第3章 煤炭分选（）rev

第3章煤炭分选第一节概述煤炭分选（即选煤）：根据煤中各种组分的密度、表面物理化学性质以及其他性质的差异而将煤分选成不同质量产品的加工过程。随着煤炭采掘机械化程度的提高，加之煤炭资源的日趋“贫、细、杂”化，原煤质量趋向恶化。在此形势下，选煤已经成为煤炭企业不可缺少的生产环节。二无论是动力用煤，还是化工用煤或民用煤，煤中的硫分和灰分都是十分有害的。硫分在燃烧过程中产生SO2、SO3、H2S等酸性气体严重污染大气，煤炭的含硫量越高，SO2生成量也越高；就动力煤而言，灰分每增加1%，大约就得多消耗2%~2.5%的煤炭；国家标准规定炼焦精煤的灰分一般不应超过11.5%。选煤是一项经济有效的清洁煤生产技术，是洁净煤技术的源头技术，具有重大的经济和社会意义，它已成为煤炭工业现代化水平的重要标志之一。第二节煤炭分选与方法二跳汰选煤对不同煤质的煤具有广泛的适应性，长期以来一直被作为主要的选煤方法。目前在我国的各种选煤方法中约占1/3的比例。重介质选煤的重介质旋流器分选技术取得了重大进展。这主要归功于耐磨材料的应用，它延长了设备和管道的使用寿命，以及密度自动控制水平的提高，它使生产操作更加简单。浮选主要是依据煤和矸石表面物理化学性质的差异对小于0.5mm细粒煤进行分选的选煤方法，近几年在我国发展很快，但在应用中，只有炼焦煤选煤厂和用于高炉喷吹的无烟煤选煤厂选用浮选工艺。干法选煤在西部寒冷、水资源短缺地区以及易泥化煤种的分选过程中得到应用。但数量较少，且主要为风力选煤。摇床分选、螺旋分选、滚筒分选、水介质旋流器分选在我国小型易选煤矿也有应用，但应用的较少。目前我国选煤厂使用的选煤方法的具体情况如下：跳汰分选大约占26%，重介质分选大约占54%，浮选大约占14%，风选约占5%，其它方法约占1%。第三节煤炭重选跳汰选煤一二重介质选煤一、跳汰选煤跳汰选煤是指煤粒在垂直交变介质流中按密度分选的重选作业。所用的介质可以是水（水力跳汰），也可以是空气（风力跳汰）。跳汰选煤的适应性较强，除非极难选煤，均可优先考虑采用跳汰的方法处理。在一个跳汰周期内，床层经历了从紧密到松散分层再紧密的过程，颗粒受到了分选作用。分层最终结果是：密度低的矿粒集中在床层的上层（此即精煤）；密度高的矿粒集中在床层的最底层（此即矸石）。煤用跳汰机主要有空气脉动跳汰机和动筛跳汰机。空气脉动跳汰机按其结构可分为：筛侧空气室跳汰机（鲍姆跳汰机）和筛下空气室跳汰机（高桑跳汰机）。这两类跳汰机还可根据其用途、入选粒度和机械结构进行分类（1）筛侧空气室跳汰机（2）筛下空气室跳汰机（3）动筛跳汰机跳汰机的分选效果取决于操作工艺制度，与入料性质及质量要求有关。风、水、给、排是跳汰机最主要的操作参数，各操作参数间互相联系，决定了跳汰机分选床层的状态。床层运动状态决定了矿粒按密度分层的效果。实际操作中跳汰机入料性质波动要尽量小，给料速度要均匀，宽度方向要均匀，原煤要润湿。要根据所要求的松散度调风量，各风室的风量由入料到排料依次减少。风量、风压比筛下水更能影响松散度，增加风量可以提高吸啜作用，而增加水量却减弱吸啜作用，应用时要灵活。分层结束，应及时、连续、合理地排出产物。二、重介质选煤重介质选煤是一种采用密度介于煤与矸石之间的液体作为分选介质的高效率的重力选煤方法。依所用的分选介质不同分为重液选煤和重悬浮液选煤。重介质选煤按分选力的不同可分为重力重介质选煤（重介质分选机）和离心力重介质选煤（重介质旋流器）两种。重液主要包括有机溶液和无机盐水溶液。重悬浮液是指高密度的固体微粒与水配制成悬浮状态的两相流体。重介质选煤一般都分级入选，分选块煤常采用重介质分选机，分选末煤常采用重介质旋流器。重介质选煤的基本原理是阿基米德浮力定律，其分选效率高于其他选煤方法，入选粒度范围宽（重介质分选机的入料粒度为6~1000mm，重介质旋流器的入料粒度为0.15~80mm），生产控制易于自动化，因而得到了十分广泛的应用。（1）重介质分选机分选原理在静止的悬浮液中，作用在颗粒上的力有重力G和浮力G0。因此，悬浮液中颗粒所受的合力F为：当δ<ρ时，颗粒上浮；δ>ρ时，颗粒下沉；δ=ρ时，颗粒处于悬浮状态。重介质分选机通过悬浮液流和刮板或提升轮分别把浮物和沉物排出，完成分选。（2）重介质旋流器分选原理在重介质旋流器中，颗粒所受离心力Fc为：则当δ<ρ时，F为负值，颗粒移向内螺旋流；当δ>ρ时，F为正值，颗粒被甩向外螺旋流。由此密度大于介质的颗粒和密度小于介质的颗粒得以分开。在旋流器中，由于离心力可比重力大几倍到几十倍，因而末煤的分选速度大大加快并实现分选效果的改善。第四节煤炭浮选浮选原理浮选药剂一二三浮选机四浮选调浆一、浮选原理图中矿物的上方是空气中水滴在矿物表面的铺展形态，从左至右，随着矿物亲水程度的减弱，水滴越来越难于铺开而成为球形；图中矿物下方是水中气泡在矿物表面附着的形态，气泡的形状正好同水滴的形状相反，从右向左，随着矿物表面亲水性的增强，气泡变为球形。显然，在水中亲水性矿物难以与气泡附着，可浮性差；而疏水性矿物易与气泡附着，可浮性好。煤泥在调浆设备内配制成一定浓度的煤浆，加入浮选药剂后充分搅拌以促进煤浆与浮选药剂作用，调浆完成后的煤浆进入浮选设备，在浮选设备内的流场与充气作用下，煤粒与气泡相互碰撞。由于煤粒的表面润湿性差，碰撞时易粘附到气泡上，并随着气泡的升浮被气泡带到水面的矿化泡沫层形成浮选精煤；而矸石的润湿性好，碰撞时不易与气泡附着，仍留在矿浆中成为浮选尾煤。二、浮选药剂浮选过程加入的能够帮助浮选过程顺利进行的药剂称为浮选药剂。选煤用浮选药剂既有有机化合物又有无机化合物，既有酸有碱又有不同的盐类，按药剂的用途可分为三类。①捕收剂能选择性地作用于矿物表面并使其疏水的有机物质称为捕收剂。捕收剂作用于矿物-水界面，通过提高矿物的疏水性，使矿粒能更牢固地附着于气泡上而升浮。煤油和轻柴油是选煤使用最多的捕收剂。②起泡剂起泡剂为表面活性物质，主要富集在水、气界面，促使空气在矿浆中弥散成小气泡，防止气泡兼并，并提高气泡在矿化和上浮过程中的稳定性，保证矿化气泡上浮后形成泡沫层刮出。在煤泥浮选过程中，多数起泡剂也在煤粒表面发生吸附并显示捕收作用，醇类（如仲辛醇）是得到广泛应用的起泡剂。③调整剂是改善捕收剂和起泡剂的作用效应的添加剂，具有增溶、分散和乳化作用。它在气-液、液-液和固-液界面显示作用，调整矿浆的性质，提高浮选过程的选择性。调整剂多为表面活性物质，具有杂极性分子结构，如胺类链烷醇胺-妥尔油脂肪酸缩合物等。三、浮选机浮选机的种类繁多，差别主要表现在充气方式、充气搅拌装置结构等方面。目前应用最多的分类法是按充气和搅拌方式的不同将浮选机分为两大类，即机械搅拌式和无机械搅拌式。

（一）机械搅拌式浮选机利用转子-定子系统作为机械搅拌器实现充气和搅拌的统称为机械搅拌式浮选机；根据供气方式的不同又细分为自吸机械搅拌式浮选机和充气机械搅拌式浮选机两种类型。自吸机械搅拌式浮选机具有如下特点：①搅拌力强，可保证密度和粒度较大的矿粒悬浮，并可以促进难溶药剂的分散与乳化；②可依靠叶轮的吸浆作用实现中矿返回，省去大量砂泵；③对难选和复杂的矿石或希望得到高品位的精矿时，可保证得到较好的稳定指标；④运动部件转速高、能耗大、磨损严重、维修量大。充气机械搅拌式浮选机具有以下的特点：①充气量大，便于调节，对提高产量和调整工艺有利；②搅拌不起充气作用，故转速低、磨损小、能耗低、维修量小；③液面稳定、矿物泥化少、分选指标好，但需压力系统和管路。

（二）无机械搅拌式浮选机无机械搅拌式浮选机又称为充（压）气式浮选机，最典型的即是浮选柱设备。与机械搅拌式浮选机比较，浮选柱具有结构简单、占地面积小、耗电量低、易损件少等优点；存在空气管和尾矿管易堵塞、工作稳定性差等缺点。

（1）传统浮选柱

传统浮选柱为高6~7m的圆柱体，低部装有一组微孔材料制成的充气器，上部设有给矿分配器，给入的矿浆均匀的分布在柱体的横断面上，缓缓下降，在颗粒下降的过程中与上升的气泡碰撞，实现气泡的矿化。（2）新型浮选柱

四、浮选调浆浮选是一个复杂的过程，调浆、矿化、分离等过程都会对浮选效果产生影响。调浆意味着为浮选药剂和矿物间的反应提供足够的混合和接触时间，其主要任务是实现矿物的充分分散以及与药剂的作用完全。近年来，研究人员在煤泥浮选前的矿浆分散、表面改性及混合动力学方面做了许多研究工作，并在药剂乳化、颗粒分散等调浆技术方面取得了一些进展。（一）矿浆预处理器

（二）乳化器

提高浮选药剂分散度的有效途径之一是浮选药剂的乳化。在相同的浮选药剂添加量的条件下，其分散度越高，则油滴数越多，其直径也越小，比表面积就越大，和煤粒接触粘附的概率也就越高，从而节省浮选药剂用量，提高浮选速度，改善分选效果。一般常用的乳化器有机械搅拌器、水喷射式乳化器、超声波乳化器、胶体磨乳化器等。（三）表面改质机

第五节煤炭干法分选及其他选煤方法煤炭干法分选煤炭电磁选一二一、煤炭干法分选（一）空气重介质流化床干法选煤物料在分选机中的分选过程是：经筛分后的6~50mm块状物料与加重质分别加入分选机中，来自风包的具有一定速度的有压气体通过气体分布器均匀作用于加重质而发生流化作用，在一定的工艺条件下形成具有一定密度的均匀稳定的气固两相流化床。物料在流化床中按密度分层。小于床层密度的物料上浮，称为浮物；大于床层密度的物料下沉，称为沉物。分层后的物料分别由低速运行的无极链刮板输送装置逆向输送，浮物如精煤从左端排料口排出，沉物如矸石或尾煤从右端排料口排出。（二）FX型风力摇床分选和FGX型干法选煤在我国得到比较广泛应用的干法分选设备是FX型风力摇床和FGX型干选机；这两种型号的干选机都是以空气做分选介质的重力分选方法，在气流和机械振动的共同作用下，使原煤在床面上按不同密度分为轻、重产品。二、煤炭的电磁选（一）煤粉摩擦电选技术微粉煤摩擦电选的原理：煤和矿物质颗粒在气流夹带作用下通过摩擦器，颗粒与摩擦器壁及颗粒与颗粒之间相互碰撞摩擦使得煤中的有机质和矿物质颗粒分别带上极性相反的电荷；然后带电颗粒群被引入高压电场中，在电场力下，有机质和矿物质颗粒因带电极性不同分别被吸引、吸附到极性相反的极板上，从而实现两者的分离。（二）煤炭磁选脱硫技术得到良好的磁选脱硫效果，必须做到以下两点：①将煤细粉碎使得其中的硫化矿物质等充分解离；②磁选前采用煤系矿物磁性强化技术以增大硫化矿物的比磁化率。第六节选煤工艺流程一典型选煤工艺二空气重介质选煤工艺系统一、典型选煤工艺选煤厂对原煤的加工处理大致可分为原煤准备、分选和产品处理三个作业。准备作业是对原煤进行筛分、破碎、拣矸等环节，为分选作业准备好粒度适当的原煤；分选作业是使用各种分选设备将煤和矸石等矿物质杂物分离；产品处理作业主要是对选后的各类产物进行脱水、浓缩、过滤、压滤和干燥等。目前中国的选煤工艺流程基本上是两段（粗粒用重选，细