魏昌杰

(中煤科工集团唐山研究院有限公司,河北省唐山市,063012)

XJM－S“3＋2”系列浮选机中矿箱的应用研究∗

魏昌杰

(中煤科工集团唐山研究院有限公司,河北省唐山市,063012)

针对我国煤种多、煤泥可浮性变化大以及煤泥浮选工艺多样化等特点,深入对XJM－S系列浮选机进行研究,将煤泥浮选工艺同浮选设备有机结合,提出中矿箱的研究思路,并对中矿箱功能结构和关键参数进行研究。中矿箱的成功研制有效地将一次浮选机和二次浮选机连接在一起,单机具备一次选和二次选功能。在吕梁山煤电公司选煤厂的使用结果得出,XJM－S28(3＋2)分选易浮煤泥和难浮煤泥时的可燃体回收率同实验室条件下的可燃体回收率相近,取得了理想的效果,有效地推进了煤泥浮选设备的发展和进步。

煤泥浮选工艺 XJM－S“3＋2”浮选机 可燃体回收率 中矿箱

选煤是洁净煤技术的源头和基础,是提高煤炭利用效率、节能、节运和保护环境最经济有效的技术途径。煤炭中的灰分来源于煤中的无机矿物,煤的密度和亲水性主要取决于煤中无机矿物的含量,重力分选是通过密度差异把密度较低和含无机矿物较少的低灰精煤分选出来,浮选是煤泥分选最有效的方法,各种类型的浮选机广泛应用于选煤生产。随着煤炭市场要求的变化,精煤灰分不断降低,浮选精煤灰分偏高,这成为制约选煤厂提高精煤产率和经济效益的重要因素。

为了降低浮选精煤的灰分,科研工作者和现场使用者分别从浮选工艺和浮选设备上完善浮选过程,以求降低浮选精煤灰分。针对高灰细粒煤泥浮选精煤灰分超标的问题,采用一粗一精的浮选工艺以求达到减少精煤中细泥夹带的效果,结果表明一粗一精浮选工艺可显著降低精煤中－0.045 mm粒级中的灰分3.15%,精煤产率比一次浮选高出17.63%,浮选完善指标高出17.69%;针对通化地区黏土含量大以及主导粒级为高灰细粒级的难浮煤泥,采用小锥角水力旋流器进行高效脱泥探索,结果表明在150 mm与75 mm旋流器串联脱泥工艺中,－0.045 mm粒级脱除率达到67.73%,灰分为50.10%,150 mm与75 mm旋流器底流单独或混合入料浮选,精煤产率(占本级)及可燃体回收率均比原煤泥直接浮选提高了2～3倍;针对潘一矿选煤厂应用浮选入料脱泥池后的生产数据检测表明,溢流中－0.030 mm粒级的含量最高达96.75%,脱泥率最高达36.67%,降灰率最高达11.09%,可以有效改善煤泥浮选效果,降低药剂消耗。大量研究表明改善浮选效果可以确保产品质量,是选煤生产的核心。

1 XJM－S“3＋2”系列浮选机中矿箱研究思路

XJM－S“3＋2”系列浮选机中矿箱针对难浮煤泥及高灰细泥含量多的煤泥中的选煤工艺和浮选设备进行了深入的研究,达到优化浮选工艺和简化浮选设备的目的。目前,煤泥浮选设备广泛使用的是XJM－S系列浮选机,其浮选工艺多采用一次和二次浮选工艺。本文研究的重点是将XJM－S系列浮选机同煤泥浮选工艺进行深度整合,设计出一种更加适合煤泥浮选的新装备。

1.1 煤泥浮选工艺

作为选煤厂煤泥水系统最主要的环节,浮选工艺影响全局,选煤厂主要采用的两种典型浮选工艺流程见图1。

图1 煤泥浮选工艺

图1(a)为一次浮选工艺,煤泥水进入浮选机分选,选出的精煤和尾煤均不再分选;图1(b)为二次浮选工艺,一次浮选的全部精煤再次浮选后得到最终精煤,一次浮选的尾煤和二次浮选的尾矿合并在一起为最终尾矿。随着机械化采煤程度的提高和开采深度的增加,煤泥呈现贫、杂和细的特点,煤泥浮选入料极其不稳定。需要选择一次和二次浮选工艺同时具备的浮选工艺以便灵活转换,更加符合选煤生产和发展的需求。

1.2 中矿箱具备的功能

对浮选机的功能进行整合,使浮选工艺得到深度优化,实现1台设备同时具备一次浮选和二次浮选的功能。中矿箱结构的提出,能够有效地将一次浮选机和二次浮选机串联起来,即为“3＋2”浮选机。

该浮选机的特点是易浮煤泥采用一次浮选工艺,前三室尾矿通过中矿箱进入后两室继续浮选(扫选),最大限度地提高精煤产率;难浮煤泥采用二次浮选工艺,前三室尾矿进入最终尾矿管,前三室精矿通过中矿箱进入后两室精选,以降低精煤灰分,从而提高对煤泥可浮性的适应能力,中矿箱主要需具备以下功能:

(1)能够较好地控制一次浮选机液位,同时确保一次浮选尾矿顺利排出。

(2)一次浮选尾矿通过中矿箱进入二次浮选机浮选,实现一次浮选机和二次浮选机串联浮选。

(3)一次浮选精矿通过中矿箱进入二次浮选机分选,实现一次浮选机的精矿再选。

2 XJM－S“3＋2”系列浮选机中矿箱的研制

2.1 中矿箱功能和结构设计

“3＋2”系列浮选机是由前三槽一次选浮选机和后两槽二次选浮选机通过中矿箱连接在一起的浮选机,“3＋2”浮选机功能示意图见图2。

由图2可见,中矿箱功能的实现是依靠调节阀门,其主要具备了3个功能:一是尾矿扫选,一次浮选机的尾矿进入二次浮选机分选,精煤1和精煤2合在一起成为最终精矿,二次浮选机尾矿为最终尾矿。调整方案为,打开阀门3和6,关闭阀门2和5;二是精煤再选功能,一次浮选机精矿进入二次浮选机分选,二次浮选机精矿为最终精矿,一次浮选机尾矿和二次浮选机尾矿合在一起为最终尾矿。调整方案为,打开阀门2和5,关闭阀门3和6;三是一次浮选工艺,煤泥水只经过一次浮选机分选,一次浮选机的精矿和尾矿分别为最终的精矿和尾矿。调整方案为,打开阀门2和6,关闭阀门3和5,二次选浮选机停止运行。

图2 “3＋2”浮选机功能示意图

通过调整阀门,中矿箱可将一次浮选机和二次浮选机采用法兰连接在一起,现在需要对中矿箱的结构和功能进行深入研究,并同设备深度整合,中矿箱结构图见图3。

图3 中矿箱结构图

由图3可见,中矿箱由提升机构、尾矿闸板和尾矿塞等功能部件组成,通过调整各功能部件,确保浮选机可靠运行和稳定的工作,进行一次浮选和二次浮选的灵活转换。提升执行机构3和尾矿闸板4共同作用,调整一次浮选机液位;提升执行机构5和尾矿塞6共同作用调整尾矿是否进行扫选,当尾矿塞提起,一次浮选尾矿排出;当尾矿塞下降,一次浮选尾矿进入二次浮选机扫选。采用该机构的中矿箱具有结构简单、简化工艺及调整方便的特点,实现了煤泥浮选设备和浮选工艺的深度整合。

2.2 中矿箱关键参数设计

当XJM－S“3＋2”浮选机进行一次浮选时,前三槽的尾矿进入后两槽分选,中矿箱的结构相对简单,不需要缓冲容积和自流高差,所以中矿箱设计主要考虑精矿再选,要求前三槽精矿能够自流进入中矿箱,同时中矿箱要有一定的精矿缓冲容积和消泡时间。在中矿箱功能和结构设计的基础上,以浮选机矿浆过流方式和浮选槽液位的稳定性来确定中矿箱的关键尺寸;根据浮选机的处理能力,确定中矿箱矿浆的通过能力;根据浮选精矿的浓度,确定矿浆的稀释水量。中矿箱关键参数尺寸见图4。

图4 中矿箱关键参数尺寸

(1)中矿箱关键结构尺寸见式(1),式中常数为中矿箱的经验系数。

式中:H——中矿箱高度,mm;

h——精选浮选机液位,mm;

L——主洗浮选机长度,mm;

α——一次浮选精矿溜槽角度,取5°～10°;

D——中矿箱高度,mm;

b1——浮选机槽体宽度,mm;

B——中矿箱厚度,mm;

k——精矿系数,取30%～40%。

Q1——精矿体积流量,m3/h;

(2)矿浆通过能力计算见式(2)。

式中:γ——精煤产率,%;

q——浮选入料浓度,g/L;

Q——浮选入料量,m3/h;

q1——精矿浓度,g/L;

Q2——二次选入料量,m3/h;

q2——二次选入料浓度,g/L;

w——稀释水量,m3/h。

3 XJM－S“3＋2”系列浮选机中矿箱应用效果

XJM－S“3＋2”系列浮选机中矿箱的研究成功,使得该系列浮选机得到迅速推广使用。以霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司选煤厂(简称“吕梁山选煤厂”)的使用效果为例。

吕梁山选煤厂原煤处理能力为3.75 Mt/a,入洗原煤来自木瓜矿9＃煤和庞庞塔矿5＃煤,各矿原煤的可选性均属极难选且煤泥可浮性差异悬殊,木瓜矿9＃煤煤泥属易浮选,庞庞塔矿5＃煤煤泥属难浮选。试验选用XFD1.5浮选机,其转速为1600 rpm、充气量为1.33 L/min、浮选浓度为60 g/L、捕收剂使用柴油以及起泡剂使用仲辛醇,选煤厂入选煤泥浮选入料试验表见表1。

表1 浮选入料试验 %

由表1可以看出,易浮的木瓜矿9＃煤煤泥进行一次浮选时精煤灰分为9.19%,尾煤灰分为52.04%,满足产品质量要求;庞庞塔矿5＃煤煤泥进行一次浮选时精煤灰分为15.47%,需要调整中矿箱,进行精煤二次浮选,通过二次浮选精煤灰分由15.47%降低到11.22%,精煤灰分满足产品质量的要求,最终尾煤灰分为44.35%,达到选煤生产指标。由于选煤厂易浮和难浮煤泥共同存在,煤泥浮选工艺完全不同,为满足生产需要,选用工艺灵活调整及设备集成度高的煤泥浮选设备。通过灵活多变的中矿箱机构,使煤泥浮选设备同时具备一次选和二次选功能。

XJM－S28(3＋2)浮选机生产数据见表2。

由表2可见,浮选机对易浮煤泥取得了理想的分选效果,对比表1和表2可以发现,XJM－S28浮选机的浮选完善指标平均值为47.46%,与实验室条件下的浮选完善指标47.02%十分相近;对于难浮煤泥,通过XJM－S28(3＋2)浮选机采用二次浮选工艺,浮精灰分为10.77%,产率达36.62%,浮选完善指标达到34.04%,比实验室条件下的浮选完善指标38.35%降低了4.35个百分点,说明XJM－S28(3＋2)对难选煤泥的浮选效果也较理想。

表2 XJM－S28(3＋2)浮选机生产数据 %

4 结论

将中矿箱同XJM－S系列浮选机融合,安装在前三槽和后两槽之间,形成XJM－S“3＋2”系列浮选机,通过调整中矿箱,单机实现一次浮选和二次浮选,具有中矿箱功能的XJM－S28(3＋2)浮选机在吕梁山选煤厂使用中,当入选易浮煤泥时,浮选完善指标与实验室条件下的完善指标相近;当入选难浮煤泥时,浮选完善指标较实验室完善指标降低了4.35个百分点。从中矿箱整体的使用效果看,使用效果非常理想,该装置的研究相当成功,符合浮选设备发展要求。

[1] 丁其全.XJM－KS24大型浮选机分选高变质无烟煤的工艺应用与效益分析[J].中国煤炭,2013 (10)

[2] 刘峰.煤炭采选技术装备的研究与发展[J].煤炭科学技术,2007(6)

[3] 付晓恒,单晓云等.煤泥深度浮选技术的研究[J].煤炭学报,2006(2)

[4] 桂夏辉,刘炯天,陶秀祥等．难浮煤泥浮选速率试验研究[J].煤炭学报,2011(11)

[5] 李延锋,张晓博,桂夏辉等．煤泥浮选过程能量输入优化[J].煤炭学报,2012(8)

[6] 谢广元．选矿学[M]．徐州:中国矿业大学出版社, 2001

[7] 程宏志,路迈西.高选择性浮选机设计原理及分选效果[J].煤炭学报,2005(8)

[8] 谢广元,刘博,倪超等.浮选柱工艺优化处理高灰细粒煤泥[J].有色金属,2013(S1)

[9] 任瑞晨,程明,张乾伟等.小锥角水力旋流器对难浮煤泥脱泥浮选工艺试验研究[J].煤炭学报, 2014(3)

[10] 朱宏政,朱金波,闵凡飞等.选煤厂浮选入料脱泥池设计与应用研究[J].煤炭学报,2013(11)

[11] 桂夏辉,程敢,刘炯天等.异质细泥在煤泥浮选中的过程特征.煤炭学报[J],2012(2)

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,陕西旬阳县人,助理研究员,硕士,就职于中煤科工集团唐山研究院有限公司,主要从事煤泥浮选工艺和设备的研究与应用。

(责任编辑 王雅琴)

中国煤炭科工集团有限公司科技创新基金(2013ZD006)