新型分选分级机研制及其试验研究

张旭东，樊民强

(太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024)

新型分选分级机研制及其试验研究

张旭东，樊民强

(太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024)

摘要：在分析液固流化床性能的基础上，研制了一种新型煤泥分选分级机，阐述了它的工作原理与特点。以浮选尾煤为研究对象，分别进行了无顶水和有顶水的分选试验。结果表明，该分选分级机对浮选尾煤具有良好的分选降灰和分级效果。在底锥增加上升顶水的扫选环节有助于提高设备的分选分级效果，能够从高灰浮选尾煤中回收灰分28.48%，产率23.64%的+0.125mm低灰中煤，具有良好的分选效率，应用前景广阔。

关键词：分选分级机；浮选尾煤；顶水

在煤炭洗选过程中，进入浮选系统的细泥量不断增加，导致细粒煤可浮性变差，浮选效果降低，浮选尾煤灰分偏低，精煤损失增加，造成了宝贵资源的浪费。因此，寻求合理有效的分选方法与设备对浮选尾煤进行回收精煤或中煤很有必要[1]。

TBS作为一种高效处理粗煤泥的分选设备，已广泛应用于工业生产[2]。经过近十年的研究完善，国内外各种新型的干扰床分选机层出不穷，日渐成熟[3-4]。Erize公司研制的水力浮选分选机，实现了浮选和重选的联合分选[3，5]。RC分选机添加了倾斜版，增大了颗粒沉降面积。其结构较为复杂，不易检修与操作[6]。Allflux分级机实现了细粒级物料的高效分级，产出三个不同粒度级的产品，满足了用户对不同粒级煤的需求[7]。焦红光等通过引入阻尼块，提高了干扰床分选机的分选效果；张义顺等人指出了它的最佳入料粒度和浓度范围[8-9]；该结构的脉动水流不易稳定，易波动。李延锋等人研制了多产品液固流化床，指出该流化床相对于传统的液固流化床的分选效果好，能够缓解底流跑粗现象和减轻高灰细泥对精煤的污染，具有更好的适应性和灵活性[10-11]，但该结构较复杂，柱体较高，需要空间大。

笔者在传统液固流化床的基础上，研制了一种新型分选分级实验样机，并就浮选尾煤进行了初步的试验研究。

1新型分选分级机

1.1新型分选分级机设计与工作原理

针对传统液固流化床分选机的分选性能，结合近年来各种新型液固流化床的优势，提出了一种新型三产品分选分级机，其结构示意见图1。

其工作原理见图2。物料经过矿浆搅拌桶搅拌，均匀混合后经入料管进入分选分级机的中下部，沿中心锥壁面呈一定的斜面流流动，使得高密度的粗颗粒首先沉降到锥壁面，低密度细颗粒则在斜面流的上层，物料初步按粒度和密度分层。物料流动到“水跃板”底部，受到阻挡后，连续物料改变流向，沿壁面斜上方反射，呈抛物线运动，使入料颗粒向上和水平向外运动，形成上升物料流。在反射过程中，“水跃板”底部的高密度粗颗粒首先沉降，进入底锥成为尾矿；较低密度粗颗粒和高密度细颗粒则通过中流通道进入中流柱体，成为中煤；低密度细粒级颗粒则在上升水流作用下进入溢流，成为中煤或精煤，实现了多次分选。底锥内设有上升顶水管，用以提供上升水流，实现底流的扫选功能，从而避免底流夹带低灰中煤(或精煤)问题。两次上升流(连续入料上升流和外加顶水上升流)实现了良好的分级效果，降低了底流的跑粗与底流的细粒夹带。

图1　新型三产品水力分选分级机结构示意

图2　反射流分离示意

新型分选分级机特点如下所述。①新型分选分级机入料管底部设有“水跃板”，既避免了入料与上升水流的直接冲击产生的强烈紊乱现象，减少了物料高密度细颗粒与低密度粗颗粒的错配，又利用斜面流原理和水跃作用，使物料颗粒在连续的入料中利用颗粒自身的性质就实现了多次分选。②底锥设有顶水，可提供均匀的上升水流。入料经过数次的分选后，初尾进入底锥，在上升顶水的作用下尾煤夹带的低灰精煤或中煤得到再次回收。尾煤中夹带的高灰细泥被上升水流带进溢流，实现细粒级的重新分级，分选分级效果得到提高。③该分选分级机实现了多段分选分级过程，与多产品液固流化床相比，上升顶水用于扫选阶段，故上升顶水用量要比常规的流化床分选分级机的少，节约了用水，又增添了入料的分选分级环节。多段分选环境的出现，大大提高了设备的分选精度，柱体结构简单。

2试验样品与系统

2.1煤样性质

试验煤样取自山西某选煤厂浮选尾煤经高频筛脱泥后的筛上产品，煤样粒度组成如表1所示：从表1看出，-0.5+0.25mm产率为45.08%，为主导粒级。中间-0.5+0.125m粒级产率高达63.59%，灰分为50.07%，灰分较合计总灰分偏低，说明中间粒级中含有部分低灰煤，可用于回收。粗粒级与细粒级的含量低，灰分高，可回收成份少。

表1　煤样粒度组成表

2.2试验系统

制作了Φ=200mm，H=430mm的试验样机，在实验室搭建系统进行了初步试验研究。试验系统见图3，主要由搅拌桶、渣浆泵、新型分选分级机、变频器、清水泵、流量及压力表等部分组成。

3试验研究

试验主要考察了上升顶水量对分选分级效果的影响。在其他试验条件固定的条件下，改变顶水量的大小，对不同排出口的各产品分别同时采样，通过对产品筛分，进行粒度分析，并对各粒级进行称重并化验灰分，绘制各产品的粒度分配图和不同粒度产品随顶水量的变化关系图。

3.1无顶水试验

表2和图4给出了在无顶水的条件下，入料浓度为120g/L，入料量3.2m3/h，入料压力0.03MPa的试验结果。

由表2可以看出，溢流产品的总灰分为36.31%，中间产品总灰分为51.94%，底流灰总分为66.12%。溢流产品与中间产品、中间产品与底流产品的灰分分别相差15.63%和12.81%，说明该设备在无顶水情况下，利用自身的连续入料反射流即可对浮选尾煤起到一定的分选降灰作用。对+0.125mm的分选效果更明显，可从尾煤中回收产率为14.20%，灰分为24.40%的低灰中煤。对于-0.125mm的高灰细泥来说，其本身灰分已经很高，经分选后溢流产品和中流产品中-0.125mm粒级灰分均有所降低，但仍不能满足要求，回收意义不大。而其它各粒级均呈现不同程度的降灰效果。说明该分选分级机在无顶水条件下，依靠自身结构优势就可实现初步的分选降灰效果。

图4为各粒级在不同产品中的分配率，从图中可以看出：溢流主要为较细粒级，而且基本不夹带粗颗粒；中流产品主要中间粒度级，两端粒级则较少；底流则主要出粗颗粒，排粗能力强，说明了该分选分级机具有良好的分级效果。由于等沉比的存在，不可避免的-0.125mm高灰细泥进入溢流，污染溢流产品，这就使得为保证溢流产品灰分，后序作业需增加脱泥环节。

图3　试验系统流程图

图4　新型三产品水力分选分级机各产品粒度分配图

粒级/mm溢流中流底流产率/%灰分/%筛上物累计产率/%灰分/%产率/%灰分/%筛上物累计产率/%灰分/%产率/%灰分/%筛上物累计产率/%灰分/%溢流可燃体回收率/%+1----0.4834.450.4834.452.3366.112.3366.110.00+1-0.50.4213.920.4213.927.3541.697.8341.2514.7367.4917.0667.300.85+0.5-0.257.9518.238.3718.0117.2552.3625.0848.8918.1165.0035.1766.1213.09+0.25-0.1255.8333.5714.2024.408.0954.6933.1750.304.3563.9639.5265.887.64-0.1256.6561.7120.8536.303.7166.5536.8851.942.7569.6342.2766.127.75合计20.8536.3136.8851.9442.2766.1229.33

3.2顶水试验

为了增强分选分级效果，加强对初尾的扫选，提高低灰煤的回收，试验中在底锥增加了中心式上升顶水，考察了顶水量的大小对各产品的影响。在以上试验条件都固定的条件下，设置顶水流量为0.1～0.44m3·h-1，各粒级产品灰分随顶水量变化见图5(a)～图5(c)。

从图5中可以看出，顶水的引入对该分选分级机的分选效果有重要影响。随着顶水量的依次加大，三个产品中不同粒级灰分均有不同程度的提高，中间粒级0.125～0.5mm变化稍快，粗粒级+0.5mm次之，细粒级-0.125mm较慢。是因为入料中，中间粒度级灰分偏低，有利于实现窄粒级分选，而-0.125mm粒级效果不佳。从以上结果来看，上升顶水对中流产品灰分的影响最大，其他两个产品较弱，在顶水达到一定流量时，底流基本实现了排高灰尾煤，低灰煤夹带大幅减少甚至基本不夹带的良好效果。

当上升顶水量增加到一定程度的时候，底流和中流产品灰分有所下降。这是由于分选腔较小，过大的上升顶水产生了较大的紊乱现象，扰乱了正常分选所需要的悬浮床层，使得颗粒之间产生了错配。中流产品和底流产品灰分均有所降低，而溢流相对上升顶水较远，受紊乱的影响较小。

各粒级产品分配率随顶水量变化规律由图6(a)～图6(c)给出，随着上升顶水量的增加，溢流产品中-0.125mm粒级分配产率大幅增加，其他两产品中的该粒级下降，说明顶水量虽然对于高灰细泥的分选作用弱，但对其分级作用强。溢流产品中其他各粒级也不同程度的上长，相应底流产品各粒级总体上均大幅度下降，中间产品各粒级则出现不同的现象，是由于细颗粒受顶水影响，起伏波动较大。

图5　各产品不同粒级灰分随顶水量的变化

图6　各产品不同粒级分配率随顶水量的变化

由有无顶水条件下的分配曲线图7看出，增加顶水以后，细粒级主要走溢流，粗颗粒则主要走底流。该分选分级机在增加上升顶水后，分级效果更好。

图7　有无顶水各产品分配曲线

图8给出了溢流产品中+0.125mm粒级灰分和产率、可燃体回收率与上升顶水量的关系，各指标参数与顶水量基本成正相关关系。可燃体回收率增加了12.58%，灰分增加4.08%，产率增加9.45%，上升顶水的扫选环节作用效果明显。溢流回收得到的这部分低灰中煤可用重浮联合再选工艺等方法从中进一步回收精煤[12]。新型分选降灰装置的应用，可降低尾煤回收成本。

图8　溢流+0.125mm灰分与产率、可燃体回收率试验值与拟合值对比

对图8各试验点进行拟合，0点接近于无顶水时的数值，考虑到实际分选过程，可燃体回收率和产率均不得超过100%，灰分不超过原样合计灰分51.84%，所以选用一个常数项与威布尔分布构成的数学模型来拟合试验数据，结果如下。

溢流+0.125mm产率与顶水量关系见式(1)。

rc=100×[1-0.8587e-0.5977X1.9728]

(1)

溢流+0.125mm灰分与顶水量关系见式(2)。

Ac=51.84×[1-0.5295e-0.2592X0.5704]

(2)

溢流+0.125mm可燃体回收率与顶水量关系见式(3)。

Ec=100×[1-0.7862e-1.0883X2.1974]

(3)

式(1)～(3)中：Ec为可燃体回收率，%；rc为产率，%；Ac为灰分，%；X为顶水量，m3·h-1。

由数学模型得到图8拟合曲线，通过对计算值与试验值运用偏差平方的方法和进行误差检验，式(1)～(3)的偏差平方和分别为0.6927、0.2435、0.0555，拟合精度高，可作参考。

4结论

1)设计了一种具有反射水跃装置的新型分选分级机，本身无运动部件，能耗低，可一次分选得到三个产品。

2)无顶水条件下，在尾煤再选试验中得到产率为14.20%，灰分为24.40%的+0.125mm低灰中煤，对处理尾煤具有良好的分选分级效果。

3)底锥增加上升顶水的扫选环节作用明显，在一定的上升顶水范围内，随着上升顶水量的增大，

分选分级效果更好。溢流产品+0.125mm可燃体回收率、灰分与产率均与上升顶水量基本成正相关关系，灰分提高到28.48%，产率提高到23.64%，效果明显。

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Development and test study on a new type of separation classifier

ZHANGXu-dong，FANMin-qiang

(CollegeofMiningEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China)

Abstract:On the basis of the analysis of liquid-solid fluidized bed performance，a new type of separation classifier was developed and the working principle and characteristics of it wereanalyzed.In the coal flotation tailings as the study object，no top water and top water separation studies were testedrespectively.The results show that the separation classifier forcoalflotation tailings has good separation effect on reducing ash and grading.At the end of cone increasing rising top water scavenging process is helpful to improving the separation classification effect，andacquiringash 28.48% recovery from high ash coal flotation tailing and 23.64% yield of +0.125mm of low ash coal，with good separation efficiency and application prospect of wide.

Key words：separation classifier；coal flotation tailings；top water

收稿日期：2015-07-21

基金项目：国家自然科学基金项目资助(编号：50974094)

作者简介：张旭东(1991-)，男，山西大同人，硕士研究生。E-mail：1250572874@qq.com。 通讯作者：樊民强(1964-)，男，山西永济人，教授，博士。E-mail：fanminqiang@sohu.com。

中图分类号：TD94

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)04-0159-05