煤泥在倾斜板窄通道中的分选研究和实践
时间：2023-04-18 14:25:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张红霞
（霍州煤电集团汾河焦煤有限公司回坡底煤矿，山西 洪洞 041600）
煤炭是我国能源消耗的主体，作为一种不可再生化石燃料，直接燃烧或者不充分利用将会造成能源的浪费和环境污染。因此，需要对煤炭进行分选，才能最大限度地利用煤炭资源［1-2］。鉴于我国煤炭储量最为丰富的是低阶煤，该类型煤炭因为极易破碎，疏水性能差，分选难度大［3］，因此搞好对低阶煤的分选是解决煤炭储量日益减少，提高资源合理利用的有效途径。浮选作为煤泥分选的一种工艺，已有众多学者进行了相关方面的研究，并取得了很多较好的应用效果［4-6］。针对回坡底煤矿倾斜板窄通道煤泥分选效果较差的现状，从理论分析入手，在不改变分选工艺的情况下，通过理论计算得到最佳的分选参数，为采用倾斜板窄通道进行煤泥分选的矿井提供了重要参考。
流化床设备的应用得益于科学技术水平的不断发展。当液体在流动时，流动产生的运动阻力可以分离不同密度的流体，因此，以水为介质进行矿物分离的工艺得到了普遍应用。通过控制水的流速便可分离不同密度的矿物颗粒，当上升水流产生的应力和矿物颗粒沉降阻力值相等时，矿物颗粒处于悬浮状态，此时密度较大的物质沉降，密度较小的物质上浮，利用这种原理实现矿物的分选。而在实际分选过程中，待处理的矿物中颗粒粒径差异大，因为沉积矿物颗粒的存在，导致分选精度下降，往往不能达到分选特定矿物的目的。
图1 倾斜通道中颗粒的运动轨迹
倾斜通道中矿物颗粒的运动轨迹如图1所示，定义倾斜通道中的水流速度方向一致且大小相等，矿物颗粒之间的运动互不干扰，当矿物颗粒运动至倾斜通道的板面后，矿物颗粒不再受力顺着板面自动下滑。在上述定义下，假设水的流动速度为U，单位m/s；
矿物颗粒某一时刻运行速度为Ut，单位m/s；
矿物颗粒在x方向的运行距离为Z，单位m；
矿物颗粒在y方向的运行距离为L，单位m；
根据动力学理论，当矿物颗粒的运行距离比L/Z增加时，矿物颗粒的运行速度可以达到较高的值。为达到这一目的，可增大L值，意味着设备的长度增加，成本较高，因此减小Z值比较合理。当Z值较小时，矿物颗粒的运行速度得到提升，运动至板面的矿物颗粒不会直接沿着板面下滑，而是会出现再悬浮状态，这一状态才能进入溢流。
针对这一现象，K.Walton进行了详细的研究，并提出以下假设：当L/Z的比值很大时，不同粒径的矿物颗粒均会达到板面位置；
当矿物颗粒的上浮力较大时，矿物颗粒可以实现在板面的自由运动；
未受到上浮力的矿物颗粒则会顺着板面下滑，当流体的雷诺数小于1 400时，才会处于层流状态。
定义倾斜板窄通道的宽度为d，矿物颗粒某一时刻运行速度Ut在y方向的分量为Uy，则矿物颗粒在某一时刻y方向的速度分量Uy等于d/2处的水流速度，则存在以下关系式：
从公式中可以看出，矿物颗粒的运行速度与板间的水速以及板间距有着密切的关系，处于过渡区的矿物颗粒物几乎完全不受颗粒尺寸的影响，而粗煤泥颗粒正好处于过渡区内，因此可根据此理论对粗煤泥在倾斜板窄通道内进行分选，并可完全实现按密度分选。
根据实际生产经验，在倾斜通道得到的溢流产品中，粒径小于0.045 mm的煤泥的占比能达到50%，且这一部分煤泥的灰分较高，最高达到45%。这种高灰分的煤泥已经严重影响到产品的质量，因此必须进行脱泥工作。而煤泥脱泥工作的原理即为倾斜通道中矿物颗粒的运动机理，考虑到板间距无法改变，因此只能改变水速研究脱泥效果。
此次试验的水流速度分别为0.004 8 m/s、0.053 m/s以及0.006 1 m/s，分别记作一组、二组、三组，统计不同水流速度下不同粒径的粗煤泥溢流、底流结果，得到如表1所示的结果。
表1 不同水流速度下不同粒径的粗煤泥溢流、底流统计结果
从表1中可以看出，当倾斜板窄通道的间距为6 mm时，不同水流速度对煤泥的分选结果影响巨大，当水速分别为0.004 8 m/s、0.053 m/s、0.006 1 m/s时，得到的溢流产品中粒径小于0.045 mm的占比分别达到83.98%、75.32%、60.35%，且此时的灰分均较高，均大于40%；
而当水流速度增大时，得到的溢流产品中同一尺度粒径的煤泥的含量呈现增大的趋势；
这就间接说明随着水流的增大，粒径较大的煤泥随水分配的概率增大，在相对较低的水流速度下，得到的灰分较高、粒径较小的煤泥含量较大。在底流产品中，粒径小于0.125 mm的产品占比较小，占据主导地位的是粒径范围在0.125～0.5 mm的煤泥。根据表中统计结果，按照水流速度从高到低的速度，底流产品中得到的精煤比例依次为20.68%、33.56%和20.36%，对应的灰分依次为21.25%、22.36%和22.32%，相比原煤中34.65%的灰分均有了明显的降低。根据得到产品的产率和灰分来看，水的流速为0.048 m/s下脱泥效果最佳。
为了更明显的反应不同水流速度下产品的灰分变化，统计不同水流速度下底流产品灰分随平均粒度的变化规律，绘制不同水流速度下底流产品灰分平均粒度的变化曲线结果如图2所示。从图2可以看出，随着粒度的增加，煤泥灰分呈现降低的趋势，随着水流速度的增加，粗煤泥灰分呈现增加的趋势，这一趋势在平均粒径大于0.2 mm时更加明显，因此说明了水流速度对于煤泥分配现象有明显影响，水流速度越大，这一现象越明显，水流速度越小，煤泥随水分配现象不明显。
图2 不同水流速度下底流产品灰分随平均粒度的变化曲线
基于上述研究，2016年整年矿井可洗原煤总共2.30 Mt，矿井效益分析如下：
1）总精煤产率提高2%，精煤销售价450元/吨、中煤150元/吨。新增利润为：2.30 Mt/a×2%×（450元/吨-150元/吨）=1 380万元/年
2）介耗按减少0.5 kg/t原煤计算，介质价格按1 400元/t。新增利润为：（2.30 Mt/a×0.5/1 000）×1 400=161万元/年
3）浮选系统入料量减少20%，0.25～0.5 mm煤泥含量约按3.25%计算，浮选药剂煤油按每吨煤泥1 kg计算,仲辛醇药剂按每吨煤泥0.07 kg计算，煤油0.9万元/吨，仲辛醇1.1万元/吨。新增利润为：
煤油：2.30 Mt/a×3.25%×1 kg/t/1 000×0.9万元/吨=67.28万元/年
仲辛醇：2.30 Mt/a×3.25%×0.07 kg/t/1 000×1.1万元/吨=5.8万元/年
4）重介系统小时处理能力按提高10%计算,目前重介系统处理能力约为388 t/h时，相当于节省38.8 t/h的选煤成本，吨煤加工费按30元计算，新增利润为：38.8 t/h×30元/吨×330天×16小时=819.46万元/年。
2016年共计新增利润为：2 433.54万元。
1）基于矿物洗选工艺中倾斜通道中矿物颗粒的运动机理研究，处于过渡区的矿物颗粒物几乎完全不受矿物颗粒尺寸的影响。因此可根据此理论对粗煤泥在倾斜板窄通道内进行分选，并可完全实现密度分选。
2）研究水速分别为0.004 8 m/s、0.053 m/s、0.006 1 m/s时煤泥分选结果，发现随着水流的增大，粒径较大的煤泥随水分配的概率增大，在相对较低的水流速度下，得到的灰分较高、粒径较小的煤泥含量较大。
3）综合分析不同水流速度下的分选结果，水的流速为0.048 m/s下脱泥效果最佳，经济效益最佳。
猜你喜欢板面煤泥溢流煤泥重介质旋流器在动力煤选煤厂粗煤泥分选中的应用选煤技术(2022年1期)2022-04-19美味老翟板面作文小学中年级(2021年12期)2022-01-21煤泥水中煤与不同矿物相互作用的模拟研究矿产综合利用(2020年1期)2020-07-24筛孔型溢流管旋流器分离性能研究金属矿山(2020年4期)2020-05-28电解机组洗涤喷嘴布置方法研究建材与装饰(2018年44期)2018-11-21精确发现溢流研究及在西北工区现场应用录井工程(2017年3期)2018-01-22板面的故事财经国家周刊(2017年13期)2017-07-12基于模糊专家系统的钻井溢流智能预警技术西南石油大学学报(自然科学版)(2016年2期)2016-12-01梁宝寺煤矿选煤厂煤泥沉降与回收实践山东工业技术(2016年15期)2016-12-01煤泥分选超净煤的药剂研究中国煤炭(2016年1期)2016-05-17
