气体辅助细粒煤离心力场分选规律研究

【摘要】随着煤田地质条件的恶化和自动化采煤程度的提高,以及煤炭分选过程中的机械粉碎和泥化现象的加重,导致原煤中细粒级煤泥含量和次生煤泥量大大增加,这部分细粒煤如果不能得到有效分选,将严重制约最终精煤产品的质量和煤炭资源的高效洁净利用。相对较成熟的块煤分选技术,细粒煤分选技术还有待进一步完善,论文借助不同于现有细粒煤分选设备分选原理的重浮耦合分选技术,开发了一种集重力分选与浮游分选为一体的重浮混合分选设备。该设备由两部分组成,一是气体引入装置射流充气器,二是基于课题组发明专利煤泥旋流重选柱设计的旋流器。基于重浮混合分选设备构建了气、液、固多相体系下细粒煤离心力场分选系统,主要研究了气相对气、液、固三相体系下细粒煤离心力场重选的影响规律,煤泥浮选药剂对重浮混合分选规律的影响,充气旋流器重选-溢流闪速浮选工艺,以及调整剂对细粒煤离心力场分选的影响规律等。对射流充气器的充气性能以及旋流器结构对细粒煤分选规律的影响进行了系统的试验研究,确定了重浮混合分选设备的较优结构和分选试验的工艺条件为：射流器喷嘴出口直径5-6mm,溢流管直径22mm、底流口直径8mm、锥角结构为90°复锥,溢流管插入深度为70mm；入料矿浆浓度为100g/L,入料压力为0.15MPa。试验研究了气液比对细粒煤离心力场分选的影响,结果表明：气液比对各粒级分选的影响规律不同,对于+0.5mm粒级,随着气液比的增大,溢流产率、溢流灰分、底流灰分逐渐降低；对于0.5-0.25mm与0.25-0.125mm粒级,在气液比30%时溢流灰分最低,底流灰分与气液比10%时相比有所增大；气液比对-0.125mm粒级的分选效果影响不明显。通过对分选产品进行浮沉试验,借助分配曲线对分选效果进行了评定：随着气液比的增大,各粒级的分选密度δp、可能偏差Ep值逐渐减小,+0.5mm粒级δp,值由不充气时的1.725g/cm3降到1.591g/cm3,Ep值由0.166降低到0.050；随着气液比的增大,同一气液比下各粒级的δp、Ep值之间的差值随着气液比的增大逐渐减小。结合数量效率和错配物总量两个评价指标,确定了旋流器中气液比的最佳值为30%。同时得到一种水介质旋流器分选密度在线调节的方法。利用流体动力学计算软件Ansys-Fluent6.3.26对旋流器的流场进行了数值模拟,模拟结果表明：随着气液比的增大,旋流器内的静压力和切向速度、空气柱及其周边位置的轴向速度、径向速度分量值逐渐增大。随着气液比的增大,旋流器分选区域内的气体体积分数逐渐增大,分选介质密度逐渐降低,这与细粒煤分选中溢流灰分随气液比增大逐渐降低的结果是致的,气液比在20%-30%范围内,旋流器的分选流场能够同时兼顾物料的重力分选和浮选所需要的流场特点,达到提高细粒煤分选效率的目的。正是因为疏水性颗粒与气泡的附着,使被选物料中细颗粒的表观粒度得到提高,表观密度得到降低,降低了粒度对细粒煤重力分选的影响,提高了细颗粒分选效率。为增加射流引入的气泡在分选流场中的分散性、气泡直径的均匀性和稳定性,向矿浆中添加了起泡剂仲辛醇,试验结果表明：仲辛醇的添加对于+0.5mm粒级的分选不利,对于0.5-0.074mm粒级分选效率有所提高,对-0.074mm粒级的影响不明显。仲辛醇用量和气液比两因素及其交互作用对0.25-0.125mm、0.125-0.074mm两个粒级影响高度显著。在气液比40%左右,仲辛醇和煤油用量分别为50g/t干煤泥、600g/t干煤泥时,重浮混合分选的溢流产品中+0.125mm粒级的灰分可控制在10%以内,同时底流各粒级合计灰分在60%以上,可以实现重浮混合分选。利用颗粒与气泡惯性碰撞理论和紊流场中它们发生脱落的脱落概率公式,分析了煤泥浮选药剂的引入对离心力场中粗、细粒级分选的影响机理。提出了充气旋流器重选-溢流闪速浮选工艺,实验室试验和选煤厂连续试验结果表明：利用常规的浮选柱来分选充气旋流器的溢流,虽然能够回收一部分精煤,但并没有将已矿化的泡沫完全回收,需要对溢流闪速浮选装置做进一步研究。为提高微细粒重选的分选效率,充分利用细颗粒的表面性质对分选的影响,研究了絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)、凝聚剂氯化镁(MgCl2)、分散剂六偏磷酸钠((NaPO3)6)、表面活性剂Span80;和具有表面活性的水溶性聚合物聚乙二醇(PEG-200)这五种化学药剂作为调整剂对细粒煤离心力场重选的影响,研究结果表明：PAM和MgCl2毙够提高+0.074mm粒级的分选效率,对-0.074mm粒级影响不大；(NaPO3)6对-0.074mm粒级的影响较明显,Span80和PEG-200的添加使+0.25mm粒级的分选效率随着加药量的增加而逐渐降低,-0.25mm粒级的分选效率逐渐增大。通过对加药前后分选产品的粒度组成和不同加药量下的Zeta电位测定,分析了不同种类的调整剂对细粒煤重选的影响机理。论文对细粒煤离心力场重浮耦合分选的研究为细粒煤新设备、新技术、新工艺的开发和应用提供了一种思路。
【作者】刘爱荣；
【导师】樊民强；
【作者基本信息】太原理工大学，矿物加工工程，2014，博士
【关键词】旋流器；重浮混合分选；气液比；流场数值模拟；调整剂；

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