魏昌杰

(中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司,河北省唐山市,063012)

XJM－S“3＋2”系列浮選機(jī)中礦箱的應(yīng)用研究?

魏昌杰

(中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司,河北省唐山市,063012)

針對我國煤種多、煤泥可浮性變化大以及煤泥浮選工藝多樣化等特點(diǎn),深入對XJM－S系列浮選機(jī)進(jìn)行研究,將煤泥浮選工藝同浮選設(shè)備有機(jī)結(jié)合,提出中礦箱的研究思路,并對中礦箱功能結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究。中礦箱的成功研制有效地將一次浮選機(jī)和二次浮選機(jī)連接在一起,單機(jī)具備一次選和二次選功能。在呂梁山煤電公司選煤廠的使用結(jié)果得出,XJM－S28(3＋2)分選易浮煤泥和難浮煤泥時的可燃體回收率同實(shí)驗室條件下的可燃體回收率相近,取得了理想的效果,有效地推進(jìn)了煤泥浮選設(shè)備的發(fā)展和進(jìn)步。

煤泥浮選工藝 XJM－S“3＋2”浮選機(jī) 可燃體回收率 中礦箱

選煤是潔凈煤技術(shù)的源頭和基礎(chǔ),是提高煤炭利用效率、節(jié)能、節(jié)運(yùn)和保護(hù)環(huán)境最經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)途徑。煤炭中的灰分來源于煤中的無機(jī)礦物,煤的密度和親水性主要取決于煤中無機(jī)礦物的含量,重力分選是通過密度差異把密度較低和含無機(jī)礦物較少的低灰精煤分選出來,浮選是煤泥分選最有效的方法,各種類型的浮選機(jī)廣泛應(yīng)用于選煤生產(chǎn)。隨著煤炭市場要求的變化,精煤灰分不斷降低,浮選精煤灰分偏高,這成為制約選煤廠提高精煤產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。

為了降低浮選精煤的灰分,科研工作者和現(xiàn)場使用者分別從浮選工藝和浮選設(shè)備上完善浮選過程,以求降低浮選精煤灰分。針對高灰細(xì)粒煤泥浮選精煤灰分超標(biāo)的問題,采用一粗一精的浮選工藝以求達(dá)到減少精煤中細(xì)泥夾帶的效果,結(jié)果表明一粗一精浮選工藝可顯著降低精煤中－0.045 mm粒級中的灰分3.15%,精煤產(chǎn)率比一次浮選高出17.63%,浮選完善指標(biāo)高出17.69%;針對通化地區(qū)黏土含量大以及主導(dǎo)粒級為高灰細(xì)粒級的難浮煤泥,采用小錐角水力旋流器進(jìn)行高效脫泥探索,結(jié)果表明在150 mm與75 mm旋流器串聯(lián)脫泥工藝中,－0.045 mm粒級脫除率達(dá)到67.73%,灰分為50.10%,150 mm與75 mm旋流器底流單獨(dú)或混合入料浮選,精煤產(chǎn)率(占本級)及可燃體回收率均比原煤泥直接浮選提高了2～3倍;針對潘一礦選煤廠應(yīng)用浮選入料脫泥池后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)檢測表明,溢流中－0.030 mm粒級的含量最高達(dá)96.75%,脫泥率最高達(dá)36.67%,降灰率最高達(dá)11.09%,可以有效改善煤泥浮選效果,降低藥劑消耗。大量研究表明改善浮選效果可以確保產(chǎn)品質(zhì)量,是選煤生產(chǎn)的核心。

1 XJM－S“3＋2”系列浮選機(jī)中礦箱研究思路

XJM－S“3＋2”系列浮選機(jī)中礦箱針對難浮煤泥及高灰細(xì)泥含量多的煤泥中的選煤工藝和浮選設(shè)備進(jìn)行了深入的研究,達(dá)到優(yōu)化浮選工藝和簡化浮選設(shè)備的目的。目前,煤泥浮選設(shè)備廣泛使用的是XJM－S系列浮選機(jī),其浮選工藝多采用一次和二次浮選工藝。本文研究的重點(diǎn)是將XJM－S系列浮選機(jī)同煤泥浮選工藝進(jìn)行深度整合,設(shè)計出一種更加適合煤泥浮選的新裝備。

1.1 煤泥浮選工藝

作為選煤廠煤泥水系統(tǒng)最主要的環(huán)節(jié),浮選工藝影響全局,選煤廠主要采用的兩種典型浮選工藝流程見圖1。

圖1 煤泥浮選工藝

圖1(a)為一次浮選工藝,煤泥水進(jìn)入浮選機(jī)分選,選出的精煤和尾煤均不再分選;圖1(b)為二次浮選工藝,一次浮選的全部精煤再次浮選后得到最終精煤,一次浮選的尾煤和二次浮選的尾礦合并在一起為最終尾礦。隨著機(jī)械化采煤程度的提高和開采深度的增加,煤泥呈現(xiàn)貧、雜和細(xì)的特點(diǎn),煤泥浮選入料極其不穩(wěn)定。需要選擇一次和二次浮選工藝同時具備的浮選工藝以便靈活轉(zhuǎn)換,更加符合選煤生產(chǎn)和發(fā)展的需求。

1.2 中礦箱具備的功能

對浮選機(jī)的功能進(jìn)行整合,使浮選工藝得到深度優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)1臺設(shè)備同時具備一次浮選和二次浮選的功能。中礦箱結(jié)構(gòu)的提出,能夠有效地將一次浮選機(jī)和二次浮選機(jī)串聯(lián)起來,即為“3＋2”浮選機(jī)。

該浮選機(jī)的特點(diǎn)是易浮煤泥采用一次浮選工藝,前三室尾礦通過中礦箱進(jìn)入后兩室繼續(xù)浮選(掃選),最大限度地提高精煤產(chǎn)率;難浮煤泥采用二次浮選工藝,前三室尾礦進(jìn)入最終尾礦管,前三室精礦通過中礦箱進(jìn)入后兩室精選,以降低精煤灰分,從而提高對煤泥可浮性的適應(yīng)能力,中礦箱主要需具備以下功能:

(1)能夠較好地控制一次浮選機(jī)液位,同時確保一次浮選尾礦順利排出。

(2)一次浮選尾礦通過中礦箱進(jìn)入二次浮選機(jī)浮選,實(shí)現(xiàn)一次浮選機(jī)和二次浮選機(jī)串聯(lián)浮選。

(3)一次浮選精礦通過中礦箱進(jìn)入二次浮選機(jī)分選,實(shí)現(xiàn)一次浮選機(jī)的精礦再選。

2 XJM－S“3＋2”系列浮選機(jī)中礦箱的研制

2.1 中礦箱功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計

“3＋2”系列浮選機(jī)是由前三槽一次選浮選機(jī)和后兩槽二次選浮選機(jī)通過中礦箱連接在一起的浮選機(jī),“3＋2”浮選機(jī)功能示意圖見圖2。

由圖2可見,中礦箱功能的實(shí)現(xiàn)是依靠調(diào)節(jié)閥門,其主要具備了3個功能:一是尾礦掃選,一次浮選機(jī)的尾礦進(jìn)入二次浮選機(jī)分選,精煤1和精煤2合在一起成為最終精礦,二次浮選機(jī)尾礦為最終尾礦。調(diào)整方案為,打開閥門3和6,關(guān)閉閥門2和5;二是精煤再選功能,一次浮選機(jī)精礦進(jìn)入二次浮選機(jī)分選,二次浮選機(jī)精礦為最終精礦,一次浮選機(jī)尾礦和二次浮選機(jī)尾礦合在一起為最終尾礦。調(diào)整方案為,打開閥門2和5,關(guān)閉閥門3和6;三是一次浮選工藝,煤泥水只經(jīng)過一次浮選機(jī)分選,一次浮選機(jī)的精礦和尾礦分別為最終的精礦和尾礦。調(diào)整方案為,打開閥門2和6,關(guān)閉閥門3和5,二次選浮選機(jī)停止運(yùn)行。

圖2 “3＋2”浮選機(jī)功能示意圖

通過調(diào)整閥門,中礦箱可將一次浮選機(jī)和二次浮選機(jī)采用法蘭連接在一起,現(xiàn)在需要對中礦箱的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行深入研究,并同設(shè)備深度整合,中礦箱結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖3 中礦箱結(jié)構(gòu)圖

由圖3可見,中礦箱由提升機(jī)構(gòu)、尾礦閘板和尾礦塞等功能部件組成,通過調(diào)整各功能部件,確保浮選機(jī)可靠運(yùn)行和穩(wěn)定的工作,進(jìn)行一次浮選和二次浮選的靈活轉(zhuǎn)換。提升執(zhí)行機(jī)構(gòu)3和尾礦閘板4共同作用,調(diào)整一次浮選機(jī)液位;提升執(zhí)行機(jī)構(gòu)5和尾礦塞6共同作用調(diào)整尾礦是否進(jìn)行掃選,當(dāng)尾礦塞提起,一次浮選尾礦排出;當(dāng)尾礦塞下降,一次浮選尾礦進(jìn)入二次浮選機(jī)掃選。采用該機(jī)構(gòu)的中礦箱具有結(jié)構(gòu)簡單、簡化工藝及調(diào)整方便的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了煤泥浮選設(shè)備和浮選工藝的深度整合。

2.2 中礦箱關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計

當(dāng)XJM－S“3＋2”浮選機(jī)進(jìn)行一次浮選時,前三槽的尾礦進(jìn)入后兩槽分選,中礦箱的結(jié)構(gòu)相對簡單,不需要緩沖容積和自流高差,所以中礦箱設(shè)計主要考慮精礦再選,要求前三槽精礦能夠自流進(jìn)入中礦箱,同時中礦箱要有一定的精礦緩沖容積和消泡時間。在中礦箱功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上,以浮選機(jī)礦漿過流方式和浮選槽液位的穩(wěn)定性來確定中礦箱的關(guān)鍵尺寸;根據(jù)浮選機(jī)的處理能力,確定中礦箱礦漿的通過能力;根據(jù)浮選精礦的濃度,確定礦漿的稀釋水量。中礦箱關(guān)鍵參數(shù)尺寸見圖4。

圖4 中礦箱關(guān)鍵參數(shù)尺寸

(1)中礦箱關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸見式(1),式中常數(shù)為中礦箱的經(jīng)驗系數(shù)。

式中:H——中礦箱高度,mm;

h——精選浮選機(jī)液位,mm;

L——主洗浮選機(jī)長度,mm;

α——一次浮選精礦溜槽角度,取5°～10°;

D——中礦箱高度,mm;

b1——浮選機(jī)槽體寬度,mm;

B——中礦箱厚度,mm;

k——精礦系數(shù),取30%～40%。

Q1——精礦體積流量,m3/h;

(2)礦漿通過能力計算見式(2)。

式中:γ——精煤產(chǎn)率,%;

q——浮選入料濃度,g/L;

Q——浮選入料量,m3/h;

q1——精礦濃度,g/L;

Q2——二次選入料量,m3/h;

q2——二次選入料濃度,g/L;

w——稀釋水量,m3/h。

3 XJM－S“3＋2”系列浮選機(jī)中礦箱應(yīng)用效果

XJM－S“3＋2”系列浮選機(jī)中礦箱的研究成功,使得該系列浮選機(jī)得到迅速推廣使用。以霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司選煤廠(簡稱“呂梁山選煤廠”)的使用效果為例。

呂梁山選煤廠原煤處理能力為3.75 Mt/a,入洗原煤來自木瓜礦9＃煤和龐龐塔礦5＃煤,各礦原煤的可選性均屬極難選且煤泥可浮性差異懸殊,木瓜礦9＃煤煤泥屬易浮選,龐龐塔礦5＃煤煤泥屬難浮選。試驗選用XFD1.5浮選機(jī),其轉(zhuǎn)速為1600 rpm、充氣量為1.33 L/min、浮選濃度為60 g/L、捕收劑使用柴油以及起泡劑使用仲辛醇,選煤廠入選煤泥浮選入料試驗表見表1。

表1 浮選入料試驗 %

由表1可以看出,易浮的木瓜礦9＃煤煤泥進(jìn)行一次浮選時精煤灰分為9.19%,尾煤灰分為52.04%,滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求;龐龐塔礦5＃煤煤泥進(jìn)行一次浮選時精煤灰分為15.47%,需要調(diào)整中礦箱,進(jìn)行精煤二次浮選,通過二次浮選精煤灰分由15.47%降低到11.22%,精煤灰分滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求,最終尾煤灰分為44.35%,達(dá)到選煤生產(chǎn)指標(biāo)。由于選煤廠易浮和難浮煤泥共同存在,煤泥浮選工藝完全不同,為滿足生產(chǎn)需要,選用工藝靈活調(diào)整及設(shè)備集成度高的煤泥浮選設(shè)備。通過靈活多變的中礦箱機(jī)構(gòu),使煤泥浮選設(shè)備同時具備一次選和二次選功能。

XJM－S28(3＋2)浮選機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表2。

由表2可見,浮選機(jī)對易浮煤泥取得了理想的分選效果,對比表1和表2可以發(fā)現(xiàn),XJM－S28浮選機(jī)的浮選完善指標(biāo)平均值為47.46%,與實(shí)驗室條件下的浮選完善指標(biāo)47.02%十分相近;對于難浮煤泥,通過XJM－S28(3＋2)浮選機(jī)采用二次浮選工藝,浮精灰分為10.77%,產(chǎn)率達(dá)36.62%,浮選完善指標(biāo)達(dá)到34.04%,比實(shí)驗室條件下的浮選完善指標(biāo)38.35%降低了4.35個百分點(diǎn),說明XJM－S28(3＋2)對難選煤泥的浮選效果也較理想。

表2 XJM－S28(3＋2)浮選機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù) %

4 結(jié)論

將中礦箱同XJM－S系列浮選機(jī)融合,安裝在前三槽和后兩槽之間,形成XJM－S“3＋2”系列浮選機(jī),通過調(diào)整中礦箱,單機(jī)實(shí)現(xiàn)一次浮選和二次浮選,具有中礦箱功能的XJM－S28(3＋2)浮選機(jī)在呂梁山選煤廠使用中,當(dāng)入選易浮煤泥時,浮選完善指標(biāo)與實(shí)驗室條件下的完善指標(biāo)相近;當(dāng)入選難浮煤泥時,浮選完善指標(biāo)較實(shí)驗室完善指標(biāo)降低了4.35個百分點(diǎn)。從中礦箱整體的使用效果看,使用效果非常理想,該裝置的研究相當(dāng)成功,符合浮選設(shè)備發(fā)展要求。

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Study on application of XJM－S“3＋2”series middlings tanks of flotation machines

Wei Changjie
(Tangshan Research Institute Co.Ltd.,China Coal Technology&Engineering Group,Tangshan,Hebei 063012,China)

In the light of the features of many coal types and different floatability of coal slurry and slurry flotation process in China,based on in-depth research of XJM-S series flotation machines and good combination of slime flotation process with flotation machines,a research idea of middlings tank has been proposed in this paper.The functions and structures of middlings tanks have been studied.The successful development of the middlings tank effectively connected the primary and secondary flotation machines together.The functions of primary and secondary flotation have been built into on unit.The application results in Lvliangshan Coal Electricity Company Coal Preparation Plant showed that the combustible material recovery rate from using the XJM-S28(3＋2)to separate easy-to-float coal and hard-to-float slurry was similar to that under the condition of the laboratory,which obtained the ideal effect and promote effectively the development and progress of the slurry flotation machines.

slurry flotation process,XJM-S“3＋2”flotation machine,combustible material recovery rate,middlings tank

TD943

A

魏昌杰(1984－),男,陜西旬陽縣人,助理研究員,碩士,就職于中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司,主要從事煤泥浮選工藝和設(shè)備的研究與應(yīng)用。

(責(zé)任編輯 王雅琴)

中國煤炭科工集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新基金(2013ZD006)