格条对螺旋溜槽分选效果影响试验研究

王光庆，樊民强

(太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024)

格条对螺旋溜槽分选效果影响试验研究

王光庆，樊民强

(太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024)

摘要：为考察格条对螺旋溜槽分选效果的影响，通过在螺旋溜槽槽面铺设格条，并改变格条与槽面直径之间夹角大小的方法进行试验，得到了各粒级的精煤灰分、尾煤灰分、精煤产率和综合效率的变化规律。试验结果表明：相对于无格条时，在正角度范围内，各粒级精煤灰分和精煤产率均升高，在45°达到最大值，粗粒级在60°时分选效率最高，细粒级分选效率都降低；在负角度范围内，粗粒级精煤灰分在-45°处最低，分选效率在0°最高，细粒级精煤灰分均升高，分选效率降低。

关键词：螺旋溜槽；格条；夹角；灰分；精煤产率；分选效率

作为粗煤泥的主要分选设备，螺旋溜槽具有无运动部件、生产费用低、操作维护方便等优点，在美国和澳大利亚等产煤国已经得到了普遍应用。但实际生产表明螺旋溜槽尚存在着精煤灰分高、精煤产率低以及选别效率差等缺点，成为限制该设备在国内大规模推广和应用的主要因素[1]。

针对上述问题，诸多学者在改变槽面结构方面进行了大量探索和研究。王家明等研制出了来复条螺旋溜槽，发现该设备在尾矿品位略有下降的情况下，可明显提高精矿品位和精矿产率[2]。吴伯增等也通过在槽面上安装来复条等方法，发明了复合螺旋溜槽，实际生产表明可大幅提高选矿技术和经济指标[3]。金仁国等通过借鉴摇床床面横向槽的作用机理及淘米盆刻槽的分布形式，设计出了楔形刻槽螺旋溜槽，发现该设备能够显著提高精矿回收率和选矿效率，同时减轻槽面上内缘失水程度[4]。

卢继美等通过对比试验发现了旋转螺旋溜槽中来复条和刻槽的松散紊动作用，认为来复条和刻槽是螺旋溜槽最敏感的工艺参数之一，不同的分选物料来复条和刻槽参数需要具体确定[5]。周勤举等和张鸿波等都通过试验对比分析了来复条、刻槽和光面3种槽面螺旋溜槽的分选结果，均认为来复条槽底和刻槽槽底产生的水跃现象过强，使已分层的矿物又被打乱，光面槽底效果最好[6-7]。

上述关于来复条螺旋溜槽的探索和研究，或是只给出了最佳设计角度参数下的分选结果，信息传达不全面，或是仅凭某一个设定角度参数下的试验结果便给来复条螺旋溜槽分选效果下结论，说服力不足，均没有给出不同来复条角度下螺旋溜槽分选规律。本文通过向螺旋溜槽槽面铺设格条，改变格条与槽面直径夹角大小的方法进行试验研究，分析不同参数下各粒度级精煤灰分、尾煤灰分、精煤产率以及综合效率的变化规律，以期对格条作用下螺旋溜槽的分选规律有进一步的认识。

1试验系统及方法

1.1入料煤样性质

试验中小直径旋流器入料为古交矿区8#煤0～1 mm粒度级煤泥，总灰分为29.12%，其粒度组成见表1。

表1　原煤粒度组成

由表1可以看出，0.5～1.0 mm 及0.25～0.5 mm 两粗粒级含量最高，合计占原煤比重达68.19%，且两粒级灰分也最高，为主导粒级；0.125～0.25 mm和0.074～0.125 mm两粒级的含量和灰分均为最低；<0.074 mm粒级含量和灰分居中。因此，主导粒级分选效果的好坏将直接影响最终原煤的整体分选效果。

1.2试验系统

试验系统主要由螺旋溜槽、小直径旋流器、搅拌桶、渣浆泵、变频器、流量计、压力表等组成，如图1所示。

试验所用螺旋溜槽槽面的材质为玻璃钢，内表面涂有耐磨层，横断面为立方抛物线型，螺旋槽从上到下一共5圈，全部用螺栓固定在金属支架上，自身无运动部件。螺旋溜槽其它规格参数见表2。

表2　螺旋溜槽规格

1.3格条参数

试验所用格条材质为硅胶，横截面为正方形，边长3 mm，长度240 mm的硅胶条。

试验中格条一端始终固定在距螺旋槽槽面最外沿10 mm处。第1根格条放置在最上层第一圈螺旋槽距离入料口端约1/3圈处，然后经1/3圈放置第2根格条……以此类推，格条之间间隔都为1/3圈，最后1根格条距排料端约2/3圈，最终槽面上共放置12根格条，平均每圈螺旋槽上放置3根格条。

试验中格条与螺旋槽直径夹角的正负符号定义为：以直径所在方向为0°，顺时针为正，逆时针为负。正角度参数分别为0°、30°、45°、60°以及无格条(90°)见图2(a)；负角度参数分别为0°、-30°、-45°、-60°及无格条(-90°)见图2(b)。

图1　螺旋溜槽试验系统

图2　格条与直径夹角正负符号定义示意图

1.4试验方法

一定浓度的矿浆在搅拌桶内混合均匀后，由渣浆泵以一定压力首先切向给入小直径旋流器预先脱泥浓缩，旋流器溢流直接返回搅拌桶，底流则作为螺旋溜槽入料进行分选，分选后流入搅拌桶。入料压力与矿浆流量可通过变频器调整电机转速控制，压力与流量由压力表与电磁流量计在线显示。入料原煤粒级0～1mm，中煤和尾煤合在一起作为本试验中的尾煤产品，精煤出料口与尾煤出料口开口比为1∶20，矿浆质量浓度15%，小直径旋流器入料压力0.08MPa，此条件下系统矿浆流量约为2.3m3/h。改变格条与槽面直径之间夹角大小，待系统运行稳定后，分别同时接取适量的精煤和尾煤产品，进行筛分、过滤、烘干、称重、化验，得到精煤、尾煤各粒级的灰分，并计算出精煤产率和汉考克综合效率。

2试验结果及分析

2.1格条与槽面直径之间夹角为正角度下结果

在正角度范围内，依次设定夹角为0°、30°、45°、60°及无格条(90°)，各粒级精煤灰分和尾煤灰分变化曲线分别如图3(a)、图3(b)所示，精煤产率和综合效率变化曲线分别见图4(a)、图4(b)。

图3　正角度时各粒级精煤灰分及尾煤灰分变化曲线

图4　正角度时各粒级精煤产率及综合效率变化曲线

由图3(a)可知，各粒级精煤灰分均在45°时最高，在无格条处为最低，说明格条角度为正时并不能降低精煤产品灰分。由图4(a)可以看出，0.5～1 mm和<0.074 mm粒级精煤产率在60°时最高，其它粒级在45°时最高，各粒级均在无条时最低，说明格条角度为正时可以提高精煤产率。从图3(b)和图4(b)可以看出，粗粒级的尾煤灰分及综合分选效率均在60°最高，在30°左右时最低，其它粒级在无格条处最高，说明正角度时可提高粗粒级分选效率，但不能提高细粒级分选效率。

2.2格条与槽面直径夹角为负角度下结果

在负角度范围内，依次设夹角为0°、-30°、-45°、-60°及无格条(-90°)，各粒级精煤灰分和尾煤灰分变化曲线分别如图5 (a)、图5(b)所示，精煤产率和综合效率变化曲线分别如图6 (a)、图6(b)所示。

由图5(a)、图5 (b)、图6 (a)和图6 (b)可以看出，0.5～1 mm和0.25～0.5 mm两粗粒级精煤灰分、尾煤灰分、精煤产率及综合效率变化曲线均呈开口向上的抛物线形状，都分别在0°、-45°左右时达到最大值和最小值，但精煤灰分降幅不大，而精煤产率和综合效率下降较多，说明负夹角时，可降低粗粒级精煤灰分，但会牺牲精煤产率及综合分选效率。

图5　负角度时各粒级精煤灰分及尾煤灰分变化曲线

图6　负角度时各粒级精煤产率及综合效率变化曲线

从图5(a)可知，0.125～0.25mm、0.074～0.125mm和<0.074mm细粒级的精煤灰分从0°到无格条都不断下降，在无格条处最低。由图5(b)和图6(a)可以看出，0.125～0.25mm和0.074～0.125mm两粒级的尾煤灰分、精煤产率在0°和-60°处均较高，大于无格条处时对应值，<0.074mm粒级尾煤灰分和精煤产率都在无格条处达到最大值。从图6(b)可以看出，0.125～0.25mm、0.074～0.125mm和<0.074mm粒级综合分选效率均在无格条处最高，在-45°左右时最低。说明负角度时，细粒级精煤灰分不能降低，综合效率会下降，但可一定程度上提高精煤产率。

2.3原因分析

槽面上铺设格条后，螺旋运动的矿浆不断受到来自格条的阻挡和引导作用，阻挡作用会使矿浆在格条的前方形成循环往复的漩涡区，并出现水跃现象[8]，如图7所示，主要影响颗粒群的分层，而引导作用则改变矿浆的运动趋势，主要影响颗粒群在槽面上的分带[9]。

图7　格条水跃现象示意图

当格条与槽面直径重合即在0°时，格条整个长度都为有效阻挡长度，矿浆内循环[10]停止，且外缘水流较深，含有较多煤粒，精煤排料口靠近外缘一端，外缘和内缘之间的颗粒交换不能得到充分进行，尤其是高灰重颗粒不能及时回到内缘，导致精煤灰分及精煤产率增加。

图8　正/负角度下轻重颗粒运动轨迹示意图

在格条与直径夹角为正的范围内，格条起阻挡和导向作用，如图8(a)所示。从0°变为30°时，由于矿浆靠外缘流动，格条有效阻挡长度没有变短，另外格条与水流流动方向之间夹角过大且矿浆流速太快，格条的导流作用较弱，因此由0°变为30°后精煤灰分变化不大。当从30°变为45°时，格条有效阻挡长度明显变短，向内导流作用占据主导，槽面中间及外缘的颗粒都被导入外缘，即中间灰分颗粒都被引至低灰分区域，所以精煤灰分及精煤产率都升高。从45°变为60°时，格条阻挡作用已十分微弱，导流作用由向外缘引导高灰煤粒转变为减少外缘精灰煤粒循环至内缘，使外缘较低灰分颗粒在前面的基础上得以继续分选，在一定程度上促进了分选，因此精煤灰分会有所降低，尾煤灰分相应升高，综合分选效率升高。从60°变为90°即无格条时，由于格条失去了对外缘精煤尤其是大颗粒精煤的导向聚拢作用，部分精煤会损失至内缘尾煤当中，故精煤灰分、尾煤灰分及精煤产率都有一定程度的降低。

在格条与直径夹角为负的范围内，如图8(b)，由0°至-60°，格条阻挡作用逐渐减弱，导流作用不断增强，外缘的低灰轻煤粒尤其是底层大颗粒煤粒不断被引至内缘，外缘仅相对富集细颗粒低灰精煤，部分粗颗粒精煤会损失至尾煤中，所以精煤灰分、尾煤灰分及精煤产率均不断降低，综合分选效率也降低。从-60°到-90°即无格条时，格条的阻挡和导流作用均不断减弱，精煤特别是粗颗粒精煤的损失率降低，故精煤灰分、尾煤灰分、精煤产率和

综合效率都逐渐回升。

3结论

1)设定格条与槽面直径夹角为正角度时，格条向槽外缘导流，可提高各粒级精煤产率或综合分选效率，但不能降低精煤灰分。

2)设定格条与槽面直径夹角为负角度时，格条向槽内缘导流，可达到降低粗粒级精煤灰分或提高粗粒级精煤产率及综合分选效率的目的，而细粒级分选效果变坏。

3)粒度和格条角度大小对螺旋溜槽的分选效果影响较大，应根据入选原煤的粒度组成及具体要求合理确定格条参数。

参考文献

[1]吕文舵，刘珊.螺旋分选机在选煤厂的应用[J].选煤技术，2006，34(4)：24-26.

[2]王家明，赫荣安.来复条螺旋溜槽的研制及分选机理的探讨[J].金属矿山，1989，24(3)：44-49，64.

[3]吴伯增，陈建明，王熙，等.复合螺旋溜槽及其应用：中国，ZL200810073830.1[P].2009-06-10.

[4]金仁国，陆庆秋，于克旭，等.φ1200mm×720mm楔形刻槽螺旋溜槽研制及试验研究[J].金属矿山，2000，35(1):46-48.

[5]卢继美，曾义根.用螺旋溜槽选别钨细泥的研究[J].矿冶工程，1984，4(4):39-42.

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[10]Holland-Batt AB.Some design considerations for spiral separators[J].Minerals Engineering，1995，8(11)：1381-1395.

Experimental study on influence of riffles on the separation effect of spiral chute

WANG Guang-qing，FAN Min-qiang

(College of Mining Technology，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China)

Abstract:In order to study the influence of riffle on the separation effect of spiral chute，a experiment was carried out by laying riffles on the groove face of spiral chute and changing the angle between riffle and the diameter of chute，the change rules of the ash of clean coal，ash of tailings，clean coal yield and comprehensive efficiency of each size fraction was obtained.The results show that：comparing with free groove face，when the angle is positive，the ash of clean coal and clean coal yield of each size fraction both increase，and reach the maximum at 45°，the comprehensive efficiency of coarse fraction is highest at 60°，the comprehensive efficiency of fine fraction fall；when negative，for the coarse fraction，the ash of clean coal is lowest at -45°and the comprehensive efficiency is highest at 0°，for the fine fraction，ash of clean increase，comprehensive efficiency drop.

Key words：spiral chute；riffle；angle；ash；clean coal yield；comprehensive efficiency

收稿日期：2015-05-20

作者简介：王光庆(1989-)，男，河南新乡人，硕士研究生，主要研究方向为复合力场分选。E-mail:1079834484@qq.com。 通讯作者：樊民强(1964-)，男，山西永济人，教授，博士，主要研究方向为矿物分选理论、工艺与设备。E-mail:fanminqiang@tyut.edu.cn。

中图分类号：TD94

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)03-0162-05