XJM-KS45型机械搅拌式浮选机在新巨龙选煤厂的应用

唐于辉，王焕忠，彭 阳，张 鹏，万光显

(1.新汶矿业集团内蒙古能源有限责任公司 洗煤分公司，内蒙古 鄂尔多斯 016214；2.山东新巨龙能源有限责任公司，山东 菏泽 274918)

新巨龙公司选煤厂(简称“新巨龙选煤厂”)是一座设计能力为6.00 Mt/a的矿井型炼焦煤选煤厂，系统配置可以满足10.00 Mt/a的生产需要。选煤工艺为>50 mm粒级采用动筛跳汰机排矸、50～0 mm粒级预先脱泥、50～0.5 mm粒级采用有压两产品重介质旋流器主再选、<0.5 mm粒级浮选的联合工艺。入选原煤以肥煤和1/3焦煤为主，原煤可选性为极难选。主导产品为优质炼焦煤，灰分小于8.00%(或8.50%)、硫含量小于0.60%，作为六(七)级冶炼精煤；副产品包括发热量为22.16 MJ/kg、硫含量小于1.00%的中煤和发热量为13.81 MJ/kg、硫含量小于1.50%的干燥煤球，作为发电和民用燃料。

为了完善粗煤泥分选系统，改善重介分选效果，2016年10月新巨龙选煤厂对粗煤泥分选系统进行改造，采用TCS智能粗煤泥分选机对0.5～2 mm粒级粗煤泥进行分选。2017年7月粗煤泥分选系统改造完成，但浮选系统的煤泥性质(主要是数量和粒度)发生较大变化，K-FV50NS充气式浮选机(旧浮选机)不能适应煤泥性质的变化，浮选效果变差，生产指标波动较大，进而影响最终精煤指标稳定。同时，重介系统产能得到释放，但由于旧浮选机性能较差，成为制约生产系统产能释放和精煤产率进一步提高的瓶颈。为此，2017年11月新巨龙选煤厂采用XJM-KS45型机械搅拌式浮选机(新浮选机)替换旧浮选机，新浮选机投入运行后，现场应用效果良好。

1 XJM-KS45型机械搅拌式浮选机

1.1 结构组成

XJM-KS45型机械搅拌式浮选机主要由槽体、搅拌机构、刮泡机构、放矿机构、假底稳流装置、驱动装置、液位调节装置等组成[1]，其结构如图1所示。

图1 XJM-KS45型机械搅拌式浮选机结构示意图

槽体由头部槽体、中间槽体和尾部槽体组成，各槽体之间布置有埋没式中矿箱，用于引导矿浆流动，进而防止出现“串料”问题。各浮选槽安装有可调溢流堰，用于调节槽内液面，使各槽液面与泡沫层存在一定高差，而整体液面通过尾矿箱闸板统一调节。槽体上方两侧各布置有一组精矿刮板，当改变各槽溢流堰高度时，刮板直径可在480～600 mm之间调整，以适应浮选槽液面高度和各室泡沫层厚度。此外，假底稳流装置能够实现“假底下吸、周边串流”式给料，有利于保持浮选机工况稳定，进而使其对入料量变化具有较强的适应能力[1-2]。

1.2 工作原理

在浮选机工作过程中，矿浆和药剂充分混合后进入第一槽假底下，叶轮旋转在轮腔内形成负压，使混合物分别由叶轮下吸口、上吸口进入混合区；同时，空气沿导气套筒进入混合区，矿浆、药剂与空气在此混合。在叶轮离心力的作用下，混合物进入矿化区，空气被粉碎成气泡，并与煤粒充分接触，进而形成矿化气泡。在定子和紊流板的作用下，矿化气泡均匀地分布在槽体截面，并向上升浮进入分离区，富集后形成泡沫层(精矿泡沫)，由刮泡机构刮出。假底上部未被矿化的颗粒通过循环孔和上吸口进入叶轮，再次混合、矿化、分离。槽内未被矿化的矿浆，通过中矿箱进入第二槽假底下，并完成与第一槽相同的全部过程。如此循环后，矿浆进入最后一槽，其经分选后进入尾矿箱，被排出成为最终尾矿[3-5]。

1.3 技术参数

XJM-KS45型机械搅拌式浮选机的主要技术参数如下：

参数

数值

单槽容积/m3

45

入料压力/MPa

0.06～0.12

矿浆处理量/(m3·h-1)

1 200

干煤泥处理能力/(t·h-1·m-3)

0.6～1.0

单槽搅拌电机功率/kW

90

单台刮板电机功率/kW

3

外形尺寸/(mm×mm×mm)

21 805×4 870×4 780

1.4 技术特点

XJM-KS45型机械搅拌式浮选机具有以下技术特点[6-8]：

(1)入料端设置有管式微泡矿化器，用于替代矿浆预处理器，矿浆的矿化效率提高，且有利于简化浮选工艺，强化浮选效果。

(2)“假底下吸、周边串流”式给料集直流式、自吸式给料优点于一体，既能克服直流式给料矿浆易“短路”的缺陷，又能解决自吸式给料矿浆通过量小的问题。

(3)针对煤种、粒度、浓度等特点，可以优化流体动力学参数，进而实现高均匀度充气和快速浮选，能够提高浮选机的适应性，进而保证其对不同粒级煤泥的浮选效果。

(4)最佳入料浓度在90～105 g/L之间，在矿浆通过量相同的情况下，煤泥处理能力是K-FV50NS充气式浮选机的1.50～2.00倍[9]。

(5)设备可靠性高，操作维护方便，矿浆液位单点既可自动调节也可手动调节；在同类产品中，能耗和药耗均处于较低水平。

2 浮选系统改造

采用新浮选机替换旧浮选机后，浮选系统生产模式由“粗选+扫选”变为“粗选+精选”。目前，新巨龙选煤厂共有5条浮选生产线，对应5台浮选机，采用“4+1”布置方案[10-12]。在浮选系统生产正常后，将第2至第5条生产线的浮选机作为粗选浮选机，将第1条生产线的浮选机作为精选浮选机。粗选浮选机的尾矿进入浓缩池，各槽精矿中的第1槽精矿进入精矿池，第2至第4槽的精矿进入精选系统。经过再次分选后，精选作业的各槽精矿进入精矿池，尾矿进入分级旋流器。物料经过分级处理后，溢流进入浓缩池，底流采用高频筛脱水后掺入中煤。浮选系统改造前后的设备流程如图2所示。

图2 浮选系统改造前后的设备流程图

3 应用效果

3.1 浮选入料性质

受井下煤炭性质变化和粗煤泥分选工艺的影响，入浮煤泥性质发生了较大变化，具体见表1。由表1可知：在粗煤泥分选系统改造后，入浮煤泥中<0.075 mm粒级产率为58.27%，比改造前高5.28个百分点；入浮煤泥灰分为22.64%，比改造前高3.33个百分点。入浮煤泥中的高灰细泥含量增多，这是煤泥性质发生较大变化的主要表现。

表1 改造前后的入浮煤泥性质

注：增量以改造前数据为计算基准。

3.2 浮选效果

在浮选系统改造期间，分别对新浮选机和旧浮选机的精矿、尾矿采样和化验，两种浮选机的精矿、尾矿粒度组成见表2。在入浮煤泥浓度为77.80 g/L的情况下，根据表2数据计算新旧浮选机的工艺性能指标，结果见表3。

由表2、表3可知：

(1)新浮选机的浮选完善指标为53.24%，比旧浮选机高4.44个百分点，说明其对当前煤质适应能力更强。

(2)新浮选机的精煤中>0.075 mm粒级产率为42.02%，比旧浮选机高2.12个百分点，说明其对粗颗粒回收效果更好；新浮选机的精煤产率为66.34%，比旧浮选机高1.52个百分点，在相同煤质条件下，精煤产率更高，且更易得到低灰精煤。

(3)新浮选机的精煤灰分为8.58%，比旧浮选机低0.87个百分点，且各粒级灰分均降低，重介精煤“背灰”现象大幅减轻，重介精煤灰分控制区间可以进一步提高，有利于提高精煤产率。

(4)新浮选机的精矿浓度为243 g/L，比旧浮选机高43 g/L，采用加压过滤机脱水时排料周期缩短，系统处理量显著提高。此外，浮选精煤脱水工艺得以简化，生产成本降低。

在保证浮选效果时，新浮选机的最佳入料浓度在90 g/L以上，在矿浆通过量相同的情况下，其处理能力更大。重介系统处理能力由1 600 t/h提高到1 750 t/h以上，生产系统产能得到释放。

表2 新旧浮选机的精矿和尾矿粒度组成

表3 新旧浮选机的工艺性能指标

注：增量以改造前数据为计算基准。

3.3 经济效益

新浮选机投入应用后，浮选精煤灰分降低，重介精煤无需为其“背灰”，使最终精煤产率随之升高。据计算，在不考虑煤质变化因素的前提下，新浮选机运行后，精煤产率升高3.02个百分点。按照该选煤厂洗选能力7.50 Mt/a，精煤与中煤销售差价1 000元/t计算，预计每年的销售收入增加2.27亿元，经济效益十分可观。

4 结语

XJM-KS45型机械搅拌式浮选机运行后，重介精煤“背灰”问题得到解决，精煤产率有所提升，说明其对新巨龙选煤厂当前煤泥的适应能力更强，分选效果更好。此外，由于该浮选机处理能力强、精矿浓度高，有助于提高脱水设备的处理能力，使浮选系统不再是整个生产系统的瓶颈，生产系统产能得到释放。