液固气流化床粗煤泥分选规律研究

液固气流化床粗煤泥分选规律研究煤炭是我国重要的能源之一,为国民经济发展做出了巨大的贡献。在能源高效利用、环保、可持续发展的前提下,煤炭洗选加工成为了不可或缺的关键环节。当下,采掘机械化程度日益提高,细粒煤泥在原煤中的含量日益增多,资料表明,部分选煤厂入洗原煤中粗煤泥的含量甚至超过40%,这部分粗煤泥得不到有效分选,势必造成煤炭资源的浪费,影响选煤厂的整体经济效益。重介质旋流器作为重介选煤厂中的核心设备,其有效分选粒度范围为1-50mm,常规浮选的有效分选粒级为-0.25mm,这造成了介于重介分选设备粒度下限和浮选设备粒度上限的煤炭颗粒得不到有效处理。因此,粗煤泥的分选成为了制约当前选煤工艺技术发展的瓶颈,也是选煤领域的技术热点和待攻克难点。浮选是目前矿物细粒分选的最高效手段,在细粒级煤泥分选中得到了广泛的应用,而拓宽浮选粒度上限是浮选领域的难题之一。在常规的浮选机中,可通过提高叶轮转速的方法来提高粗颗粒煤的浮选效果,高速旋转的叶轮会增大矿浆中颗粒-气泡结合体中气泡的脱落概率,而通过添加浮选药剂的方式来增加粗颗粒的回收率,又加大了浮选作业的成本。HydroFloat水力分选机的问世,为粗颗粒浮选提供一种新思路,即流态化浮选。本论文针对-2.0mm粒级的粗煤泥,采用实验室自制液、固、气三相流化床分选装置及实验系统,对不同属性的颗粒及颗粒群的沉降规律,床层膨胀度,逃逸速度等流化特性,在不同上升流条件下进行了系统地对比试验研究。在此基础上,完成了窄粒级低密度级和宽粒级全密度级粗煤泥系列分选试验,主要研究内容和取得的成果如下:(1)设计了固-液-气三相流化床分选试验装置,完成了粗煤泥分选试验系统的组建。(2)利用单颗粒悬浮法进行颗粒沉降速度试验研究,上升水流中引入气泡后可以降低颗粒悬浮所需的上升水流速度,气泡对颗粒的“托举”作用弥补了水流速度降低导致的能量损失;气泡的“托举”作用随着颗粒密度级的增大而降低。(3)在窄粒级窄密度级床层膨胀度的试验研究中发现,同粒级中,床层膨胀度在相同上升水流速度条件下,低密度级颗粒的膨胀度大于高密度级颗粒的膨胀度;引入气泡流后,床层膨胀度增加,且气泡对低密度级颗粒的膨胀度影响比高密度级颗粒显著,该效应会随着通入气体的体积分数增加而进一步加大;上升水流中膨胀度相近的小粒径高密度级与大粒径低密度级两种煤炭颗粒,在引入气泡流后,大粒径低密度级颗粒的膨胀度高于小粒径高密度级颗粒的膨胀度,气泡的存在增大了沉降速度相近的颗粒群床层膨胀度差异。(4)对窄粒级窄密度级颗粒群在上升流中的逃逸速度规律进行研究,结果表明,在上升水流条件下,同粒级间相邻密度级的煤炭颗粒,逃逸所需的上升水流速度较为接近,引入气泡后,相邻密度级颗粒逃逸物产率随着密度级的增大而降低,气泡的存在强化了颗粒密度对分选的影响;同时,气泡的引入可以减少颗粒逃逸所需的上升水流速度,该作用随着颗粒密度级的增大而减弱;在上升水流条件下,逃逸速度相近的颗粒群,在通入气泡后,等沉效应弱化,低密度级颗粒中逃逸颗粒的产率受气泡影响较小,而高密度级颗粒在引入气泡后,逃逸颗粒的产率降低的幅度较大;气泡的引入,缩减了不同粒级低密度级颗粒逃逸所需的上升水流速度差异,弱化了颗粒粒度对逃逸速度的影响。(5)在上升气泡流中添加浮选药剂进行粗煤泥流化床浮选试验,结果表明,煤炭颗粒在捕收剂的作用下,低密度级颗粒与上升流中的气泡形成了颗粒-气泡结合体,颗粒的视在密度大幅降低,使得大粒径低密度颗粒能够在微弱的上升气泡流条件下得以分选;对-2.0+0.5mm粒级煤炭颗粒在上升水流表观速度为1.39cm/s,上升气流表观速度为0.13cm/s,捕收剂用量为250g/t,起泡剂用量为75g/t时,浮选精煤灰分为11.3%,精煤产率达48.7%,尾煤灰分为64.4%,在精煤中-2.0+1.5mm、-1.5+1.0mm、-1.0+0.71mm、-0.71+0.5mm四个粒级浮选精煤数量效率分别为:96.24%、92.57%、95.64%、96.25%;同浮选条件下进行-2.0mm全粒级浮选,浮选精煤灰分为21.8%,精煤产率达到78.5%,尾煤灰分为84.0%,其中灰分过高的原因是-0.25mm粒级导致,该粒级精煤灰分为27.3%,精煤产率达到94.