采用大直径水力分级旋流器对精煤磁选尾矿脱泥降灰的优化研究

刘 伟

(延安市禾草沟煤业有限公司，陕西 延安 717399)

水力分级旋流器是选煤厂常用的一种分级浓缩设备，主要应用在煤泥水，如精煤磁选尾矿水、中煤矸石磁选尾矿水、重介旋流器脱泥筛筛下水等的煤泥水分级浓缩环节。其分级原理是：依靠动力设备提供的离心力，使矿粒根据自身粒径/密度的差异实现分离。该设备具有占地面积小、处理量大、分级效率高的特点[1-2]。禾草沟选煤厂原设计选用FX500旋流器用于处理精煤磁选尾矿和中煤矸石磁选尾矿，实现对磁选尾矿的浓缩分级，但由于该厂煤泥含量高，且煤泥中高灰细泥含量高，精煤磁选尾矿虽然经旋流器浓缩分级，但底流灰分仍高于精煤要求灰分，造成重介系统“背灰”。

1 选煤厂精煤磁选尾矿回收工艺存在的问题

禾草沟选煤厂为一座设计6 Mt/a的矿井型选煤厂，其选煤工艺为：无压三产品重介质旋流器混合入洗，煤泥浮选，尾煤泥压滤，全厂洗水闭路循环。精煤磁选尾矿回收工艺流程为：磁选尾矿水经煤泥水泵送至FX500旋流器，旋流器溢流进入浮选系统，底流经弧形筛、煤泥离心机脱水脱泥后，直接作为产品进入精煤(如图1所示)。

图1 精煤磁选尾矿回收流程示意

现精煤磁选尾矿回收工艺中，存在最大的问题就是回收的粗精煤泥灰分远高于精煤产品要求的10.00%。磁选尾矿粒度组成分析结果见表1。由表1可以看出，精煤磁选尾矿粒度组成很细，小于0.125 mm粒级产率达到67.90%，灰分为56.01%；而大于0.25 mm粒级的累积产率为12.32%，累积灰分为6.32%，可直接进入精煤；甚至大于0.125 mm粒度级的累积灰分为7.07%，从精煤磁选尾矿粒度组成上分析，实现降灰的主要方式就是脱泥。

精煤磁选尾矿进入FX500旋流器进行浓缩分级，分别采取溢流和底流进行粒度组成分析，结果如表2、表3所示。从粒度组成上看，底流中小于0.125 mm粒度级含量为45.65%，其中，小于0.045 mm粒级的含量就达到23.32%，夹细严重。底流总灰分为25.10%，经过后续弧形筛和煤泥离心机脱水脱泥后，总灰分可以达16%左右，不符合直接进入精煤的要求。

表1 精煤磁选尾矿筛分试验结果

表2 FX500旋流器溢流筛分试验结果

表3 FX500旋流器底流筛分试验结果

FX500旋流器的分级效率：综合表1、表2、表3数据计算得出，旋流器的分级效率为51%，分级效率较低，底流夹细严重。因此，要想解决精煤磁选尾矿灰分超标问题，主要方法就是提高旋流器的分级效率，减少旋流器的底流夹细情况。

2 分级浓缩旋流器结构及选型

2.1 结构介绍

分级浓缩旋流器结构示意见图2。

图2 分级浓缩旋流器结构示意

分级浓缩旋流器主要由进料体、圆柱段、圆锥段、底流口和溢流管等几部分组成。物料以一定的速度通过旋流器入口进入旋流器内部，在里面形成内外两个不同的旋流区，矿粒根据自身粒径的大小，分别进入内外两个旋流区。其中内旋流主要以细粒级物料为主，从上部溢流管出去，而外旋流主要以粗粒度物料为主，从底流口排出，从而实现物料按照粒度的差异进行分离[7-8]。

2.2 影响旋流器分级粒度的因素

影响旋流器分级粒度的因素较多，如入料压力、矿浆密度、矿浆粘度、旋流器结构等，目前对旋流器分级粒度进行计算的数学模型均为经验模型，其中以庞学诗提出的经验公式应用最为广泛[3]。

式中，dm为分级粒度；D为旋流器直径；do为旋流器溢流管直径；di为旋流器入口当量直径；μm为矿浆粘度；ρm为矿浆密度；Δpm为给矿压力。

由此经验公式可以得出，影响旋流器分级粒度的主要因素有旋流器直径、旋流器入料口直径、旋流器溢流管直径、矿石密度、矿浆密度和粘度、给矿压力。在这几个影响参数中，可以直接用于变更的条件只有旋流器的结构参数和给矿压力，而矿石及矿浆的物理性质无法有效改变。

结合禾草沟选煤厂现旋流器使用效果，计划对旋流器结构进行整体变化，由FX500旋流器变为FX800旋流器，以提高旋流器的分级粒度，减少旋流器底流夹细情况。

2.3 FX800旋流器技术参数

FX800旋流器主要技术参数如表4。

表4 FX800旋流器技术参数

3 FX800旋流器应用效果及对比分析

3.1 应用效果

FX800旋流器在禾草沟选煤厂运行稳定后，按照GB/T477—2008《煤炭筛分试验方法》，分别对其入料、溢流、底流进行筛分试验分析，结果见表5～表7。

表5 FX800旋流器入料筛分试验结果

表6 FX800旋流器溢流筛分试验结果

表7 FX800旋流器底流筛分试验结果

由试验结果可以看出，FX800旋流器的分级效果优于FX500旋流器。从底流夹细方面进行对比发现，FX800旋流器底流的夹细率为34.76%，FX500底流夹细率为45.65%，前者比后者下降了10.89%，灰分下降7.31%。

3.2 对比分析

为进一步说明大直径旋流器在使用效果方面优于FX500旋流器，分别对两种规格旋流器进行单机检查，对比分级指标。

(1)分离粒度对比。对比FX500旋流器和FX800旋流器的粒度分配曲线(图3、图4)，从曲线分离粒度d50发现，FX500旋流器的分离粒度为0.06 mm，FX800旋流器的分离粒度为0.085 mm，说明更换大直径旋流器后，分离粒度提高了0.025 mm，这也是大直径旋流器底流夹细情况优于FX500旋流器的主要原因[5-6]。

图3 FX500旋流器粒度分配曲线

图4 FX800旋流器粒度分配曲线

(2)分级效率对比。按照0.125 mm计算分级效率，并进行对比，结果如表8所示。

表8 分级效率对比

对比分级效率发现，FX800旋流器的分级效率高出FX500旋流器分级效率12.84%。

在溢流跑粗方面，FX800旋流器低于FX500旋流器约2.59%，这就意味着使用大直径旋流器后，溢流跑煤比例下降2.59%，按照旋流器入料量为基准进行计算，则减少跑煤1.41%。

4 结 语

禾草沟选煤厂选用大直径FX800旋流器后，有效减少了底流夹细，使底流灰分降低7.31%，分离粒度提升0.025 mm，分级效率提高12.84%，减少因分级效果差造成的精煤损失约1.41%。