螺旋分选机在山西潞安余吾矿选煤厂的应用

张嘉云，杜 军，王亚健，孙玉伟，张鹏飞，公绪文，王治帅

(1.山西潞安集团余吾煤业有限责任公司，山西 长治046204；2.威海市海王旋流器有限公司，山东 威海264203)

在选煤行业中，重介质旋流器的有效分选下限为0.5 mm，且随着粒度的减小，分选效果逐渐变差；而浮选的最佳分选粒级在0.25～0.074 mm之间，因而介于浮选上限与重选下限之间粒级的粗煤泥的分选效果最差。若0.5～0.3 mm粒级的煤泥灰分较高，掺入精煤中会造成精煤“背灰”，作为中煤又会造成较大的经济损失。因此如何有效提高粗煤泥的分选具有非常重要的意义。目前在市场上较为常用的粗煤泥分选设备有煤泥重介质旋流器、TBS、螺旋分选机、水介质旋流器等设备[1-2]，其中螺旋分选机作为一种无动力分选设备，在选煤厂中得到了非常广泛的应用[3-4]。近三十年间，螺旋分选机在我国的矿物分选和设备优化方面取得了一定成果，但在其使用过程中仍存在许多问题，如分选密度过高，分选精度较低等缺点。文章基于余吾选煤厂螺旋分选机的使用情况对上述问题进行探讨。

1 概述

螺旋分选机自上世纪90年代初开始应用于选煤行业，目前在美国、澳大利亚、南非和中国等世界主要产煤国已得到广泛应用[5-6]，取得了良好的分选结果，其具有以下优点：

(1)结构简单，无运动部件，能耗低。

(2)基建投资和日常维护费用低，磨损轻，使用年限长。

(3)操作简单，可根据用户需求实时调节。

(4)分选粒级范围宽，处理能力大，适用于0.15～2 mm粒级的煤泥分选，尤其适用于处理0.15～3 mm粒级的粗煤泥。

2 LXA型螺旋分选机

LXA型螺旋分选机已广泛应用于俄罗斯、韩国、伊朗和中国等国家，应用领域涵盖了矿物和煤炭洗选、固废回收、土壤净化等领域[7-8]。下面以LXA1000螺旋分选机为例介绍该型号螺旋分选机的结构及特点，其实物如图1所示。

图1 LXA1000螺旋分选机实物图

2.1 结构组成

LXA1000螺旋分选机主要由入料分配器、螺旋支撑架、预先排矸尺、产品截取器等部分组成(图2)。入料分配器主要是将来料矿浆均匀分配给各个螺旋分选槽，保证流量稳定；螺旋支撑架用于固定螺旋分选机；预先排矸尺设置预先排矸溜槽，提前将矸石产品排出螺旋槽面，提高精矿品位；产品截取器根据生产指标要求调节截取器的角度，调节产品指标。

图2 LXA1000螺旋分选机结构简图

2.2 分选原理

螺旋分选机分选原理如图3所示。该设备主要根据矿物颗粒的密度和粒度的差异，使矿物在运动的过程中产生分层，从而分离出不同的产品。水流中的矿粒在重力、摩擦力、惯性离心力和水流动压力等作用下松散分层，密度大的矿粒进入底层并向内缘移动，密度小的矿粒进入上层并向外缘运动，在螺旋槽表面上形成了精矿带和尾矿带，最后通过截料器将精矿和尾矿分开[9-10]。

图3 矿物颗粒在螺旋分选机中的分选原理示意图

2.3 技术特点

LXA1000型螺旋分选机主要分选密度在1.5～2.0 g/cm3之间灰分较高的煤泥，入料粒度范围在0.1～2.0 mm之间，入料浓度要求在30%～50%之间，每头干煤处理能力在2～4 t/h之间，矿浆通过量在6～8 m3/h之间，其具有以下特点：

(1)矿浆分配器采用平行喉呼吸管的先进设计，保证了矿浆通过量和流速的稳定。

(2)螺旋槽横断面采用3次方抛物线形状，设计先进，能最大程度地提高精煤产率。

(3)骨架玻璃钢采用整体喷涂反向叠片成型工艺制作，具有质量轻、强度高、耐渗透性强等优点。

(4)截取器采用与槽表面分离的设计思路，可避免挡板与槽面的摩擦损坏，并能有效地进行产品分割。

(5)整机采用模块化设计，组装拆卸方便，还可根据用户要求进行增添或删除某些零部件。

3 LXA1000螺旋分选机在余吾矿选煤厂的应用

山西潞安集团余吾矿选煤厂一期和二期的设计能力为6.0 Mt/a，煤泥量约占原煤的15%，其原则流程如图4所示。块煤采用重介质旋流器分选，末煤采用螺旋分选机分选。原煤经分级筛预先脱泥，1.0～50 mm粒级原煤采用有压两产品重介质旋流器分选，<1.0 mm粒级的煤泥经过分级浓缩旋流器分级后，0.10～1.0 mm粒级粗煤泥进入螺旋分选机进行分选，<0.10 mm粒级细煤泥采用压滤机回收，压滤机的滤液返回浓缩机。余吾矿选煤厂所用螺旋分选机为LXA1000型煤用分选机，螺旋槽面直径为1 000 mm，配置为每柱3头螺旋，每头4圈螺旋。

图4 余吾矿选煤厂原则流程

4 LXA1000螺旋分选机性能评定

4.1 入料可选性分析

山西潞安集团余吾矿选煤厂螺旋分选机入料为分级浓缩旋流器底流，入料灰分为16.97%，按照GB 475—2008《商品煤样人工采取方法》对螺旋分选机的入料及产品进行取样，并按照MT/T 808—1999《选煤厂技术检查》煤粉浮沉试验方法测定入料、精煤、矸石产物的密度组成情况。

对粗煤泥的可选性分析得出螺旋分选机入料浮沉结果见表1，利用螺旋分选机入料的浮沉结果绘制的可选性曲线如图5所示。

由图5可知：λ曲线上部较为陡峭，下部曲线较为平缓，表明中间密度级物料含量较少。通过查询可选性曲线可知：当要求精煤灰分为11%时，其理论分选密度为1.867 g/cm3，精煤理论产率为88.19%；当要求精煤灰分为12%时，其理论分选密度为1.915 g/cm3，精煤理论产率为90.77%。当要求精煤灰分在10%～11%之间时，δ±0.1含量在10%～20%之间，可选性等级为中等可选[11]。

表1 螺旋分选机入料的浮沉结果Table 1 Float-and-sink data of spiral separator′s feed coal %

图5 螺旋分选机入料可选性曲线

4.2 工艺性能评定

目前余吾矿选煤厂螺旋分选机运行状况良好，入料灰分为16.97%，精煤产品灰分为10.98%，矸石灰分为45.38%，精煤灰分在选煤厂要求范围之内，且矸石不存在带煤的情况，初步分选表明螺旋分选机分选效果较好[12]。螺旋分选机入料、溢流和底流浮沉试验结果见表2。

利用灰分平衡法计算螺旋分选机溢流产率为82.59%，底流产率为17.41%，进而计算重产物分配率，计算结果见表3。

表2 螺旋分选机入料、溢流及底流浮沉试验结果Table 2 Float-and-sink data of spiral separator′s feed, overflow and underflow %

表3 螺旋分选机重产物分配率计算结果Table 3 Calculated partition coefficients of heavy products %

由表2、表3数据可得：

(1)可能偏差E的计算。

式中：d75为分配率为75%时对应的密度，g/cm3；d25为分配率为25%时对应的密度，g/cm3。

图6 螺旋分选机重产物分配率曲线

(2)不完善度I的计算。

式中：d50为分配率为50%所对应的密度，g/cm3。

从图6中查得d50为1.75 g/cm3，由此得到螺旋分选机的不完善度为0.18。

(3)螺旋分选机数量效率ηe的计算。

利用表2中灰分一列和精煤产率一列数据分别作为横、纵坐标绘制浮物曲线(图7)。根据螺旋分选机的精煤产品灰分10.98%，从图7中查得对应的精煤理论产率为80.55%。

图7 螺旋分选机浮物曲线

由此可得螺旋分选机数量效率：

式中：ηe为数量效率，%；γp为实际精煤产率，%；γt为理论精煤产率，%。

对螺旋分选机分选效果进行评定，LXA1000螺旋分选机精煤产率为82.59%，矸石产率为17.41%，可能偏差E为0.135 g/cm3，不完善度I为0.18，数量效率ηe为97.5%。因此该型号螺旋分选机在满足选煤厂对精煤灰分指标的要求下，运行状况良好，达到了预期的指标要求。

5 结语

山西潞安集团余吾矿选煤厂通过采用螺旋分选机对粗煤泥进行分选回收，螺旋分选机的运行情况表明：螺旋分选机分选可能偏差E为0.135 g/cm3，数量效率为97.5%，分选的精煤指标达标，不仅提高了精煤产率，增加了选煤厂的综合经济效益，同时也降低了煤泥水系统的负荷，改善了全厂设备运行环境，有益于系统长期稳定运行。