磁铁矿粉粒度对煤泥重介质旋流器分选效果影响的研究

赵 卫 沈丽娟 陈建中

（中国矿业大学煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室，江苏省徐州市，221116）

近年来，小直径重介质旋流器的研发带动了选煤工艺的进步，作为大直径重介质旋流器的延续，弥补了大直径旋流器分选下限高及无法对粗煤泥进行有效分选的问题。我国选煤用小直径重介质旋流器的研究始于20世纪90年代，在选煤厂应用时其入料主要来源于大直径重介质旋流器的精煤合介分流，利用大直径旋流器对加重质的分级和浓缩作用，使用相对较细的磁铁矿粉对粗煤泥进行分选，然而分级浓缩后的悬浮液性质受大直径旋流器的影响较大，例如屯兰选煤厂采用无压三产品+煤泥重介+浮选联合工艺，就容易出现煤泥重介入料浓度及粒度组成等发生变化，因此导致分选效果不稳定。磁铁矿粉的性质又是影响煤泥重介质旋流器的一个重要因素，本文将探讨磁铁矿粉的粒度对煤泥重介质旋流器分选效果的影响。

1 重介质旋流器的分选原理

重介质旋流器选煤是利用阿基米德原理在离心力场中完成的，煤与矸石在重介质旋流器内的分离主要取决于离心力和密度场的双重作用。矿粒在旋流器密度场中，受到的离心力和在离心力作用的下沉速度分别见式 （1）和式 （2）：

式中：F——离心力，N；

Vc——下沉速度，m／s；

H——重介质旋流器的入料压头，m；

d——矿粒直径，m；

D——旋流器直径，m；

μ——粘滞系数，Pa／s；

δ——矿粒密度，kg／m3；

Δ——悬浮液密度，kg／m3；

g——重力加速度，m／s2；

K1、K2——均为系数。

由式（1）和（2）可以看出，矿粒在重介质旋流器中所受的离心力F 的大小和下沉速度Vc与重介质旋流器的直径D 成反比，与重介质旋流器的入料压头H 成正比，还与分选悬浮液的流变特性有关。

悬浮液的密度场是由磁铁矿粉量和煤泥含量共同决定的，合适分选的密度场条件是需要悬浮液具备一定的稳定性和流变特性，而加重质的粒度特性又是影响悬浮液的稳定性和流变特性的重要因素，进而影响分选效果。如果加重质的粒度过细，不仅会导致悬浮液粘度的提高和分选效果的降低，也会恶化净化回收条件；如果加大加重介质的粒度，则需要加大外部能量来保持分选悬浮液的稳定性。

2 重介质旋流器分选煤泥的试验研究

2.1 试验条件

试验使用的重介质旋流器柱段直径为100mm，柱段长度为180mm，溢流管直径为40mm，底流口直径为24mm，入料压力为0.15 MPa，入料浓度为200g／L。煤泥重介质旋流器分选试验系统流程见图1。

图1 煤泥重介质旋流器分选试验系统流程图

2.2 试验用煤样性质

试验用煤样选用粒度为1.5mm 以下的原生煤泥，试验所采样品需要筛去低于0.125 mm 的物料，1.5～0.125mm 粒度级煤样的小筛分见表1。

表1 试验用煤样的小筛分资料

由表1可以看出，煤样的主导粒度级为0.5～0.25 mm，占全样产率为37.20%，灰分为18.88%；其次是粒度级为1～0.5mm 的煤样，产率为32.25%，灰分为18.53%，各粒度级煤样总体灰分不高，总灰分为18.74%。

试验用煤样的小浮沉资料见表2。

表2 试验用煤样的小浮沉资料

由表2 可以看出，试验煤样的主导密度级为1.3～1.4kg／L，产率为32.27%，灰分为7.53%；-1.5 kg／L 密度级含量为72.02%，灰分为7.58%；-1.8kg／L密度级含量为89.71%，灰分为12.84%。

2.3 不同粒度磁铁矿粉对分选效果的影响

本试验采用3种粒度等级不同的铁磁矿粉，较粗的（试验一）-0.045mm 含量为70%，中间粒级的 （试验二）-0.045mm 含量为80%，较细（试验三）的-0.045 mm 的含量为90%，试验采集煤样都是先经过0.125mm 的筛子筛去磁铁矿粉和-0.125mm 的细泥，其结果反映的是+0.125 mm 粗煤泥的分选效果。每次试验所采溢流和底流煤样小浮沉分析结果见表3。

表3 试验精煤和尾煤小浮沉试验结果

3 试验结果分析

（1）按照《煤用重介设备工艺性能评定方法》GB／T15715-2005，对煤泥重介质旋流器各粒级分选效果进行评定，评定指标有给料速度、可能偏差、数量效率、灰分误差、错配物总量和临近密度物。根据浮沉资料列出分配率计算表和错配物计算表并绘制分配曲线见图2，可选性曲线和错配物曲线见图3。

图2 不同粒度磁铁矿粉分选分配曲线

图3 不同粒度磁铁矿粉分选错配物曲线

从图2和图3读取相对应的数值并进行计算，结果见表4。

由表4可见，给料速度是一定时间内溢流量和底流量的总和，从计算结果可知试验三的各项指标均是最好，说明-0.045 mm 粒度级磁铁矿粉占90%的加重质能使煤泥重介旋流器获得更好的分选效果。

（2）国内也有专家引用前苏联评价体系，即采用底流浓缩度、溢流澄清度、底流溢流密度差和浓缩效率来评价重介旋流器内部的悬浮液的稳定性，实测悬浮液密度条件下计算以上指标，计算结果 见表5。

表4 试验结果指标测评表

表5 试验悬浮液参数及计算结果

由表5可见，较细磁铁矿粉能够提高悬浮液的稳定性，同时发现加重介质粒度越细悬浮液粘度也会跟着变大。

（3）对于确定的某一种煤泥还可以用K 值评价其分选效果，计算方法为实际精煤产率除以降灰比，根据产物小筛分资料用格式法计算各粒度级产率并计算K 值，结果见表6。

表6 试验各粒度级K 值计算结果

由表6可见，随着磁铁矿粉变细，各粒度级K值逐渐增大，同样证明本文观点。

（4）对于块煤分选机来说，加重质粒度-0.074mm含量不低于80%，对于大直径重介质旋流器来说，-0.045mm 含量不低于80%，但是对于分选-0.5mm 粉煤的旋流器，其有效分选下限 达 到 0.074 ～0.045 mm 时， 加 重 介 质-0.045mm含量应达到90%以上。

（5）经相关专家试验验证后发现在相似的条件下，当-0.045mm 细颗粒含量在93%时，磁选效率及磁性物回收率达到最大值。

4 结语

煤泥重介质旋流器对粗煤泥有着显著的降灰效果，是一种高效的粗煤泥分选设备，选择加重介质粒度需要考虑以下因素：入选原煤的粒度，相对于大直径旋流器煤泥重介质旋流器应该选择更细的磁铁矿粉；加重介质在悬浮液中的体积浓度；加重介质的回收工艺以及悬浮液的密度等。试验结果表明，当磁铁矿粉-0.045 mm 粒度级含量在90%时，煤泥重介质旋流器的分选效果变好且磁选效率高，磁性物回收率大。

［1］ 杨玉民.煤泥重介工艺在屯兰选煤厂的完善 ［J］.中国煤炭，2009 （6）

［2］ 沈丽娟，赵勇，陈建中.三产品重介旋流器分选构造煤的试验研究 ［J］.中国煤炭，2013 （9）

［3］ 陈建中，沈丽娟等.煤泥重介质旋流器分选粗煤泥的探讨 ［J］.选煤技术，2010 （4）

［4］ 彭荣任等.重介质旋流器选煤 ［M］.北京：冶金工业出版社，1998

［5］ 宋国阳等.磁铁矿粉粒度组成对介质回收率的影响［J］.选煤技术，2012（5）

［6］ 沈丽娟.煤用螺旋分选机工艺参数的研究 ［J］.选煤技术，1992 （1）