重介质分选技术的(2013.09.08).ppt

重介质分选技术的若干问题,徐州中国矿业大学王永田2013年7月,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,一、选煤发展概况,2010年各种选煤方法比例（%）,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4045%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,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,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（22.6t/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）,（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,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,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重固Vg浮力F浮介Vg倘若F重F浮（固介）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,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。,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。,*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。,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。,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。,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,图9三产品重介质旋流器的基本形式,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,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,2-3-3旋流器的分选过程,图12旋流器的分选过程,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。,可能达到的有效分选粒度下限，约为介质粒度d50的4-5倍。,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：,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,（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710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。,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）,（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/mh），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。,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,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=0.020.04，三产品一段Ep1=0.020.05，二段Ep2=0.040.07),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,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。,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：10.1mm；精煤回收用打击弧形筛、德瑞克高频筛分级(0.15或0.1mm)；尽可能预先脱除-0.1mm部分；加重质的粒度：90%-40m，50%-10m；循环介质要退磁。,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150300mm重介旋流器，处理0.5mm煤泥加重质粒度：100%d50。,分配曲线的两端都有一些未能分级的物料，上端35%可忽略，下端总有相当数量y%的细物料（分级下限以下的粒度）进入底流。其灰分高，有待进一步脱除。,图18弧形筛示意图,*弧形筛,弧形筛筛上物必须具有足够流动性，才能保证良好的脱水(脱介)性能和筛下不跑粗。,影响因素：冲到下一根筛条的料流数量；把料浆压到筛面的离心力，显然与弧度有关；料浆的粘度及表面张力。,图19弧形筛的O(+)/I和d50/DA与Res的关系,从图19可见，筛上物料流速达到雷诺数Re300左右分级粒度d50才能达到约筛缝宽度的一半。若流动慢，则分级程度只有0.70.8筛缝宽，即筛下物跑粗。,由图19，还可见，入料只可能脱掉约8085%。,*高频筛,振幅小，频率高，是脱水和固体回收设备，只在薄层时才是分级设备，脱泥能力差。,*煤泥离心机,具有强的脱泥和脱水（产品水分低）的能力，但入料浓度太低会跑水。而使用0.3mm筛缝，若有磨损，在离心液中会跑粗（+0.3mm甚至+0.5mm）因而影响浮选回收率。,常见案例：缺弧形筛其后果是脱泥不完善，粗粒精煤泥灰分高，只能掺入中煤，严重影响全厂精煤回收率，还造成高频筛和煤泥离心机跑水。不设分级旋流器。入料浓度较低时造成弧形筛及高频筛过负荷，跑水，粗粒精煤泥水分、灰分都偏高。,五.结束语,重介质选煤是需要推广的先进选煤技术。还有许多技术需要研究和提高。该简化的应简化，该完善的需要完善，只有这样才能达到经济，节能和高效的目的。,主要参考文献1叶大武“中国选煤概况及其展望”中日洁净煤示范项目，选煤技术普及研讨会资料2003.92王祖瑞等“重介质选煤的理论与实践”煤炭工业出版社19883谢广元等“选矿学”中国矿业大学出版社20014郝凤印、李文林等“选煤手册（工艺与设备）”煤炭工业出版社19935也夫斯阿维奇“重介质选矿”莫斯科1959（俄）6帕哈洛克“矿业手册”11卷“选煤与团煤”国家矿业技术出版社1960（俄）7N.L.Weiss“SMEMineralProcessingHandbook”19858D.G.Osborne“CoalPreparationTechnology”Vol.119889B.A.Wills“MineralProcessingTechnology”Ed.6.199710RichardO