浅析重介质旋流器选煤机理及影响因素摘要：重介质选煤具有分选效率高、分选精度高、密度调节范围宽、适应性强、分选粒度范围广、生产过程容易实现自动化等特点，适于难选煤和极难选煤，而得到广泛应用。

重介质选煤工艺的优劣在很大程度上决定着重介质选煤的效率与经济性，重介质选煤工艺的研究与优化是选煤领域关注的重要课题。

本文简要介绍了重介质旋流器的原理和特性，并对其分选效果的影响因素做了定性分析和探讨。

关键词:重介质旋流器分选效果
煤炭洗选利用是煤炭生产和综合利用的重要环节，是实现煤炭清洁生产、节能减排、可持续发展的前提条件。

近年来，我国在重介质选煤工艺和设备等方面取得了可喜的进步。

重介质选煤工艺包括:重介质排矸、块末煤重介质分选、跳汰中煤或精煤再选等。

目前，我国已经掌握了重介质选煤技术，能自行设计大中型重介质选煤工艺的选煤厂。

尤其是在重介质旋流器选煤技术方面，自主研制开发了一系列大直径的三产品重介旋流器，某些技术和指标已经达到或者超过世界领先水平。

1 重介质选煤设备的发展概况
为了满足煤炭需求的增加，解决原煤质量贫、细、杂的现状，当前选煤设备的研制开发，主要朝着增大设备处理能力、提高分选效率的方向发展。

根据分选原理的不同，重介质选煤设备主要分为两类:第一类是重介分选机，是在重力场中分选，第二类是重介质
旋流器，是在离心力场中分选。

1.1 重介质分选机
我国已经研制出双锥形重介分选机、斜轮重介分选机、立轮重介分选机。

斜轮重介分选机是由分选槽、斜提升轮、六角轮、传动装置等部件组成，其优点有:分选效率高；悬浮液的循环量少，密度比较稳定分选粒度范围宽，上限可达1000mm。

立轮重介分选机的分选机理与斜轮分选机基本相同，不同的地方是；立轮分选机的提升轮垂直安装在分选槽内，分选时采用水平流和下降流，即合格悬浮液从给料端以水平方式给入分选机，在分选槽底部的排料闸门排出部分悬浮液。

1.2 重介质旋流器
我国从1965年开始研制开发重介旋流器，重点是扩大旋流器的入料上限和降低分选下限。

多年来经科研人员的努力，现在旋流器的入料上限已经达到50mm，分选下限已降到0.04-0.05mm，基本实现50-0mm不脱泥全部入洗。

重介质旋流器选煤的优点:分选粒度范围宽，分选效率高，工艺流程简单，投资少，操作方便，容易实现自动化，处理能力大等。

1.3 常见的重介质选煤设备
目前常见的重介质分选设备有:分选大于6mm或13mm的块煤斜轮重介质分选机和立轮重介质分选机，分选末煤的重介质旋流器。

立轮重介分选机的类型比较多，常见的有德国太斯卡型、波兰的disa型，我国自行设计研制的jl型。

重介质旋流器有:圆锥形重介
质旋流器(例如荷兰dsm型)，圆筒形重介质旋流器(例如美国dwp 型)，圆筒圆锥形重介质旋流器(例如三产品型)。

2 重介质旋流器选煤原理与特性
重介质旋流器是一种结构简单，无运动部件和分选效率高的选煤设备。

由于旋流器本身无运动部件，因而其分选过程完全是靠自身的结构参数与外部操作参数的灵活配合来实现最佳分选精度，这是旋流器选煤与其它选煤方法截然不同的突出特征。

在重介质旋流器分选过程中，物料和悬浮液以一定压力沿切线方向给入旋流器，形成强有力的旋涡流；液流从入料口开始沿旋流器内壁形成一个下降的外螺旋流；在旋流器轴心附近形成一股上升的内螺旋流；由于内螺旋流具有负压而吸入空气，在旋流器轴心形成空气柱；入料中的精煤随内螺旋流向上，从溢流口排出，矸石随外螺旋流向下，从底流口排出。

空气柱的形成机理为：由于底流管和溢流管直接与大气连通，进入旋流器的两相流以强烈的螺线涡运动，当切线速度增大到临界速度时，旋流器各出口产生一定的阻力，形成内部的旋转流场，引起轴向负压，空气由溢流管和底流管进入旋流器，在轴向负压驱动和流体对流传输的共同作用下逐渐发展成为贯通的空气柱。

当颗粒密度大于悬浮液密度时，颗粒在悬浮液中半径为r处所受合力为正值，颗粒被甩向外螺旋流；否则，颗粒被甩向内螺旋流；从而把密度大于介质的颗粒和密度小于介质的颗粒分开。

在旋流器中，离心力比重力大几倍到几十倍，因而大大加快了分选速度，并改善了分选效果。

重介质旋流器选煤特性显著。

其旋流器结构多样化，按其分选产品数分为两产品重介质旋流器、三产品重介质旋流器等；按分选物料的给入方式可分为有压和无压两类。

另外，其选煤工艺多样化，即针对不同的原料煤特点和产品结构需求，灵活地将原料煤脱泥、煤泥重介、浮选、粗煤泥回收等工艺与重介质旋流器工艺进行组合，以取得低投入高产出的效果。

由于重介质旋流器选煤的特点，其适用范围非常广泛，可适应各煤种、不同可选性的煤质条件。

尤其对其它选煤方法难以精选的难选、极难选煤、煤泥含量大的末煤，能达到精确分选的效果。

3 重介质旋流器分选效果的影响因素
3.1 入料煤质特性
重介质旋流器是一个封闭的、相对容积很小的分选容器。

对于两产品旋流器，有一个入口两个出口，其进入和排出的瞬间体积流量相等。

底流口和溢流口排量的分配，在一定的条件下是基本固定的，但当入选原煤的密度组成发生变化时，例如高密度物含量增加，那么要求底流固体排出量增加，溢流固体排出量相对减少，但底流口的排放能力有限，因而会将一部分中等密度的煤颗粒和重介质挤向溢流口排出，使实际分选密度升高。

因此，入选原煤密度组成的变化会引起旋流器分选密度的波动，结果必定降低综合分选效率。

3.2 旋流器的结构参数
重介质旋流器直径的选择应该符合处理能力的要求，对应于某一个最低的矿浆体积通过量，应满足分选离心力的要求，使要分离
的重产物从底流口排出。

值得注意的是，选择直径较大的旋流器虽然可以改善分选效率，但却可能造成浪费。

旋流器圆筒段的高度增大，旋流器的总容积和总长度都增加，在一定范围内对分选有利。

过短会增加入料短路进入溢流的几率，影响轻产物质量。

底流口直径与入料中重产物（砰石或中煤）的比例有关。

增大底流口。

在相同条件下会降低实际分选密度，精煤产率相应降低。

底流口减小则会相应提高实际分选密度。

溢流口直径通常与底流口直径保持一定比例关系。

在其他条件不变的情况下，溢流口直径缩小会降低实际分选密度，使部分原本应进入溢流的轻颗粒从底流口排出。

入料口的形式和直径对分选有重要影响。

目前多数重介质旋流器采用螺旋线或渐开线入口，入料口尺寸增大，若超过旋流器的处理能力（特别是重产物排出能力），分选效率会受到损失；入料口尺寸减小，则会降低入料粒度上限。

3.3 重介质悬浮液的稳定性
保持重介悬浮液的质量和稳定性对重介质分选系统的正常运行至关重要。

重悬浮液在旋流器内的浓缩对分选效率影响很大，磁铁矿粉粒度较粗时会发生过分的浓缩。

为保持良好的分选，介质的浓缩度愈小愈好。

在实际生产中，除了避免使用太粗的磁铁矿粉，并使循环介质中保持一定量的煤泥外，有时还可以往介质中添加少量粘土或一些天然的或人工合成的稳定剂。

3.4 循环介质量
重介质旋流器的容积很小，重介质和煤在其中的停留时间基本
相同，只不过数秒钟的时间。

为保证有效分选所必需的液固比，重介质旋流器的循环介质量相对较大。

不同粒度和密度的原煤，循环介质量一般在吨原煤3~5倍，对于三产品重介质旋流器而言，循环介质量有时还可能超出此上限。

重介质旋流器的分选效率受液固比的影响较大。

3.5 重介质的入口压力
原则上，重介质的入口压力应使旋流器内产生足够的离心力，使密度高于分选密度的重颗粒能进入底流。

增加入口压力将增大旋流器内产生的离心力，提高细粒重产物在底流中的回收率，但是也增强了悬浮液在旋流器中的浓缩。

同时，由于入口压力增加，旋流器的矿浆通过量随之加大，从而减少了矿浆在旋流器内的停留时间，增大了溢流排出量，导致实际分选密度略有提高。