粒度叫做检查筛分 它的目的是从破碎设备的产物中 将粒度不合格的大块筛出 以保证产品不超过要求的粒度上限 如图1 图1辅助筛分三种形式 2 3脱水煤中的水分有内在水分和外在水分之分 这里是从煤化学工业应用角度来区分的 有的书籍从水分在物料中的赋存形态 将其分为化合水分 结合水分 毛细管水分和自由水分 外水可以用物理机械的方法脱除 内在水分必须加热或用化学方法脱除 选煤厂所说的 脱水 是指脱除外在水分 常用的脱水设备有 脱水筛 离心脱水机 真空过滤机 压滤机等 脱水筛是以薄层物料通过筛面 由于两者性质的差异 在重力场中的相对运动 进而相互脱离 常用的有固定筛和振动筛两种 各式筛子由于结构和原理的不同入料粒度差异很大 脱水效果受含水物料的性质影响较大 离心脱水机是利用离心力进行固液分离的 其离心力要比重力大上百倍 甚至千倍 所以其处理效果好 而且处理粒级范围宽 但是煤在设备中的破碎程度比较高 煤在滤液中的损失也比较大 而且动力消耗大 设备磨损严重 离心脱水机主要分为过滤式和沉降式两大类 排料是否及时 是否有沉淀层 过滤式主要用于较粗颗粒物料的脱水 其分离因数 离心力与重力的比值 常在80 200之间 沉降式主要用于细颗粒物料的脱水 其分离因数常在500 1000之间 真空过滤机和压滤机都是通过介质使固体颗粒和液体分开而实现固液分离的 真空过滤机分为圆盘式和圆筒式真空过滤机 由于真空过滤机是靠负压工作 压力的上限受到大气压的限制 所以过滤的推动力不大 压滤机常用的有两种 加压过滤机和板框式过滤机 加压过滤机实际上是将类似于圆盘真空过滤机的设备装入特制的压力容器内 利用压缩空气作为过滤的推动力 它具有连续工作 处理量大 产品水分低的特点 板框式压滤机有平板板框式压滤机和凹板板框式压滤机之分 主要区别在于滤室的结构不同 当板框式压滤机工作时 油压液缸将所有滤板压紧在活动头板和固定尾板之间 使相邻滤板之间构成滤室 矿浆由固定尾板的入料孔以一定的压力给入 在所有滤室充满后 压滤过程开始 它工作不连续 但效果比较好 2 4洗选由矿井开采出的毛煤含有大量的矸石和少量的杂物 铁器 木块等 煤化学研究指出 矸石对商品煤的质量有很大的影响 矸石可燃性差 煤可燃性好 商品煤中含矸率越大 燃烧后所剩余的残渣越多 也就意味着商品煤的灰分越大 发热量越低 而且由于矸石中含有较多的无机硫 降低含矸量 还可以降低商品煤中的硫分 商品煤中的硫有有机硫和无机硫两种 有机硫仅能用化学方法脱除 成本很高 选煤厂一般只脱除无机硫 降低含矸率 就要利用矸石和煤物理和物理化学性质的差异 借助各种设备将两者分离 现今 实际生产中采用的方法有重选 浮选 电选 磁选 摩擦选等 在实验阶段的还有生物选煤 但目前 使用比较广泛 技术比较成熟 应用比较成功的是浮选和重选两种 浮选 浮游选矿 是根据煤 矸石界面性质的差异而实现分选的 煤是疏水的 矸石是亲水的 当细粒的煤和细粒的矸石混合物在气水混合物中的时候 煤由于疏水粘附于气泡表面 随着气泡上升而浮出水面 矸石因为亲水而沉于水底 从而实现分离 浮选设备有浮选机和浮选柱两种 而且需要调浆 需要使用起泡剂和捕收剂 重选是利用煤和矸石密度的差异而实现分离和相对富集的 据研究 煤的密度 1 3Kg L 而矸石的密度通常 1 8Kg L 夹矸煤则介于两者之间 夹矸煤密度越大 矸石含量越多 灰分越高 发热量越低 硫分可能越高 由于实际洗选中不可能把煤和矸石彻底的分离 商品煤实际上是满足了用户要求的煤 矸混合物 所以在洗选环节还有一个任务就是分级 对产品按照质量分成中煤 精煤等 2 5拣矸为了减轻洗选作业环节的负担 选煤厂通常设立拣矸作业环节 除去杂物和大块矸石 有两种方式 人工拣矸和机械排矸 人工拣矸 就是用人工在速度比较慢的皮带上拣出杂物和矸石 人工拣矸 劳动量大 劳动强度高 排矸机械有滚筒式碎选机和动筛跳汰机两种 滚筒式碎选机在煤和矸石破碎性差异比价大的时候才可以采用 动筛跳汰机槽体中水流不动 筛板做上 下往复运动 比较节约用水 2 6分级 分级是指把粒度级别比较宽的物料分成若干窄粒度级别产物 常用的方法有筛分和水力分级 筛分分级设备有分级筛和斗子等 水力分级是根据矿粒在运动介质中沉降速度的不同而实现的 矿粒在介质中 包括水 的运动受到密度 粒度和形状的影响 当矿粒粒度比较大的时候 由于受到的重力比较大 粒度和形状的影响相对比较小 但粒度比较小的时候 由于就比较大了 不能再忽视了 常用的设备有 水旋流器 角锥池等 2 7浓缩 浓缩主要用于细煤泥水 水力分级设备产生的溢流 用于矿浆浓度比较低 所以需要排出部分水 提高矿浆浓度 为其它作业环节提供原料 煤泥水在浓缩设备中受到重力的作用 开始沉淀浓缩 这个过程通常有以下几个区 澄清区 自由沉降区 过渡区 压缩区和浓缩物区 浓缩设备主要有沉淀塔 耙式浓缩机 深锥浓缩机等 对于极细颗粒煤泥水 由于其粒度组成很细 重力作用很小 颗粒保持在悬浮状态 必须加入药剂 产生絮凝和凝聚作用 三 重介质选煤 神东煤炭集团洗选工艺主要为重介质选煤工艺 其次是跳汰选煤工艺和复合干法选煤工艺 3 1重介质选煤定义在密度大于1g cm3的介质中 按颗粒密度的差异进行选煤 叫重介质选煤或重介选煤 3 2重介质种类选煤所用的重介质有重液和重悬浮液 简称悬浮液 两类 有机溶液 如四氯化碳 三溴甲烷 苯 二甲苯 和无机盐水溶液 如氯化锌水溶液 氯化钙水溶液 属于重液 它们是稳定介质 放置很长时间能保持自己的物理性质 重液价格高 不易回收 多数还有毒性或腐蚀性 所以没有在工业上使用 只在实验室中做煤炭浮沉试验用 悬浮液是固体粒子和水的混合物 静置后粒子即下沉 使悬浮液密度上 下不一致 为不稳定介质 目前 国内外普遍采用磁铁矿粉与水配制的悬浮液作选煤用的重介质 这种悬浮液可以配制成需要的密度 而且容易净化回收 3 3重介选煤优缺点重介选煤的优点是 分选效率高于其他选煤方法 入选粒度范围宽 分选机的入料粒限为1000 6mm 旋流器为80 0 15mm 生产控制易于自动化 重介选煤的缺点是 工艺复杂 生产费用较高 设备磨损快 维修量大 重介质选煤法使用范围广 可代替人工手拣矸石 不仅分选效果好 生产率高 而且解放笨重体力劳动 对于难选煤和极难选煤 采用全重介选或部分重介选流程 都可提高精煤产率 用重介质旋流器再选跳汰中煤和精煤 可提高精煤产率和产品质量 3 4重介质选煤原理重介质选煤的基本原理是阿基米德原理 即浸没在重介质中的颗粒受到的浮力等于颗粒所排开的同体积的介质重量 重介质选煤一般都分级入选 分选块煤在重力作用下用重介质分选机进行 分选末煤在离心力作用下用重介质旋流器进行 3 5重介质分选机分选原理 浅槽 在静止的悬浮液中 作用在颗粒上的力有重力G和浮力G0 因此 悬浮液中颗粒所受的合力F为 F G G0而G V g G0 V g 则 F G G0 V g V g Vg 式中V 颗粒的体积 m3d 颗粒的粒度 m3 颗粒的密度 kg m3 悬浮液密度 kg m3g 重力加速度 m s2当 时 颗粒下沉 时 颗粒上浮 时 颗粒处于悬浮状态 在重介质分选机中 用悬浮液流和刮板或提升轮分别把浮物和沉物排出 完成分选工作 3 6重介质旋流器分选原理重介质旋流器的选煤过程 物料和悬浮液以一定压力沿切线方向给入旋流器 形成强有力的旋涡流 液流从入料口开始沿旋流器内壁形成一个下降的外螺旋流 在旋流器轴心附近形成一股上升的内螺旋流 由于内螺旋流具有负压而吸入空气 在旋流器轴心形成空气柱 入料中的精煤随内螺旋流向上 从溢流口排出 矸石随外螺旋流向下 从底流口排出 重介质旋流器选煤是利用阿基米德原理在离心力场中完成的 在离心力场中 质量为m的颗粒所受的离心力Fc为 Fc mv2 r式中v颗粒的切向速度 r颗粒的旋转半径 在重介质旋流器中 颗粒所受离心力为Fc V v2 r悬浮液给物料的向心拖力F0为 F0 V v2 r颗粒在悬浮液中半径为r处所受的合力F为 式中V 颗粒的体积 上式表明 当 时 F为正值 颗粒被甩向外螺旋流 当 时 F为负值 颗粒移向内螺旋流 从而把密度大于介质的颗粒和密度小于介质的颗粒分开 在旋流器中 离心力可比重力大几倍到几十倍 因而大大加快了末煤的分选速度并改善了分选效果 3 7悬浮液的制备方式悬浮液的制备方式通常有两种 一种为直接采购合格粒度和品位的磁铁矿粉直接配制 另一种为将采购来的磁铁矿粉进一步加工后再使用 图3 11是重介质选煤时 常的悬浮液回收与净化流程 在图3 11所示的流程中 脱介筛第二段因喷加清水之故 筛下所回收的悬浮液浓度很低 称为稀介质 其中煤泥含量还很高 象这种悬浮液已不能直接复用 必须进行浓缩与净化 一般来说可采用浓缩机 也可用磁力脱水槽或低压旋流器 浓缩 浓缩机溢流可作脱介筛第一段的喷水 浓缩机的底流经两段磁选 一般讲磁选机效率可达99 8 以上 精矿磁性物含量达90 以上 密度达2克 厘米3左右 磁选精矿进入合格介质桶与脱介筛第一段筛下悬浮液混合 构成合格悬浮液 再用泵送到分选机循环使用 为了增加合格悬浮液的密度或降低合格悬浮液中的煤泥量 利用磁选精矿的密度和磁性物含量都高的特点 将一部分浓悬浮液通过变流设备分流到稀悬浮液系统经磁选机净化和浓缩后再返回合格介质桶 这部分浓悬浮液量称为分流量 它的大小可以由自动控制系统根据需要改变 正常生产中 分流量在一常量的上下波动 应该注意的是 由于磁选机的效率不可能达到100 磁选尾矿内存在损失问题 所以分流量越大 磁铁矿损失也越大 因而 不应随意增加分流量 图3 11这种悬浮液回收净化流程比较简单 缺点是细粒磁铁矿和细煤泥容易损失 常用于作为块煤悬浮液回收净化流程 重介质选煤中悬浮液回收与净化的另一种流程如图3 12所示 它与前者不同之处是稀悬浮液先在一低压旋流器内分级 细粒磁铁矿和细煤泥从旋流器溢流出来进入浓缩机 旋流器底流为粗粒磁铁矿和粗粒煤泥 进入磁选机 磁选机精矿进入浓缩机 浓缩机底流进入合格介质桶 浓缩机溢流作澄清水 浓缩机的底流由自动控制系统控制 该系统相对来说比较复杂 优点是能回收细磁铁矿和细煤泥 对末煤重介质选煤流程是有利的 除上述两种流程外 还有一种最简单的直接磁选净化流程 即稀悬浮液不经浓缩 或分级 设备直接进入磁选机 该流程优点是缩短了介质循环路程 减少了管路磨损 提高了悬浮液的稳定性 这种流程要求稀悬浮液尽量减少 磁选机处理能力要大 此外对粗粒磁性介质也可采用重力沉淀回收的方法 3 8合格介质分流量与悬浮液中煤泥含量的关系在悬浮液中煤泥量是处于动平衡状态的 从上述介质回收和净化流程中 我们知道进入悬浮液系统的煤泥有原生煤泥和次生煤泥 而从悬浮液系统排出的煤泥有产品带走的煤泥 稀介质和分流量经磁选后以尾矿形式排走的煤泥 当原煤的数量 质量 选煤工艺流程及分流量等诸因素不变时 按照数质量进出平衡的原则 煤泥不可能在悬浮液系统中无限积存 也不可能在系统中无限减少 进入系统的煤泥量应与从系统中排出的煤泥量维持动平衡 但当某一因素改变时 这个动平衡便遭破坏 表现出煤泥在合格介质中增加或减少 但到一定值后 又在新的基础上达到了新的平衡 如果当分流量增加后 进入系统的煤泥量没变 但从磁选机排出的煤泥量增加了 即从系统排除的煤泥量大于进入系统的煤泥量 那么 合格悬浮液中煤泥含量逐渐减少 合格悬浮液的粘度也逐渐变小 于是脱介筛第一段的脱介效果将会改善 进入脱介筛第二段后稀悬浮液中的煤泥量也会逐渐减少 最后由产品带走的煤泥必然也就减少 结果是从系统中排除的煤泥量逐渐与进入系统的煤泥量趋于平衡 也就是在合格悬浮液中煤泥含量减少的基础上建立了新的平衡关系 当原煤的煤泥含量增加或分流量减小时 合格悬浮液中的煤泥含量会增加 一般情况下可通过改变分流量来调节悬浮液中的煤泥含量 但要知道 当悬浮液密度低 需加大分流量浓缩时 同时会引起悬浮液中煤泥含量降低 操作中要注意这个问题 3 9悬浮液回收与净化的主要设备悬浮液回收与净化的主要设备有 1 脱介筛 多用普通直线振动筛或共振筛 缝条筛面 筛孔为0 25 1 0毫米 按需要选用 2 浓缩设备 主要有耙式浓缩机 磁力脱水槽和螺旋分级机 3 介质桶 在重介质选煤中 介质桶可分为合格介质桶 稀介质桶和高密度介质桶三种 它们除为了配制和储存重介质外 在整个工艺流程中还需作为工作介质的缓冲容器 介质桶底为圆锥形 锥角60度 为了防止加重质的沉淀 工作时靠压缩空气 6 8个大气压 搅拌 4 磁选机是根据各种矿物磁性的不同 因而在磁选机的磁场中受到不同的作用力使矿物达到分选的一种选矿机械 在重介质选煤流程中 磁选机是用来回收稀悬浮液中的磁性物质 如磁铁矿等 磁选机的磁选过程是 稀悬浮液给到磁选机下部空间时 磁性矿粒使被磁极吸引附着到圆筒表面 它们随着圆筒一起转动到一定位置后离开磁场 磁力消失了 磁性矿粒受重力和离心力作用落到精矿槽成为精矿 非磁性物不受磁极吸引由下部排出成为尾矿 3 10悬浮液在回收和净化过程中的损失原因用后的悬浮液不可能百分之百的回收 必然有一些被产物所带走 悬浮液在净化过程中总会有一些加重质流失到磁选尾矿中去 故而造成加重质损失 重介质选煤厂 加重质损失的大小 是一项主要的技术经济指标 它不但关系到原材料消耗量的大小 而且还能影响重介质系统生产是否正常和稳定 由产品带走和磁选机尾矿中流失的加重质 磁铁矿粉 之和 折合成每吨原煤的介质损失量 称为磁铁矿粉的技术损失 由于运输 转载和添加方式不佳等管理不善而造成的磁铁矿损失 称为管理损失 两者之和为实际损失 按国内外较好水平要求 重介质选分块煤其介质实际损失应低于0 5公斤 吨原煤 末煤重介质选时 介质的实际损失要低于1 5公斤 吨原煤 重介质损失一般规律是块煤重介质损失比末煤要少 悬浮液密度低的比高的损失小 有的厂技术损失不大 但实际损失较大 这可能是设备事故及磁铁矿存放 运输 制备的损失 或者是检查中没发现但生产中存在的损失 如突然加大分流量造成磁选尾矿中损失过多 在生产过程中磁铁矿粉损失过大就应查原因何在 如管理损失比例大时要从磁铁矿储存 转运 添加方式方法等方面进行检查 加强管理 如技术损失大时 要检查各工艺环节 产品带走的比例大 要改善脱介筛工作效果 若磁选机尾矿损失大 要提高磁选机回收率 如因分流量突然加大而造成的磁选机损失大 就应该控制分流量 3 11如何降低磁铁矿粉的损失量从生产实践经验表时 可以从下列几方面着手降低磁铁矿的损失 1 改善脱介筛的工作效果要采用高效率的脱介筛和开孔率大的筛网 在脱介筛前设固定筛或弧形筛 重介旋流器底流悬浮液的比重很高 脱介效果差 可引入一部分精煤筛下合格悬浮液冲稀底流 改善脱介效果 产品脱介筛喷水要足 清水可用有压喷水 循环水可用无压喷水 2 可采用稀介质直接磁选工艺实践证明 采用稀介质直接磁选并加强管理 可使介耗明显下降 3 保证磁选机回收率一般要保证磁选机回收率在99 8 以上 否则磁铁矿损失加大 大量的稀介质是通过磁选机回收的 磁选机工作的好坏对磁铁矿损失影响很大 磁选机回收率降低一点 磁铁矿损失就增加几十倍 4 保持各设备液位平衡 防止堵 漏等事故发生堵 漏事故会大量损失磁铁矿 如立轮分选机堵塞一次会损失约两吨磁铁矿 脱介筛下溜槽堵塞一次会损失约一吨磁铁矿 5 减少进入稀悬浮液中的磁铁矿数量 尽量保持稀悬浮液的质量稳定 要尽量减少悬浮液循环量 减少原煤带水量 提高原煤脱泥效率 以减少分流量 减少进入稀悬浮液的磁铁矿量 保持稀悬浮液的质量稳定 以免突然增加磁选机入料浓度 降低磁选机回收率 造成磁铁矿损失加大 6 严格控制从重介系统中向外排出的煤泥水除磁选尾矿水排出外 其它煤泥水一律不应向外排放 要控制好浓缩设备 溢流全部作脱介筛喷水 冲地板水或设备漏水都应回收 7 保证磁铁矿的细度要求磁铁矿的粒度变粗后 由于悬浮液煤泥含量增大 脱介筛和磁选机效率都降低 磁铁矿损失会显著增加 如磁铁矿细度达不到要求应增加磨矿环节 8 选择最佳磁铁矿储运和添加方式要设置介质库 目前介质转运和添加有效方法是采用风力提升的方法 不仅减轻体力劳动 减少添加时间 而且大大减少磁铁矿的损失 3 12悬浮液密度控制的意义在重介选煤生产中 除保证悬浮液粘度小 稳定性好 循环量稳定外 还必须保证悬浮液密度的稳定 悬浮液的密度直接影响实际分选密度的大小 为了提高选煤效率 减少实际分选密度的波动 要求进入分选机中悬浮液密度波动要小于 0 01g cm3 悬浮液的密度是根据精煤灰分的要求来确定的 但由于在分选机中流体运动的影响 悬浮液密度与实际分选密度是有差别的 对于有上升流的块煤分选机 悬浮液密度一般要比实际分选密度低0 03 0 1g cm3 对于重介旋流器 悬浮液的密度一般比实际分选密度低0 1 0 2g cm3 要求的密度差值的大小除了同悬浮液的稳定性和粘度 原煤的粒度组成和密度组成有关外 还有如下的规律 对块煤分选机 密度差值与水平介质流 上升 或下降 介质流的大小有关 当下降流较大时 实际分选密度可能低于悬浮液的密度 对重介质旋流器 密度差值与给料压力 固液比 旋流器的结构参数等都有关系 可以用浓度壶或密度计测定悬浮液的密度 生产中应采用自动控制系统控制悬浮液的密度稳定 四 跳汰选煤 4 1跳汰原理跳汰是在交替上升和下降的水流中 使受分选的物料按颗粒密度不同进行分离的过程 跳汰机是实现这种过程 并且使这种操作得以连续的过程 跳汰机有很多种 有筛侧空气室和筛下空气室之分 我厂采用的是德国巴达克式跳汰机 属筛下空气室 它由箱体 隔板 风阀 筛板及自动控制系统组成 隔板是未达机底的垂直隔板 将机箱分成两部分 带有筛板的工作室和空气室 由于风阀的进 排气作用 在空气室中造成交替上升和下降的脉动水流 脉动水流完成一次周期性变化所用的时间就是跳汰周期 它可以分为四个部分 水流加速上升时期或称上升初期 水流减速上升时期或称上升末期 水流加速下降时期或称下降初期 水流减速下降时期或称下降末期 被选物料给到跳汰机筛板上 形成一个密集的物料层 我们称为床层 上升初期进气阀打开 跳汰机体内的水流受到工作风的冲击 向上运动 速度由零增大到最大值 加速度由最大值减到零 随着上升水流的产生 细小颗粒开始浮动 而且由于上升水流速度的逐渐加大 水流动压力也逐渐增大 当动压力大于床层在介质中受到的重力时 床层脱离筛面而升起 并进而逐次松散 上升初期 低密度颗粒向上启动早 而且运动速度快 高密度颗粒滞后上升 相比之下速度也慢 这对按密度分层有利 但由于水流速度高于矿粒速度 两者之间的相对速度比较大 加剧了矿粒粒度和形状的影响 上升末期进气阀关闭 水流不再受工作风的冲击 但由于惯性的作用 水流继续上升 但速度越来越小 在水流动力作用下床层继续上升 松散度逐渐达到最大 矿粒在此期间的上升速度已经开始减慢 甚至一部分高密度粗矿粒已经转而下降 由于矿粒运动惯性的作用 在这一阶段水流和矿粒的相对速度变小 甚至某一瞬间变为零 粒度