上升水流对干扰床分选机分选效果的影响分析

陈志强

(1.天地(唐山)矿业科技有限公司，河北 唐山063012；2.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山063012； 3.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山063012)

在煤炭分选中，目前广泛应用的选煤方法有基于密度差异的跳汰、重介分选与基于表面物理化学性质差异的浮选等[1]。而2～0.3 mm粒级粗煤泥分选难度较大、耗资较多。>2 mm的粗粒级煤采用重力分选的方法，<0.3 mm的细粒级煤泥采用浮选，一般均能达到较好的效果。但对于2～0.3 mm粗粒级煤泥，二者分选效果并不理想，存在着重选粒度下限与浮选粒度上限的缺口，传统分选设备均不能对其进行有效分选，从而导致这部分煤的分选效果不佳、整体分选效率偏低，造成资源浪费和企业经济效益降低[2-3]。因此，在煤泥水处理系统中采用粗煤泥分选和浮选联合工艺，才能最大限度地回收精煤，保证精煤产率。

为解决粗煤泥分选问题，国内外学者都做了大量研究，并取得了一定成果。其中干扰床分选机正是目前比较常用的处理粗煤泥的有效设备，可以低成本并有效地回收2～0.3 mm粒级粗煤泥[4]。但是由于受生产中煤质和粒级范围的变化，以及高灰细粒矸石干扰等因素的影响，干扰床分选机上升水流流量和压力的确定、传感器排料密度的设定等均出现了问题。众多参考文献和经验认为，精煤的产率和灰分随着流量的增大而增大[5]，而在申家庄煤矿选煤厂对干扰床分选机的工业试验结果却不同。下面文章对干扰床分选机运行状况进行了分析，研究了上升水流对干扰床分选机分选效果的影响。

1 干扰床分选机

1.1 结构

干扰床分选机由槽体、流体分布器、排料阀、传感器、执行器、入料井、入水管路、溢流堰等组成[6](图1)。槽体是用于分选的容器；流体分布器上布有若干喷水嘴，以保证上升水流分布均匀；排料阀用于排放矸石；传感器用于测定床层密度；执行器用于接收传感器信号，并打开或关闭排料阀；入料井的入料来自上级设备的底流，可起到入料缓冲作用；入水管路主要是提供上升水流，精煤则通过溢流堰排出[7]。

图1 干扰床分选机结构简图

1.2 工作原理

干扰床分选机是根据密度、粒度或形状不同的物料在水中沉降速度的差异进行选别的设备[8]，它既可以用于基于物料粒度差异的分级，也可以用于基于密度差异的分选。当入料粒度在一定范围内，物料将按密度进行分选；当入料密度在一定范围内，物料将按粒度进行分级。物料的密度和粒度不同，在同一介质流中的沉降速度也不同[9]，即高密度粗粒级物料具有较高的沉降速度，低密度细粒级物料具有较低的沉降速度。提供的上升水流速度介于低密度细粒级与高密度粗粒级物料的沉降速度之间，故高密度粗粒级物料在上升水流中下沉，低密度细粒级物料则上浮，从而实现粒群按密度和粒度的分离[10-11]。

在充分流态化的前提下，密度相同而粒度不同的颗粒群周围容积浓度比较均匀，小颗粒的雷诺数较小，干扰沉降速度较低[12]。因此在上升水流的作用下，小颗粒首先被冲起并集中在上层，大颗粒则集中在下层[13]。

1.3 技术特点

(1)干扰床分选机没有传动部件，是一种结构简单、单位处理量大的分选设备，唯一的分选动力就是稳定的上升水流[14]。

(2)其基建投资、安装和生产费用较低。

(3)操作简便，自动化程度较高，其产品质量不受入料量和入料组成变化的影晌，可自动调节，最大限度地减轻了操作工的工作量[15]。

2 工业性试验及结果分析

2.1 试验及结果

干扰床分选机的工业试验在申家庄煤矿选煤厂完成。该分选机入料是分级旋流器的底流，分选后的精矿和尾矿由高频筛脱水后分别进入精煤和中煤产品。因上升水流的流量是干扰床分选机的重要参数，故在试验过程中，上升水流流量从200 m3/h开始，水量每增加10 m3/h，就取样化验溢流产品的灰分，直至上升水流流量达到300 m3/h，试验结果见表1，并将之绘制成曲线，得到溢流产品灰分和上升水流流量之间的关系，如图2所示。

表1 上升水流流量与溢流灰分的关系

图2 上升水流流量与溢流灰分的关系图

由表1和图2可知，随着上升水流流量的增大，溢流的灰分先降低后升高。为此做了大量的筛分试验来寻找其产生的原因。

2.2 干扰床分选机溢流粒度分析

对比上升水流流量不同条件下干扰床分选机溢流筛分试验数据(表2)可知，当上升水流流量为230 m3/h时，<0.3 mm粒级的产率为54.32%，灰分在20%～65%之间；当上升水流流量为260 m3/h时，<0.3 mm粒级的产率为26.36%，灰分在20%～40%之间；当上升水流流量为300 m3/h时，<0.3 mm粒级的产率为37.45%，灰分在30%～75%之间。

表2 干扰床分选机溢流筛分试验结果Table 2 Screen analysis of overflow of TBS %

由表2可知：溢流中<0.3 mm粒级的细粒矸石较多，灰分较高，因颗粒越小越容易上浮进入精煤，导致溢流灰分过高。随着上升水流流量的增大，0.3～1.0 mm粒级的煤经过上升水流的分选，虽然进入溢流的细粒矸石总产率没有变化，但是精煤产率增多，因此溢流整体灰分降低；继续增大水流流量，水流会使粗粒级甚至高灰的矸石带入溢流产品中，导致溢流的灰分逐渐升高。

2.3 结果分析

分级旋流器是干扰床分选机的上级设备，不能把<0.3 mm的细粒级高灰矸石完全分离出，导致其进入干扰床分选机入料中。而干扰床分选机又不能对<0.3 mm细粒级进行有效分选，从而使未经分选的细粒级全部上浮进入精煤产品中，造成溢流灰分偏高。

3 结论

(1)上升水流流量是干扰床分选机的重要参数，生产中应从小到大逐步增大流量，按照其灰分先减小后增大的规律，探索出合适的溢流灰分。

(2)合理选择干扰床分选机的上级设备，保证窄粒级入料，并减少入料中高灰细粒煤的比例，防止其进入溢流，污染精煤。

(3)加强干扰床分选机下级设备的管理，合理选择弧形筛和高频筛的筛缝，筛除混入精煤的高灰细粒煤，防止其进入最终的精煤产品。