张仁刚
徐州矿务集团有限公司张双楼煤矿 江苏省徐州市 220005
摘要：煤炭作为传统重点能源之一，一直以来都是国家国计民生的重要生产对象。伴随选煤技术的不断发展与进步，中国已经成为国际前端的选煤大国。提升煤炭使用率、改进洗选环节依旧是当前重点的研究项目。文章在此背景下，针对浅槽重介分选工艺应用存在的问题及对策进行了分析和探讨。
关键词：煤炭开采；浅槽重介；分选工艺；问题；对策
环保是我国的一项基本国策，煤炭洗选加工是我国煤炭工业可持 续、健康发展的重要一环，发展煤炭洗选加工是大势所趋。《中华人民共和国大气污染防治法》第二十四条就明确规定了“国家推行煤炭洗选加工，降低煤的硫分和灰分，限制高硫分、高灰分煤炭的开采”。中华人民共和国国家标准《煤炭洗选工程设计规范》（GB50359-2005），强制性条文规定：“煤炭洗选工程应合理利用煤炭资源，推广洁净煤技术，实现可持续发展。动力煤应加工后销售”。目前国内外对块煤分选使用比较多的选煤方法有：重介浅槽分选、块煤跳汰选、两产品重介旋流器、动筛跳汰选、风选等。随着近年来国内外重介选煤技术的不断发展和工艺 系统的简化，动力煤重介选煤厂的建设成本和运行成本与跳汰选煤厂相比基本相当， 而重介选煤厂比较容易实现自动化，有利于提高劳动生产率，尤其是在调整入洗下限 时重介浅槽分选具有明显的优势。
1 重介浅槽工艺概述
重介浅槽工艺利用物料在重介悬浮液中按密度的不同分层，大于悬浮液密度的重产物沉到浅槽的下部，属通过刮板输送机提升出浅槽的槽体排出；小于悬浮液密度的轻产物通过浅槽前端的排料口与重介悬浮液一同排出。重介浅槽工艺分选设备兼用水平介质流和上升介质流，在给料端下部引入水平介质流，在分选槽底部引入上升介质流。水平流不断的给分选槽补充合格悬浮液，防止分选槽密度降低，上升介质流造成微弱的上升速度，防止悬浮液在分选槽内沉淀。水平介质流和上升介质流使分选槽内的悬浮液密度保持稳定，并把轻产物水平运出。然后，轻产物和重产物进入下一脱介筛脱介。重介旋流器分选降低了分选下限，强化了粗煤泥的分选和回收，使得入选的 煤泥量减少、煤泥灰分降低，为后续作业创造良好条件，而且重介分选排矸纯度高，自动化程度高，易于实现对精煤灰分的控制。分选粒度范围宽，通常为 200～13mm，分选精度高，对于煤质和市场变化的适应性强，处理能力大，与斜(立)轮相比，设备高度低，厂房体积小，设备简单，易于维护和管理。重介浅槽工艺有利于矿井充分回收煤炭资源，由于井下地质条件的不断变化，原煤的灰分有时波动较大，有完善的洗选设施作为保证，使商品煤的总量稳定，满足用户要求，矿井可以在高产、高效的基础上，提高煤炭回采率，充分利用煤炭资源，延长矿井的服务年限。可改善企业煤炭产品结构，提高煤炭产品质量，满足不同用户对煤炭的需求，增强企业的产品在市场上的竞争力。
2 重介浅槽选煤的工艺流程
重介浅槽其主要作用任务是完成块煤入洗的预排矸。以某型号重介浅槽分选机为例来介绍。它的结构主要由槽体、水平流及上升流、排矸刮板系统、驱动装置等部分组成。
该重介浅槽分选机槽体是钢外壳的槽式结构，在槽体底部并排设有漏斗提供上升流介质，槽内漏斗上整体铺设成一层带孔的耐磨衬板（带孔布流板），通过沉头螺栓与槽体底板固定；入料口设在槽体侧板一方，与脱泥筛的出料溜槽相连，入料口下方并排设有水平流进口，由此泵入水平流以保证物料层向排料方向运行，并维持槽内液面高度；在与入料口相对的槽体的另一侧为溢流槽，轻物料通过溢流槽口进入溜槽和后续脱介工序；底板靠传动侧斜面出口处设有重物料提升排料口，重物料通过排矸口进入溜槽以及后续脱介工序。排矸刮板系统由头轮组、尾轮组、两组随动轮组、刮板、链条、连接板、导轨、紧链装置等组成。刮板通过连接板固定在两侧链条之间，链条挂在头轮组、尾轮组和两个随动轮组的链轮上，链条的下端嵌入导轨滑槽内；头轮组、尾轮组、随动轮组均由轴、两片链轮、轮毂、滚动轴承组成，通过轴承座固定在槽体侧板的相应位置上；为调整刮板链条垂度，尾轮组轴承座装在滑块上，利用液压张紧油缸调整尾轮位置，进而张紧链条。驱动装置由电机、减速器、三角带等组成。分选机内悬浮液通过浅槽底部和侧面两个部位给入分选槽体内。下部给入的称为上升流，通过带孔的布流板进入槽内，使其分散均匀。上升流的作用是保持悬浮液稳定、均匀，同时有分散入料的作用。从侧面给入的称为水平流。通过布料箱的反击和限制，可以使水平流全宽，均匀的进入分选槽内。水平流的作用是保持槽体上部悬浮液密度稳定，同时形成由入料端向排料端的水平介质流，对上浮精煤起运输的作用。当入洗原煤经脱泥筛脱泥后由入料口进入浅槽内后，在调节挡板的作用下全部浸入悬浮液中。此时在浮力的作用下开始出现分层。精煤等低密度物料浮在上层，矸石等高密度物料沉到槽子底部。在下沉的过程中，与矸石混杂的低密度物由于上升流的作用而充分分散后继续上浮。在水平流的作用下，浮在悬浮液上部的低密度物由排料溢流口排出成为精煤产品。在刮板的作用下，沉到槽底的高密度物由机头溜槽排出成为矸石产品。从而完成入洗原煤的分选过程。
3 重介浅槽分选工艺的问题与对策分析
总体来说，影响重介浅槽分选机效率的因素有原煤入料粒度、入料密度、水平流和上升流的流量大小、浅槽的结构、悬浮液的密度、悬浮液的质量（粘度、纯度）、尾矿的净化回收、设备的保养和动力消耗等等。
物料在分选机中的分层过程主要取决于它的密度，但是它的分层速度却是物料粒度及物料与介质密度差的函数，粒度越大，密度差越大，物料的分层速度快，粒度小，物料的分层速度越慢。在实际生产过程中往往有一部分细粒级煤在分选机中来不及分层就排出，降低了分选效率。其中入料煤泥的增多最能影响其效率，同时带介严重，影响介质回收。箱体的容积浓度，也叫悬浮液的结构化，它也是影响浅槽分选效率的重要因素之一，当容积浓度太高时，悬浮液粘度变大，将会结构化，起不到分选效果。而容积浓度太低时，加重质颗粒沉降速度过快，也导致悬浮液在密度方面，失去作为分选介质的作用。重介质选矿所川悬浮液的容积浓度，理论上不应小于10，即作为分选介质时，悬浮液固体容积浓度的下限值大于10。一般块煤重介质分选下限为13mm。当分选密度较小如δp<1450kg/m3时，悬浮液的粘度较小，重介质分选下限可以降至8mm(甚至6mm)。当分选密度较高时，例如当δp>1600kg/m3，重介质悬浮液固体浓度高，结构化明显，静止粘度较高，以致一些较细的颗粒即便是矸石，也只浮在重介质的表面上。所以细粒级物料在块煤分选机中得不到有效的分选，大部分进入精煤，污染精煤质量。因此，在这方面考虑块煤分选系统中预先有效地脱除细粒级也是非常必要的
因悬浮液密度是决定分选机实际分选密度的最主要指标。上升介质流过大(如表面出现“翻花”现象)则会影响重产物的下沉，过小则会出现分选槽内介质明显分层，两者都会降低分选效果。水平流过小则轻产物流动缓慢，影响分选机的处理能力，过大则会缩短物料的有效分选时间，降低分选精度。所以分选带各处的密度应保持稳定。密度偏离规定范围，影响产品质量，并增大矿物的损失。所以运动部件运动不宜过快，流动速度不宜过快，避免涡流破坏分选带介质密度稳定。所以操作过程中，上升流和水平流的调整要合理，确保按稳定的密度分选。物料在分选槽中完成分层过程，合理选择长宽比。分选槽是分选机的重要部件，其长度必须保证物料有足够的分层时间，宽度尽量满足入选物料上限的要求。因此正确安排长宽比，结构在满足分选质量前提下，最大限度使物料粒级加宽，优化工艺。
机械方面，链速过高，整个导轨，链条，链轮等运转件磨损过快，节距变长后易出现脱链、跳链故障，使用周期短，配件投入高。同时，刮板在刮除槽内沉物的同时，悬浮液带走量较高，槽内悬浮液的扰动剧烈，造成强涡流，影响分选。链板脱介孔直径孔径设计小且分布不合理，随沉物带走的悬浮液就会得不到及时脱除，大量介质刮出分选槽进入介质净化回收系统，侧面增加了密度控制系统操作的难度。矸石上升行程设计不合理，就会出现大量悬浮液还没有来得及从脱介孔漏出，便随沉物进入矸石脱介筛，增大了介质净化回收的工作量，也增加了介耗。
影响悬浮液密度、粘度及稳定性最关键的因素主要是加重质容积浓度和加重质的密度和粒度。悬浮液的粘度随着加重质容积浓度增高而增高，当容积浓度超过临界值时，矿粒在其中沉降速度急剧降低，设备生产能力直接减小，分选效率变低。悬浮液密度愈高，加重质密度也要愈高，粒度愈小，粘度将愈大。加重质的形状愈接近球形，，粘度愈小。悬浮液密度直接关系分选质量和分选效率，密度设定过大，部分重物料会由于浮力作用上浮而混在精煤流中最终进入产品仓，导致破坏产品质量；相反，悬浮液密度过低，则会使部分精煤、夹矸煤下沉而混入矸石流中排出，造成产品的流失，最终造成经济上的损失。理论上，所有条件一定的情况下，悬浮液中煤泥含量越少，则悬浮液的粘度也越小。而在重介选煤生产中，我们就是要尽量保证悬浮液粘度小，稳定性好，循环量和密度稳定，所以，悬浮液中的煤泥量对悬浮液的质量有着直接影响关系，会进一步影响分选效果，因此对悬浮液中煤泥含量的控制也是生产中的一项重点。这里实际上也就是控制入料原煤中的低粒度级的物料。
我们知道，分选机分选的效率不是单纯的看分选的结果，而是宏观上要做到动力消耗最少且用最少量的合格悬浮液分选出最好的结果，悬浮液介质的浪费也会从侧面造成分选效率的降低，所以，介质的净化和回收也是能够提高分选工艺的效率的途径之一。以稀悬浮液介质为例，大量的稀介质是通过磁选机回收的，磁选机工作状态的好坏对磁铁矿损失很大,一般要保证磁选机的回收率在99.8%以上。我们假设进入磁选机的磁矿量为5000 kg/h，磁选机的回收率为99.8%，则磁铁矿损失为10kg/h，回收率降低为98%时，损失增大到100kg/h。可见磁选机回收率降低一点磁铁矿损失达几十倍。另外，堵漏事故会大量损失磁铁矿，因此还要做到设备、管道、溜槽三不漏。此外还应减少进入稀悬浮液中的磁铁矿数量，尽量保持稀悬浮液的稳定，严格控制从重介系统向外排出煤泥水，除磁选尾矿排出外，其他煤泥水一律不应向外排放，冲地板水或设备漏水都应回收。
4 结语
煤炭质量与煤炭洗选联系密切，煤炭洗选是提升煤质的有效手段。在实际工作过程中应该充分结合煤炭分选加工的目的，结合煤炭回收率、火力发电、煤炭气化及环保对煤质的要求，合理进行煤炭的洗选加工，以达到排矸、降灰、脱硫、提高发热量和环境保护的目的。
参考资料：
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