1、中文译文应用直径150mm的gMax 旋流器回路对超细粒煤分级摘要 为了不使用浮选的方法获得精煤产品，直径为150mm 的gMax 旋流器两段分级回路在选煤厂安装和评估。当限制回路中底流产品中极细颗粒通过量低于10%，则粒度为37um 左右的颗粒分选才得以实现。其结果是，回路入料中接近81%的伴生物不能进入到溢流中去。入料灰分从50%左右降到底流灰分的20%-30%，回收量接近30%。由于颗粒密度的影响和在粗粒产品中存在数量显著的剩余高灰细泥物料，进一步减少粗颗粒产品中的灰分受到限制。一般煤炭颗粒的分级粒度为40um，而矿物质的估测值为17um。基于研究发现，应用分级来回收细粒煤入料回路中的低
2、灰、粗粒级颗粒受到密度效应的限制尽管有消除极细颗粒透过的能力。关键词：煤炭 分级 细粒煤分选 水力旋流器 模型1. 介绍 由于需要减少或消除浮选入料明显的高灰分、消除常常由于产品高水分值提高浮选过程中化学药剂的消耗，实现粒度范围25-50um的极细颗粒分选在煤炭行业过去的十年中引起了兴趣。另一个潜在的应用是生产细粒精煤产品。一段旋流器标准粒级150-25um的灰分在一些选煤厂低于10%。因此，一种有效的细颗粒分选方法能提供一种高质量产品而不需要浮选或其他的细粒煤精选技术。实现粒度分选最直接的方法是筛分，在选煤行业，低容量和堵塞的问题停止了使用筛分粒度在300um以下的物料。可是，最近发展的筛分
3、技术潜在的实现高效分选粒度150um左右的颗粒，在容量方面有利于在选煤厂使用。最近的一个厂内研究数据显示德瑞克筛子的Superstack技术能提供非常有效的粒度分选，对于粒度75um左右的处理量为3t/h/m2或者说对于有5个筛板和插槽开口为0.1mm的筛子处理量是40t/h。Mohanty et al 评价Pansep筛子的技术有能力实现极细煤炭颗粒的分选。当分选45um的颗粒可以获得非常好的筛分效率（缺陷值0.30)。可是，当入料的质量流量大于2.6t/h/m2,筛分效果会严重的被恶化。另外，随着入料的质量比从最佳状态下的20%到达50%后，筛下物在筛上物料流中的量会增加。 工业上实际运用
4、水力分级分选极细颗粒，像分级旋流器。分级的原理是基于在系统中颗粒的沉降速度不同，粗颗粒沉降速度比细颗粒大。由于大容量、大流量和高效的分选效果，直径为150mm或者250mm的分级旋流器通常应用于煤炭行业的极细粒煤分选。最近，旋流器设计的进步已经提高了分选效果并积极影响操作条件像减小操作压力。可是，固有的问题无法补救，其中包括水力夹带小粒度物料进入底流的粗颗粒中和由于煤炭与矿物质密度差异引起的密度效应。 夹带和密度效应都会使旋流器生产精煤的能力减弱，最近的厂内调查显示商业上我们熟知的相对而言比较新的分级旋流器gMax ，调整相关操作参数减少前述的对于分选效果的影响。研究的成果在此呈现和讨论。另外
5、，基于之前的报告数据显示显著的改善分选效果，已经研究使用gMax 旋流器设备的回路安排。决定改善分级效果的根本是通过下面给出的旋流器回路安排获得的。2. 多段旋流器回路 调查研究显示在矿业使用分级旋流器多段回路能够提高分选效果。这些回路的性能能通过使用经验分配模型数学模拟。这个模型被用来计算直径为D的颗粒能成为底流物的概率。对于分级旋流器最出名的分隔模型是Lynch 和Rao给出的：P=（1-)(exp(D/D50）-1)/(exp(D/D50）-exp()-2)+ (1)D50是分级粒度，是分选的精确度，是细粒到底流中的百分量。对于矿物分级回路的值通常是1-6.的值通常被认为等同于入料中水到
6、底流中的百分数。一旦分配功能被限定，回路集成单元的分级效果能通过数学计算给出每个单元的分配功能是一样的。这个结果决定所有同样粒度颗粒在所有单元中有这个同样概率成为底流物。图1（a)和（b）所示两段和三段分级旋流器回路进行第一系列模拟。这些回路专门被设计来减少细粒进入粗粒产品中，是通过对旋流器底流多次分级。在这种布置中没有循环图1流是由于所有的错配细粒直接到达细粒溢流中。模拟是通过给出每个旋流器的D50=50um, =0.20而进行的。每个布置的预测分配曲线如图2所示。修正的分配曲线被包括以便区分变量真实的粒度分选效果和变量改变细粒分流进入粗粒产品中的量。正如被期望的那样，两段和三段回路的应用本
7、质上减少了细粒整体进入底流中的量。事实上，实际回路总体细粒分流量能用回路单元数N计算： *=N （2）根据这个关系，两段回路能减少细粒总体分流量从20%到仅仅4%，同理，三段回路能进一步减少分流量到1%以下。这些模拟显示多段回路理论上分流能减少到很低的水平。模拟结果显示多段回路不仅影响细粒分流量，而且对总体回路的分级粒度有影响。对于图1（a)和（b)所示的两段和三段回路，对于总体回路的分配因数P*能用 P*=PN (3) 计算。对于单段单元P是分配因数。例如，对于粒度为50um的颗粒单段分级旋流器的分配曲线显示P=0.6。其结果是公式（3）决定两段和三段回路相同粒度必须分别赋予值为0.36和0
8、.22。对于两段和三段回路，分配概率的减少使回路分级粒度比单段获得分级粒度要大。其结果是，这种多段回路有减少分流的好处，但是也有增加分级粒度的坏处。 模拟用来显示多段回路能改善细粒分配效果，是通过循环溢流产品到第一段旋流器的入料。图1（c)展示一个这种设置的两段分级旋流器回路。图2显示，有循环流的两段回路的应用提供了一个低一点的分级粒度虽然本质上仍是减少细粒分流量。对于这种特殊的设置，对于整体回路的分配因数P*能用公式计算：P*=PN/(1-P+PN) (4)P是单段的分配因数，因此，对于单段、二段和三段回路粒度为50um的颗粒P* 分别等于0.60、0.47和0.3。这些值实际上比不循环的回
9、路大。因此，循环流的应用提高了分配曲线整体精度和减少了回路分级粒度增加的影响。由于明显的优势这种循环回路比传统的设置更受欢迎。基于回路分析结果，多段分级旋流器单元的应用效果明显，循环潜在的减少极细颗粒的分流和使分级粒度变化最小化达到最大的效率。可是，对泵的要求限制了实际在选煤厂使用分级段的数目。基于实际的限制，厂内实验项目集中在评估两段分级的开路、两段分级的闭路和第二段溢流循环的效果。3. 实验 在选煤厂最实际的应用回路是两段，粗选-清洁型布置。由于大量的颗粒破碎和整体成本高，三段回路设计的应用被限制。两段分级旋流器回路由处在美国肯塔基州东部选煤厂安装和评估的直径150mm的Krebs gMa
10、x 旋流器组成。gMax旋流器是一个相对而言新的技术，一般上半锥部产生10倾角和底部产生6倾角。结果是越长的旋流器体会给颗粒分级提供越长的停留时间。gMax旋流器入口和出口部分的外形尺寸和表1提供的操作压力在研究中被应用。调查的目的是通过实现37um颗粒高效分选来生产精煤产品。在美国中部阿巴拉契亚煤场第一段分级旋流器150-37粒级部分相对而言普遍低灰，被用来实现150um分选。表1表2 表2所示从肯塔基州东部选煤厂采集的细粒煤样的粒度分析结果。这个厂分选有害的4号煤层的煤，这里的煤是干基热值3300kJ/kg左右的高挥发分烟煤。按粒径大小的数据显示比37um粒度大的物料有一个6%的低灰分，热
11、值是32425kJ/kg。这部分表示全部物料的22.4%目前被处理成水煤浆。正如图3所示，G-max旋流器回路入料是一排用来实现粒度150um分选的直径380mm旋流器的溢流。在这个研究中，第一段直径150mm旋流器的目标是最大限度使比粒度37um小的颗粒到溢流中，而回收粒度比37um大的煤炭颗粒到底流中的量接近100%。第一段旋流器底流进入第二段直径150mm旋流器中最大限度抑制最终底流产品中粒度比37um小的物料。在确保稳定的状态，有代表性的样品从回路中所有的工艺流中采集。矿浆密度和固体浓度由每个样品决定。既而，样品湿筛，每个粒级进行灰分分析。矿物灰分用帕尔公式评估。由于第一段底流高的固体
12、浓度，稀释水在第一段底流做为第二段旋流器入料前加入。可是，水量不能测定导致无法定量一个回路的水量平衡。分级效率评估是通过量化公式（1）的值和修正的分配曲线的不完善度实现的。不完善值用公式确定：I=(D75-D50)/2D50 (5)分D75,D50,D25代表各自有75%，50%，25%的概率进入底流，正如修正的分配曲线显示的那样。4. 结果和讨论 第二段旋流器有无溢流循环到回路的入料中的两段旋流器回路分级效果和图4中第一段旋流器分选效果比较。在这个测试中，第一段旋流器用的底流口直径是12.5mm。实验和图2中的基本回路分析很好的吻合。添加没有循环流的第二段旋流器明显的减少极细颗粒分流从25%
13、到小于9%。分级效率提高40%也被实现因为所示的缺陷值有0.55下降到0.39。值相应的增加2到2.8。实现修正的分级粒度相对小幅度的增加，即35um到37um。在第二段溢流循环到回路入料中的状态下，两段回路的分选效果有些微改善，这与图2中的基本预测相矛盾。可是，第二段旋流器较高的入料压力使粒度比40um大的颗粒回收到底流中近100%。因此，循环对回路分选效果没有利处。回路的分级效果使煤炭灰分从入料到第二段底流明显减小。正如表3所示，循环的回路使灰分由42.4%下降到22.6%，由于81%的成灰矿物质到第一段旋流器的溢流中，第二段底流的产率是34.9%。可是，接近6个质量单位的粒度比25um大
14、，灰分小于4%的物料进入旋流器溢流，在一般的选煤厂不许进入细粒煤矸石流。这个发现对于许多选煤厂目前使用单段分级旋流器对浮选入料进行脱泥是重要的。处理量1000t/h的选煤厂，入料煤含有8%的比150um细的物料，那么意识到了经济的重要性。在和研究同样状态下使用直径150mm的gMax旋流器将使5t/h的物料减少4%的灰分。之前的研究发现通过增加分级旋流器处理第一段溢流能潜在的回收一部分错配物。表3 尽管实现颗粒分级粒度37um，但是降低整体灰分的目标不能实现，极细颗粒高的分级效率和相对而言低的细粒分流量9%。两个主要的原因包括：（1）大量的回收在第二段底流中存在的比25um细的物料（2）影响分
15、级效果的固体密度效应。极细颗粒进入分级旋流器的底流一般是由于水力夹带。可是，表3的数据明显显示真正的分级是作用于比25um细的物料。这部分物料的灰分从入料中的61%增加到第二段旋流器底流的83.8%。事实上，所有低于75um的粒级灰分以同样的方式增加。其灰分的增加对于阻碍获得一个可接受的产品灰分值起重要的作用。如果第二段底流每个粒级的灰分和入料的一样，那么回路产品的灰分是14.9%，而不是22.6%，基于过滤掉50%比25um细的物料，使用沉降过滤式离心脱水机脱水很可能实现。为了更加清晰地明白颗粒密度效应，表3中的数据用来表示矿物质和煤炭的分布和后面各自的粒级分配。正如图5所示，煤炭颗粒的分级效率非常好，I值=0.27和值=4.0。煤粒的分级效率是44%，比图4曲线显示的整体分级效果要好。由于相对而言比较少量的矿物块和实验误差的提高，矿物质的数据在中间粒级有一些随意性。可是，矿物质和煤炭分级曲线的比较得出以下观点：1.矿物质（25um)的分级粒度比煤炭颗粒（40um)的分级粒度低很多。根据Plitt方程，在分级旋流器中矿物质和煤炭颗粒的分级粒度差异：
