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读完本文,螺旋分选机便了然于胸!

发布时间:2022-05-23

螺旋分选机于1945年首次应用于煤炭分选,之后30多年,螺旋分选机的发展一直处于停滞状态。直到20世纪80年代初期,澳大利亚对螺旋分选机的研究才使螺旋分选机在选煤中的应用得以继续发展。此后,美国、加拿大、南非等国家相继将螺旋分选机应用于精选3~0.076mm级粉煤,并取得了良好结果。实践表明,相对于其他分选设备,螺旋分选机具有结构简单、分选效率高、无噪音、无转动部件、无动力、维修费用极少、使用期限较长等优点。设备分选密度通常在1.60g/cm³及以上,多用于动力煤选煤厂及可选性好的炼焦煤选煤厂。

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进入螺旋槽的物料首先进行分层,根据颗粒间的密度差异,轻颗粒浮于上层,重颗粒沉于下层;浮于上层的轻颗粒在断面环流上层液流和离心力作用下向外缘运动,沉于下层的重颗粒在断面环流下层液流和重力沿槽面向下的分力作用下向内层移动。由于液流的连续性,使得上层物料不断甩向外缘,下部物料不断向内沿聚集,这样在螺旋槽的横断面,就形成了颗粒群按密度由高到低的顺序从螺旋槽的内沿至外缘均匀排列;不同密度的物料在各自的回转半径中运动,最终达到运动平衡状态。在螺旋槽底部排料端通过产品截取器,将轻重产品分开,从而完成分选。

螺旋分选机在我国主要分为煤用和非煤用两类,非煤用螺旋分选机主要是指螺旋选矿机和螺旋溜槽,在金属矿、海滨砂矿等有较多应用。近三十年间,螺旋分选机在我国的矿物分选和设备优化方面取得了一定成果,但仍存在较多问题。基于螺旋分选机在我国的应用现状,本文分析了煤用螺旋分选机存在的问题,结合螺旋分选机设备的优化手段,提出了螺旋分选机的优化方向。

1、螺旋分选机应用现状

1.1 煤用螺旋分选机应用现状

煤用螺旋分选机主要是澳大利亚Roche公司的LD系列螺旋分选机和南非MULTOTEC公司的SX以及SC系列螺旋分选机。尽管这两类螺旋分选机在国外已经取得了不错的分选效果,但仍不能完全适宜于我国的煤炭分选。以煤炭科学研究总院唐山分院以及中国矿业大学为主的一些科研院所着手研究适宜于我国煤质情况的煤用螺旋分选机,取得了一定成果。现将国内外部分煤用螺旋分选机的参数及应用情况进行汇总,见表1。

1.2 非煤用螺旋分选机应用现状

非煤用螺旋分选机主要是指螺旋选矿机和螺旋溜槽。通常将煤用的螺旋选矿机称作螺旋分选机,将槽面为立方抛物线的螺旋选矿机称作螺旋溜槽。螺旋选矿机和螺旋溜槽在金属矿、海滨砂矿等密度差异较大的矿物分选中有着良好的分选效果。现将部分非煤用螺旋分选机的参数及应用情况汇总,见表2。

1.3 螺旋分选机应用现状分析

对比上述已公开的螺旋分选机参数可以看出,煤用螺旋分选机大多采用较低的螺距和更长的分选圈数,这主要是因为煤用螺旋分选机精煤和尾煤的密度差异较小,采用较低螺距和较长的分选圈数,可以增加矿浆在分选过程的滞留时间,从而提升分选效果总体来说,煤用螺旋分选机主要用于动力煤选煤厂,但对可选性较好的炼焦煤选煤厂也有一定应用。在应用过程中,也存在一定问题。

(1)表1所列举的11家选煤厂中,仅山东八一矿选煤厂和河南新庄选煤厂中螺旋分选机的分选密度低于或接近1.6g/cm³,其余选煤厂螺旋分选机的分选密度均高于该值,这说明螺旋分选机分选密度较高,普遍在1.6g/cm³以上,低于该值分选效果不明显。

(2)表1所列举的11家选煤厂中,仅晋华宫选煤厂入料粒度低至0.075mm,其余10家选煤厂入料下限均为0.1mm,这说明螺旋分选机对细粒降灰效果不明显,尽管这对于有浮选工艺的选煤厂来说是有益的,但对于未设浮选工艺的大多数动力煤选煤厂来说,-0.1mm的细煤泥只能通过压滤的手段进行回收,不能实现良好的分选。

(3)表1所列举的数种螺旋分选机中,仅中国矿业大学自主研制的ZK—LK1100型螺旋分选机直径达1100mm,单台处理量在3.6~6.0t/h之间,随着我国动力煤入洗比率的提高以及采煤设备的大型化,煤泥含量不断攀升,现有螺旋分选机的单台处理量难以满足实际生产需求。

(4)尽管螺旋分选机具有结构简单、无动力部件等优点,但这也同样限制了螺旋分选机的进一步发展,设备一经投入生产,结构参数已经固定,无法进行更改,无法针对煤质的变化及时调整自身结构参数,缺乏灵活性。

2、螺旋分选设备优化

螺旋分选机与螺旋溜槽本质上都属于螺旋选矿机。我国自引入螺旋分选设备以来,为了适应我国矿物分选的需要,在煤、金属以及海滨砂矿等矿物分选领域设计出了多种新型螺旋分选设备,取得了一定的成就,具体的优化手段和对应的螺旋分选设备见表3。

针对表3所述实例,现从非选煤行业和选煤行业两方面对部分新型螺旋分选机的参数、应用及分选效果做如下详述。

2.1 非选煤行业

GL型螺旋选矿机采用复合断面形状、变值螺距设计,在海滨砂矿、铜矿、铁矿、金银、钨矿等矿山重金属矿物的回收中取得良好的分选效果,以攀枝花选钛厂为例,当给矿品位10.85%时,实验结果比原流程回收率提高了13.6%。

组合式螺旋分选机集粗选、精选、扫选为一体,将粗选槽放置在上部,精选、扫选槽内外相套设置在粗选槽下部,粗选槽的精矿、尾矿分别进入精选槽、扫选槽。粗选槽选用小直径、小螺距的设计,以产生较厚的流膜和较小的切向速度,促进物料的松散分层;扫选槽采用较小的距径比和较大的横向倾角,增大外缘重颗粒向内缘移动的推力,从而提高了矿物的回收率;精选槽采用较大的距径比和较小的横向倾角,促使部分尾矿甩向外缘,提升了精矿品位。对磁铁矿—石英的人工混合物料进行的实验表明,组合式螺旋选矿机相对于普通螺旋选矿机,精矿品位提高了2.38%,回收率提高了5.47%。

振摆型螺旋选矿机将螺旋分选机分选理论和拜格诺尔德剪切理论相结合,将4台悬挂在同一支架上的螺旋分选机利用摇动框架相互固定,在摇动框架上安有重锤系统,工作时利用重锤系统带动摇动框架进而带动螺旋选矿机做近似椭圆的轨道运动,增强矿浆的横向剪切作用,从而增强矿粒在垂直剪切面上的受力,促进矿粒的松散,进而提升分选效果。对云锡大屯选矿厂老尾矿的工业试验表明,振摆螺旋选矿机可以提高5%~10%的精矿回收率,一次可丢弃50%以上的尾矿,是云锡老尾矿和低品位沙锡矿粗粒预选的有效措施。

2.2 选煤行业

XL—750螺旋分选机由唐山煤研分院研制,最早应用于井陉一矿选煤厂。该设备选用了适中的螺旋槽分选槽外径(750mm),合理的螺距(300mm),分选槽横断面形状由复合曲线组成,内外缘采用了不同的抛物线,中间段为直线。入料段设置了两圈直径较小、横断面曲线不同于分选槽的稳定槽,用来增大流膜厚度及扰动强度,促进颗粒分层。该设备横向倾角11.5°,螺旋长度为6圈,对井陉一矿的生产实际表明,当入料粗煤泥(1~0.1mm)灰分为18%时,能得到精煤灰分为12%,数量效率85%。

SML—900螺旋分选机由唐山煤研分院研制,最早应用于良庄选煤厂。该设备分选槽外径为900mm,纵向倾角17.5°,横向倾角12°,采用稳定槽过渡槽和分选槽的设计,其中稳定槽主要作用是稳定矿浆,产生较强的扰动作用,促进分层,选取了较小的外径和螺距,槽较深;过渡槽主要作用是分层并开始分带,同时加强扰动作用,增加所需离心力,横截面形状选取了对数螺旋线,螺距比分选槽大;分选槽作用是按密度分层的颗粒群进一步分层和分带,横截面曲线采用外缘高次方抛物线,内缘倒平方抛物线,中间段为直线的设计螺旋圈数6.5圈,其中稳定槽0.5圈,过渡槽1圈,分选槽5圈。对良庄选煤厂进行工业试验表明,入选粗煤泥(2~1mm)灰分在13.20%~19.90%时,可得到精煤灰分为9.40%~11.90%,数量效率86%~97%。

ZK—LX1100螺旋分选机由中国矿业大学研制,最早用于河南神火新庄选煤厂。该设备对螺旋槽面曲线进行了优化,与传统的螺旋分选机相比单台处理能力大;对煤种的适应性广。对新庄选煤厂的工业试验表明,入料粗煤泥(-1mm)灰分在17.66%时,ZK—LX1100型螺旋分选机分选密度达1.58g/cm³,精度较高,可以得到灰分为10.80%的灰分,满足该厂精煤灰分小于11.00的要求,若将精煤产品脱泥,灰分可低至9.26%,分选效果良好。

综合表3选煤和非选煤行业中对螺旋分选机的优化实例可以看出,对螺旋分选机的优化主要有改变结构参数和引入外力两种手段,以改变结构参数作为主导优化手段。其中,采用参数不同的稳定槽、过渡槽和分选槽相结合的方式是当前煤用螺旋分选机常见的优化手段,这种优化手段主要是增强了颗粒在进入稳定槽后的分层效果,从而更好的利用断面环流进行分带。通过引入外力对螺旋分选机进行优化的技术手段,在煤用螺旋分选机上应用较少,中国矿业大学研究的振动螺旋干法分选机在垂直方向引入了振动,但在湿法分选领域还未见有引入外力的煤用螺旋分选机。事实上,引入外力后会破坏螺旋分选机结构简单、无动力设备、操作维护简单等诸多优点,在选择螺旋分选机的优化手段时,应谨慎采取引入外力的优化手段。笔者建议在对螺旋分选机进行优化设计时,应根据物料特性以及分选原理,优先考虑改变结构参数的优化手段,必要时适当引入外力,尽可能保持螺旋分选机结构简单、无动力设备等优点。

3、结 语

(1)相对于非煤用螺旋分选机,煤用螺旋分选机距径比更小,分选圈数更多,多用于动力煤选煤厂和可选性较好的炼焦煤选煤厂。

(2)煤用螺旋分选机在煤炭分选中取得了一定成绩,但在实际应用中仍然存在分选密度较高、细粒降灰不明显、处理量较小以及缺乏灵活性等问题。

(3)螺旋分选机主要有改变结构参数和引入外力两种优化手段。在优化设计时应优先考虑改变螺旋分选机结构参数,必要时适当引入外力,尽可能保留螺旋分选机结构简单、无动力部件等特点。