重介质选煤技术.ppt

重介质选煤技术,主讲人：孙佰成,前言：选煤的意义,煤炭的分选是选矿技术在煤炭工业中的重要应用。煤炭是我国的主要能源，占一次能源的75%。原煤在生成过程中混入了各种矿物杂质，在开采和运输过程中不可避免地又混入顶板和底板的岩石及其他杂质。随着采煤机械化程度的提高和地质条件的变化，原煤质量将会越来越差。选煤的主要任务就是除去原煤中的杂质，降低煤炭的灰分和硫分，提高原煤质量，适应用户需要。例如，钢铁厂需要低灰分炼焦精煤。有资料表明，精煤灰分每降低1%，焦炭灰分可降低1.33%，而焦炭灰分每降低1%，炼铁焦比可降低2%，高炉利用系数可提高3%，同时，还可提高生铁的质量。煤中硫60%以上转入焦炭里、焦炭中硫分每增加0.1%、高炉用焦就多消耗2%，石灰多消耗2%，生铁产量降低2%5%，生铁质量变差。,在我国，原煤含矸量一般为2o%3o%，有的还更高。经洗选排弃大量矸石、除去原煤中的杂质，可减少铁路的无效运输；降低煤炭的灰分和硫分，可以降低燃煤对大气的污染，保护环境。煤炭洗选加工常用的选煤方法有跳汰、重介和浮选法。综上所述，国民经济的许多部门都离不开选煤这门技术科学。它的技术水平对许多经济部门产生较大的影响。选煤技术落后，会造成有用资源的损失浪费，选煤厂的产品成为无法利用的废物。反之，先进的选煤技术可以产生“一矿变多矿”“一厂变多厂”的良好局面。从古代的淘洗法，到今天种类繁多的选煤新技术和新设备的不断出现选煤学已发展成为一门独立的学科。可以肯定随着科学技术水平的提高和各国对原料、能源需求量的增加，选煤学科的技术水平将不断提高，应用的范围将越来越广，发挥的作用也将越来越大。,第一节：概述,一、什么叫重介质选煤？,在重力选矿过程中，通常都采用密度低于入选矿密度的水或者空气作为分选介质。所谓重介质是指密度大于1g/cm³的重液或者重悬浮液流体。煤在重介质中按颗粒密度的差异进行分选的过程即称为重介质选煤。,二、重介质选煤在我国的发展,我国于1956年开始研究重介质选煤。1958年煤炭科学研究院唐山煤炭研究所在通化铁厂选煤厂开展了以磁铁矿粉作为加重质的双锥型分选机再选槽洗中煤的试验研究，并在南桐、轩岗和林西等矿进行了用黄土、高炉灰作为加重质的重介质选煤的试验研究工作。同年，中国矿业学院在北票台吉选煤厂建成以黄土作为加重质的鼓形分选机再选跳汰中煤车间。实践表明，用黄土和高炉灰作为加重质，不但回收困难而且污染精煤产品，因此停止了这方面的试验而全力转向用磁铁矿悬浮液的选煤研究。,1959年，我国研制了槽宽1.06m的斜轮重介分选机，并在铁厂选煤厂用于再洗槽洗中煤和分选6-100mm的块原煤。1960年-1964年中国矿业学院与阜新海州露天矿协作建成用斜轮重介质分选机排矸车间。1964年-1966年唐山煤炭研究所与沈阳煤矿设计院协作在铁厂选煤厂简称用斜轮重介质分选机精选100-13mm块煤的车间。60年代末期，在煤炭工业部和机械工业部所属科研、设计和制造单位的共同努力下，完成槽宽1.6、2.6、3.2、4m斜轮分选机的设计制造，建立了我国斜轮分选机系列。我国于1965年开始进行重介质旋流器选末煤的研究，1966年唐山煤研所协助彩屯选煤厂建成了我国第一座重介质旋流器选末煤车间。,我国对重介质选煤的研究已有60多年的历史，在洗选炼焦煤，无烟煤，褐煤和其他动力煤方面已积累了一定的生产经验。展望未来，重介质选煤在我国有着广阔的发展前景。,三、重介质选煤的优缺点,重介质选煤的优点：1、分选效率高2、可高效地分选难选煤和极难选煤 对于难选煤和极难选煤，在要求精煤灰分较低时，跳汰选煤法一般是选不出合格精煤的，即使选出低灰精煤，其产率和效率都会很低。重介质选煤法可以在保证较高分选效率的条件下，选出低灰精煤。3、分选密度调节范围 分选密度可控制在1300-2200kg/m³，且易于调节，其误差范围可保持在±0.5%。,4、适应性强 重介质选煤可以适应入洗原煤在数量和质量上的大幅度波动。当用户对精煤质量要求变动时，精煤灰分可按照要求迅速予以改变。5、分选粒度范围宽 块煤重介质分选机的入料粒限一般为100-6mm，末煤重介质旋流器粒限为50-0mm（分选深度可达0.15mm）。6、处理能力大7、生产易于实现自动化,重介质选煤缺点：重介质选煤的缺点是生产工艺中增加了加重质净化回收系统，设备磨损较为严重，需要经常维修。现在虽已研制出不少耐磨材料，提高了设备使用寿命，但与其他选煤方法相比较，设备磨损和维修工作量大是它的主要缺点。,四、重介质选煤的应用范围,用重介质分选机排矸，如我厂准备车间的重介浅槽分选机；用于分选难选和极难选煤；适用于分选含有易泥化矸石的原煤；为脱除煤中的硫而需要按低密度分选时，采用重介质选煤是可行的；,重介质旋流器选煤的应用范围,分选难选和极难选的末煤（包括烟煤和无烟煤）；再选跳汰机的中煤或精煤；与其他选煤方法组建联合流程；分选需要高度解离的原料，如夹矸煤含量大或破碎后可解离处黄铁矿的原煤；低密度分选超低灰精煤；分选不脱泥原煤，其分选深度可达0.15mm。,第二节：重介质选煤原理,重介质选煤的基本原理是利用阿基米德原理，即浸没在液体中的颗粒所受到的浮力等于颗粒所排开的同体积的重量。在重介质选煤的过程中，悬浮液中的颗粒除了受到重力和浮力的作用外，还受到悬浮液流体的动力阻力作用。这种阻力包括粘性阻力和流动阻力。通常，颗粒越大，介质粘度越小时，颗粒在重介质悬浮液中运动时所受到的阻力影响就越小。因此，颗粒的粒度越大，分选速度越快，效率越高。,一、重介质分选机的分选原理,物体在介质中的重力G0等于该物体在真空中的重量与同体积介质重量之差即-0，颗粒下沉； -0，颗粒上浮； -=0颗粒悬浮在液体中任意位置。当 =1400kg/m³时，=1300kg/m³该颗粒上浮；=1800kg/m³，该颗粒下沉。,二、重介质旋流器分选原理,从外形上看重介质旋流器可分为圆锥形与圆筒形。从给料方式可分为有压给料和无压给料式。从产品数量上分为两产品和三产品重介旋流器。右图是圆柱圆锥形重介质旋流器结构示意图。其主体是由圆筒部分和圆锥部分所组成。,重介旋流器的分选过程是,原矿和悬浮液的混合物以一定的压力由给料管沿切线方向给入旋流器圆筒部分,形成强大的旋流。其中一股是沿着旋流器圆柱和圆锥体内壁形成一个向下的外螺旋流,另一股是在围绕旋流器轴心形成一个向上的内螺旋流,其轴心速度最大。 在内外螺旋流的作用下,使高低密度矿粒得到分离,高密度矿粒随外螺旋流下降至底流口排出。 低密度矿粒随内螺旋流通过溢流管进入溢流收集室从切线方向的出口排出。在旋流器中,离心加速度比在重力场中重力加速度大的多,所以物料所受的离心力也比重力大得多。在旋流器的入料口处离心力比重力大7.86倍。 在旋流器的锥体部分,旋转半径减小,切向速度加快,离心力进一步加大,离心力可比重力大几十倍甚至几百倍。这就大大改善细矿粒,难选物料的分选效果,加快分选速度,提高处理能力。,第三节：重悬浮液,重介质选煤用的悬浮液是一种固相和液相的两相体，即一种固相微粒分散在另一种液相中构成的体系。被分散的固相微粒称为分散相。其周围的液相称为分散介质，分属不同的相。在重介选煤中，把高密度的固相微粒称为加重质，液相一般为水。按分散相粒径的大小，可把分散体系分为三类：分散相粒径小于0.001um的分散体系叫真溶液；粒度在0.1um至0.001um之间的分散体系叫胶体溶液；粒径大于0.lum的分散体系叫悬浮液。,一、重介选煤用悬浮液主要特点,悬浮液中的悬浮颗粒在普通显微镜，甚至用肉眼都能看到；分散相(水)和悬浮液粒子之间有明显的相界面；由于悬浮液中悬浮粒径较大，在重力作用下会产生沉降，具有动力不稳定性。如保持悬浮液不被破坏，需要有外力作用。如机械力、垂直流、水平流、脉动流、切相流等。重介旋流器选煤用的悬浮液分散相(加重质)的粒径一般在0.2mm到lum田之间，需要有外力作用才能保持相对稳定性。,二、加重质的选择,在选择加重质时，应注意粒度和密度的综合要求。既要达到悬浮液的密度及悬浮液的稳定性，又要保证较好的流动性(粘度不能高，容积浓度应控制在一定范围内)、加重质的粒度越粗、沉淀速度越快，粘度越低、则稳定性不好；加重质粒度越细、沉淀速度越慢、稳定性好、但粘度增加，介质流动性差、加重质密度越高，对一定密度的悬浮液则容积浓度越低。因此，尽可能选择加重质的密度和粒度组成以及悬浮液容积浓度综合指标最佳的方案。,重介质选煤的磁铁矿粉应具备下列条件1、磁铁矿粉的纯度通常以磁铁矿粉中磁性物含量高低来表示其纯度。一般要求磁性物含量应在90%以上。磁性物含量高其密度高，并减少加重质的耗量。2、磁铁矿粉的有效密度高时，容易配制高密度的悬浮液。纯结晶的磁铁矿的密度为5.17。选矿厂生产的磁铁矿精矿并非纯净，一般都低于5.17。但重介质选煤所使用的磁铁矿粉有效密度不应低于4.64.7.3、磁铁矿粉的脆性要小，以防止在使用过程中发生泥化。4、磁铁矿粉的导磁率要高，磁滞性要以满足在净化时磁铁矿既容易磁化回收，又容易退磁，保持再生悬浮液的稳定性。为保证加重质的有效使用，磁铁矿粉的水分要低，以免因磁铁粉打团增加损失。5、磁铁矿粉的粒度组成对粒度组成的要求，一是要满足悬浮液的稳定性，二是要降低加重质的损耗，三是降低对设备的磨损，因此，对磁铁矿粉的粒度组成应有严格的要求。,各国选煤用磁铁矿粉规格,三、悬浮液的性质,1、悬浮液密度和容积浓度,采用磁铁矿粉配制悬浮液时，一般容积浓度在15%35%之间。超过最大值(35%)时，悬浮液粘度增高其至失去流动性，矿粒在悬浮液中不能自由运动。低于容积浓度最小值时又会造成悬浮液中加重质迅速沉降，使悬浮液密度不稳定而导致分选效果变差。采用磁铁矿粉配制的悬浮液密度可达1.32.g/cm³。如果在允许的容积浓度范围内，悬浮液仍不稳定时，可以加入一定量的煤泥来达到稳定悬浮液的目的。配制悬浮液时所需要的磁铁矿粉重量和煤泥重量可按下式计算：,、磁性物含量是指悬浮液中磁铁矿干重与固体总重量之比： 磁性物含量可用磁选管测定,悬浮液中的煤泥含量也有一定范围。一般情况下，当悬浮液密度小于1.7g/cm³时，其煤泥含量可达到3545%左右；当悬浮液密度大于1.78/cm³时，其煤泥含量在1525%左右。总之，煤泥含量范围应在1545%之间。,2、悬浮液的稳定性重介质选煤中，悬浮液的稳定性是指悬浮液在分选容器中，各点的密度和粒度在一定时间内保持相对稳定的能力。由于选煤用的悬浮液属于粗分散体系。分散的固体粒子本身没有保持悬浮状态的能力，靠借助外来的能量才能使分选设备内各点的悬浮液密度达到一定的均一性。这种密度均一性称为动态稳定性。,3、悬浮液流变性重介质选煤过程中，小粒级物料分离(上浮或下沉)时，所受的阻力与悬浮液的粘滞阻力有关。表征粘滞阻力的特征是粘度。因此，粘度是悬浮液流变特性的主要参数，也是影响小粒级物料分选效果的主要因素。,4、影响悬浮液动态稳定性因素 一切影响悬浮液粒子沉降速度的因素，都影响悬浮液的动态稳定性。1)加重质的粒度 加重质的粒度越小，其沉降速度越慢，对悬浮液的动态稳定越有利，但悬浮液的粘度也相应增高。当悬浮液粘度过高时，会影响中、小粒级物料的分选效果，同时使加重质的制备、净化回收费用增加，加重质的工艺损耗相应要增大一些。,2)加重质的密度 加重质的密度越低，它的自由沉降速度越小，配制成同一密度悬浮液的固体容积分数也越高，稳定性也好。但对分选效果的负面影响也越大。 在离心力场(重介质旋流器)选煤时.工作悬浮液中加重质的容积分数(包括煤泥)最大不应超过35%。3)悬浮液的密度 同一种加重质配制成悬浮液的密度越高，悬浮液中的固体容积分数也越大，悬浮液的动态稳定愈易达到，但悬浮液的粘度也相应提高。 可是在实际生产中，对工作悬浮液的密度有定值要求，不可能依靠改变悬浮液的密度来提高稳定性。 高密度悬浮液选煤时，主要矛盾是悬浮液的粘度。这时，使用加重质的密度应大于5000kg/m³。 低密度重介质旋流器的分选时，主要矛盾是悬浮液的稳定性，而不是粘度。,4）非磁性物的影响 生产过程中，工作悬浮液中必然会混入部分矿泥(包括煤泥)。它在一定条件下能提高悬浮液的稳定性，对改善分选效果有利。但是，过多地混入细泥，会提高悬浮液的粘度，当粘度超过某数值后细粒煤的分选效果恶化。要根据原煤可选性和煤泥入选的数量和选后产品质量要求，调整好旋流器的结构及工艺参数，以及将分选后的煤泥产品排出分选系统，杜绝煤泥在分选系统中循环。否则，将使分选效果变坏。,第四节：重介质分选机,一、重介质分选机的分类,二、斜轮重介质分选机,三、立轮重介质分选机,四、刮板式重介质分选机,浅槽重介质分选机,浅槽重介质分选机槽体近似长方形，原煤从给料侧给入，精煤随纵向水平悬浮液流从另一侧的溢流堰排出。矸石随刮板输送机沿槽底横向移动，最后被提升到排矸口排出。原煤进入分选槽后被压煤板压入悬浮液内。80%90%的循环悬浮液从给料侧的原煤入口下面沿水平方向给入，以形成纵向水平液流；约10%20%的悬浮液通过槽底数排孔给入，形成上升液流，使精煤上浮。该分选机循环悬浮液量较大，磁铁矿粉粒度要求较细。优点后处理能力大。例如，溢流堰宽(槽宽)6.1m，最大处理量可达550t/h，排矸能力为228t/h。,第五节：重介质旋流器,一、重介质旋流器选煤的发展,选煤用的重介质旋流器是在分级旋流器的基础上发展起来的。1945年荷兰第一套从分级旋流器演变而来的处理能力为15 t/h的DSM重介质旋流器中间试验装置投入运转。随后，美国、前联邦德国、英国、法国和日本相继购买专利制造了DSM重介质旋流器，并在工业中推广应用。1956年美国维尔莫特公司研制成DWP圆筒形旋流器；英国在20世纪60年代研制了另一种圆筒形重介质旋流器沃赛尔旋流器；1967年前苏联研制成功三产品重介质旋流器；1976年日本田川机械厂研制了倒立旋流器，它是将圆锥部分倒立在上面，矸石从顶部岸出，精煤从下部排出。,我国于1958年开始研究重介质旋流器选煤，自1966年以来相继研制成功500mm、600mm、700mm二产品重介质旋流器，后来又研制成DBZ型重介质旋流器和500/350mm以及更大直径的三产品重介质旋流器。这些重介质旋流器在选煤厂的使用效果均良好。重介质旋流器大致可分为二产品重介质旋流器、三产品重介质旋流器、圆筒圆锥形重介质旋流器、圆筒形重介质旋流器等四类。安装方式有正立、倒立和倾斜三种；原煤给入方式可分为有压和无压。,重介质旋流器所使用的加重质，荷兰人最初用磨细的矸石粉，这种加重质虽然成本低、来源广，但是由于加重质本身的密度不高，用它配制的悬浮液密度能达到1450kg/m³左右，故不能进行高密度分选，而且产品脱介比较困难。20世纪50年代初期他们用磁铁矿粉作加重质、磁铁矿粉的密度约为4500kg/m³5500kg/m³，配成的悬浮液密度可达2200kg/m³左右，而且容易用磁选法回收。采用这种加重质，也有消耗量较大、成本较高、设备磨损严重、需要磁力回收设备、工艺流程复杂等缺点。因此，近年来，国内外选煤工作者仍在继续进行用浮选尾煤或矸石粉作加重质的研究，并取得了一定进展。,二、两产品重介质旋流器,1、DSM型重介质旋流器,2、FXZ型重介质旋流器,3、DWP重介质旋流器,4、我车间目前使用的重介质旋流器，为圆锥形二产品重介质旋流器，其直径为1150mm，入洗原煤量为550t/h，采用有压给料分选。原矿和悬浮液的混合物以一定的压力由给料管沿切线方向给入旋流器圆筒部分,形成强大的旋流。其中一股是沿着旋流器圆柱和圆锥体内壁形成一个向下的外螺旋流,另一股是在围绕旋流器轴心形成一个向上的内螺旋流,其轴心速度最大。在内外螺旋流的作用下,使高低密度矿粒得到分离,高密度矿粒随外螺旋流下降至底流口排出。 低密度矿粒随内螺旋流通过溢流管进入溢流收集室从切线方向的出口排出。,我车间主厂房重介质旋流器现场照片：,三、三产品重介质旋流器,三产品重介质旋流器，是由两台两产品重介质旋流器串联组装而成，从分选原理上没有差别。第一段为主选，采用低密度悬浮液进行分选，选出精煤和再选入料，同时由于悬浮液浓缩的结果为第二段准备了高密度悬浮液；第二段为再选分选出中煤和矸石两种产品。三产品重介质旋流器的主要优点是需一套悬浮液循环系统，简化再选物料的运输。其缺点是在第二段分选时，其重介质密度的测定和控制较难。因第二段悬浮液入料是由第一段旋流器浓缩而来。由于悬浮液密度与两段旋流器结构尺寸有关，所以第二段旋流器的分选密度除与第一段分选密度和两段旋流器的溢流管直径有关外，还与第二段旋流器底流口直径有关。因此，溢流管直径要选择适当。三产品重介质旋流器工艺简化，基建投资省和生产成本较低，受到了用户的欢迎,第六节：影响分选效果的主要因素,一、原煤处理量,原煤处理量决定于入选原煤的密度级性质和所采用旋流器的规格以及产品要求三个因素。生产中重介质旋流器的结构参数已经固定，也就是说原煤处理量由入选原煤的密度级组成性质和产品灰分要求两因素限定。当灰分要求一定时，应随入洗原煤的煤质变化相应调节原煤入洗量，以达到良好的分选效果。如西曲选煤厂入洗2号、4号、8号三种原煤，三产品重介质旋流器为1000/700A型，精煤灰分为11%时，2号、8号原煤配洗，精煤回收率一般为55% 65%，原煤入洗量单台最大可达300 t/h。受原煤配比条件限制，入洗理论回收率在35%左右的4号煤时，则因受一段重产物通过量的影响，原煤处理量降至150 t/h200 t/h，才能保证精煤灰分合格，生产过程中如发生突然煤质变化，必须及时调整分选密度、原煤入洗量。要求操作人员掌握不同配比煤质条件下相对应的理论分选密度，合理给入原煤入洗量，调整操作要准确及时，以确保精煤质量稳定，回收率损失尽量少，这样才能达到产量、质量“双保”的良好分选效果。,二、悬浮液密度,一般生产过程中悬浮液的密度在入洗原煤煤质稳定均一时应该是稳定不变的，这种情况下根据原煤煤质条件、生产经验设定合理的分选密度也是较易实现的。此时保持悬浮液密度的稳定是保证选煤质量稳定的关键，工作悬浮液密度波动超出一定范围会直接影响分选效果。因此，重介质选煤工艺中悬浮液密度的自动跟踪检测与自动控制是至关重要的。,三、分流量,悬浮液中煤泥的含量大小直接影响到介质消耗量，并且悬浮液中含泥量过高会造成原煤在旋流器中的实际分选密度与所设定密度差别超过一定限度，恶化分选效果。且因悬浮液含泥量大造成的脱介筛工况差，产品带介量超标，同样会造成产品灰分升高。因此，生产过程中需控制合理的“分流量”，使悬浮液中含泥量控制在合理指标范围内。生产过程中“分流量”的大小确定不仅依据悬浮液中含泥量大小，在含泥量允许范围内还可通过调节分流量达到微调悬浮液密度、调控悬浮液液位的目的。如需小幅度上调悬浮液密度时，若介质桶液位偏高，则可调大分流量；再有停车时如介质桶内液位偏高，为防止系统管道中悬浮液回流造成外溢，也需分流量调大，将一部分循环悬浮液经磁选机回收，达到降低介质桶液位的目的。,四、旋流器入料压力,为了改善细粒级物料分选效果，降低有效分选下限，则应提高细粒级矿粒所受的离心力。增加细粒级矿粒所受离心力的途径有两种：一是减少旋流器直径；一是提高旋流器的入料压力。尤其是在选用大直径重介质旋流器的生产条件下，为了降低有效分选下限，则理论上应通过提高旋流器入料压力这一途径。但入料压力受工作中诸多因素限制，不能够无限制增大。,1、提高入料压力时，特别是磁铁矿粉粒度组成不够细时，将影响悬浮液的稳定性，造成旋流器底流，溢流介质密度差加大，对分选不利。2、据有关试验观测表明，对中心无压入料圆筒形重介质旋流器而言悬浮液入料压力过大，将使旋流器中心空气柱形成极不稳定，不匀称的气液界面，恶化分选效果。3、入料压力过大，介质泵能耗增加，设备、管道磨损加快，造成经济运行成本增加，因而在生产实践中要结合工作经验以及设备的分选效果来确定合理的入料压力范围。如国内采用1200/850型三产品重介质旋流器的老屋基选煤厂、临涣选煤厂的入料压力多控智在0.16 MPa0.18 MPa之间，采用1000/700型无压重介质旋流器的西曲选煤厂给料压力多控制在0.15 MPa0.16 MPa之间，分选下限可达到0.3 mm0.5 mm。,谢谢大家,