洗选工艺教材

2.7 浓缩

浓缩主要用于细煤泥水（水力分级设备产生的 溢流）。用于矿浆浓度比较低，所以需要排出部 分水、提高矿浆浓度，为其它作业环节提供原料。 煤泥水在浓缩设备中受到重力的作用，开始沉淀 浓缩。这个过程通常有以下几个区：澄清区、自 由沉降区、过渡区、压缩区和浓缩物区。 浓缩设备主要有沉淀塔、耙式浓缩机、深锥浓 缩机等。 对于极细颗粒煤泥水，由于其粒度组成很细， 重力作用很小，颗粒保持在悬浮状态，必须加入 药剂，产生絮凝和凝聚作用。
3.3重介选煤优缺点
重介选煤的优点是：分选效率高于其他选煤方法；
入选粒度范围宽，分选机的入料粒限为1000~6mm， 旋流器为80~0.15mm；生产控制易于自动化。 重介选煤的缺点是：工艺复杂，生产费用较高；设 备磨损快，维修量大。 重介质选煤法使用范围广。可代替人工手拣矸石， 不仅分选效果好、生产率高，而且解放笨重体力劳 动。对于难选煤和极难选煤，采用全重介选或部分 重介选流程，都可提高精煤产率。用重介质旋流器 再选跳汰中煤和精煤重介质选煤原理
重介质选煤的基本原理是阿基米德原理， 即浸没在重介质中的颗粒受到的浮力等于颗粒 所排开的同体积的介质重量。重介质选煤一般 都分级入选。分选块煤在重力作用下用重介质 分选机进行；分选末煤在离心力作用下用重介 质旋流器进行。
3.5重介质分选机分选原理(浅槽)
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
二、选煤的主要作业环节
2.1 破碎 破碎是用外力施加于被破碎的物料上，
克服物料分子间的内聚力，使大块物料分 裂成若干小块的过程。它具有以下作用： 1.满足选煤机械对入选物料最大入选粒度 的要求。 2.满足用户的粒度要求。 3.使煤和矸石分离，为分选提供条件。在 煤形成的过程中，受复杂地理条件的影响， 煤和矸石常夹杂共生，产生夹矸煤。

夹矸煤中煤和矸石的结合处由于煤 和矸石内部分子作用力的不同，是最脆 弱的、最不稳固的，在夹矸煤受到外力 作用时，最容易产生裂纹，进而使夹矸 煤破裂，煤和矸石解离。煤和矸石解离 越彻底，在洗选过程中，煤和矸石性质 差异越明显。如果仅仅从对分选有利角 度来看，破碎后物料粒度越小，越有利 于分选。
2.2 筛分

独立筛分（筛分产品作为最终产品供给 用户使用）；准备筛分（为分选作业提 供不同粒级的入选矿物）；脱水筛分 （脱出水，降低物料水分）；脱泥筛分 （脱出物料中的细粒）；脱介筛分（脱 出重介质）；选择性筛分（按几何尺寸 进行分离）；辅助筛分（当筛分作业和 破碎作业配合进行时）。

如果在破碎作业前把合格粒级预先 筛出叫预先筛分，它的目的是防止物料 过度破碎，可以提高破碎设备的生产能 力和减少动力消耗。若用在破碎后以控 制破碎产品的粒度叫做检查筛分，它的 目的是从破碎设备的产物中，将粒度不 合格的大块筛出，以保证产品不超过要 求的粒度上限。如图1：

2.4 洗选

由矿井开采出的毛煤含有大量的矸石和少 量的杂物（铁器、木块等）。 煤化学研究指出，矸石对商品煤的质量有 很大的影响。矸石可燃性差、煤可燃性好； 商品煤中含矸率越大，燃烧后所剩余的残渣 越多，也就意味着商品煤的灰分越大，发热 量越低。而且由于矸石中含有较多的无机硫， 降低含矸量，还可以降低商品煤中的硫分。 （商品煤中的硫有有机硫和无机硫两种，有 机硫仅能用化学方法脱除，成本很高，选煤 厂一般只脱除无机硫。）
压滤机常用的有两种：加压过滤机和板框式过滤 机。 加压过滤机实际上是将类似于圆盘真空过滤机的 设备装入特制的压力容器内，利用压缩空气作为过 滤的推动力。它具有连续工作、处理量大、产品水 分低的特点。 板框式压滤机有平板板框式压滤机和凹板板框式 压滤机之分，主要区别在于滤室的结构不同。当板 框式压滤机工作时，油压液缸将所有滤板压紧在活 动头板和固定尾板之间，使相邻滤板之间构成滤室。 矿浆由固定尾板的入料孔以一定的压力给入，在所 有滤室充满后，压滤过程开始。它工作不连续，但 效果比较好。

此，悬浮液中 颗粒所受的合力F 为： F=G-G0 而G=Vδg、G0= Vρg，则： F=G-G0= Vδg- Vρg=Vg(δ-ρ) 式中V ———颗粒的体积，m3 d ———颗粒的粒度，m3； δ———颗粒的密度，kg/m3 ρ———悬浮液密度，kg/m3 g ———重力加速度，m/s2 当δ>ρ时，颗粒下沉；δ<ρ时，颗粒上浮；ρ=δ时，颗粒处于悬 浮状态。 在重介质分选机中，用悬浮液流和刮板或提升轮分别把浮物和 沉物排出，完成分选工作。
碎散物料通过一层或数层筛面被分成不同 粒级的过程就是筛分。筛分过程一般是连续 的，筛分原料给到筛分机械（筛子）上以后， 小于筛孔尺寸的物料透过筛孔，称为筛下产 物；大于筛孔尺寸的物料从筛面上不断排出， 称为筛上产物。 按照应用目的和使用场合的不同，以及筛 分作业在生产工艺中担负的任务不同。筛分 作业可以分为以下几种：
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目录
一、选煤目的
二、选煤的主要作业环节 三、重介质选煤
四、跳汰选煤
五、结束语
一、选煤目的

选煤的目的用通俗话说：去杂质、降灰分、 提质量、适用户。 除去原煤中的杂质，减少铁路无效运输。 除去原煤中的杂质，减少环境污染，保护 环境。 通过洗选加工把煤炭分成不同质量、规格 的产品，供应用户对路产品，以便合理利用 煤炭，节约能源。
图1 辅助筛分三种形式
2.3 脱水 煤中的水分有内在水分和外在水分之分。 （这里是从煤化学工业应用角度来区分的， 有的书籍从水分在物料中的赋存形态，将其 分为化合水分、结合水分、毛细管水分和自 由水分）外水可以用物理机械的方法脱除， 内在水分必须加热或用化学方法脱除。选煤 厂所说的“脱水”是指脱除外在水分。

离心脱水机主要分为过滤式和沉降式两大
类（排料是否及时，是否有沉淀层）。过 滤式主要用于较粗颗粒物料的脱水，其分 离因数（离心力与重力的比值）常在80— 200之间；沉降式主要用于细颗粒物料的脱 水，其分离因数常在500—1000之间。 真空过滤机和压滤机都是通过介质使固 体颗粒和液体分开而实现固液分离的。真 空过滤机分为圆盘式和圆筒式真空过滤机。 由于真空过滤机是靠负压工作，压力的上 限受到大气压的限制，所以过滤的推动力 不大。

降低含矸率，就要利用矸石和煤物 理和物理化学性质的差异，借助各种设 备将两者分离。现今，实际生产中采用 的方法有重选、浮选、电选、磁选、摩 擦选等，在实验阶段的还有生物选煤。 但目前，使用比较广泛、技术比较成熟、 应用比较成功的是浮选和重选两种。
浮选（浮游选矿）是根据煤、矸石界 面性质的差异而实现分选的。煤是疏水 的、矸石是亲水的，当细粒的煤和细粒 的矸石混合物在气水混合物中的时候， 煤由于疏水粘附于气泡表面，随着气泡 上升而浮出水面；矸石因为亲水而沉于 水底，从而实现分离。 浮选设备有浮选机和浮选柱两种，而 且需要调浆，需要使用起泡剂和捕收剂。

重选是利用煤和矸石密度的差异而实现 分离和相对富集的。据研究，煤的密度 ≤1.3 Kg/L,而矸石的密度通常≥1.8Kg/L，夹 矸煤则介于两者之间。夹矸煤密度越大， 矸石含量越多，灰分越高，发热量越低， 硫分可能越高。 由于实际洗选中不可能把煤和矸石彻底 的分离，商品煤实际上是满足了用户要求 的煤、矸混合物，所以在洗选环节还有一 个任务就是分级，对产品按照质量分成中 煤、精煤等。
常用的脱水设备有：脱水筛、离心脱水机、 真空过滤机、压滤机等。 脱水筛是以薄层物料通过筛面，由于两者 性质的差异，在重力场中的相对运动，进而 相互脱离。常用的有固定筛和振动筛两种。 各式筛子由于结构和原理的不同入料粒度差 异很大。脱水效果受含水物料的性质影响较 大。 离心脱水机是利用离心力进行固液分离的， 其离心力要比重力大上百倍，甚至千倍，所 以其处理效果好，而且处理粒级范围宽，但 是煤在设备中的破碎程度比较高，煤在滤液 中的损失也比较大，而且动力消耗大，设备 磨损严重。
2.6 分级

分级是指把粒度级别比较宽的物料分成若干窄 粒度级别产物。常用的方法有筛分和水力分级。 筛分分级设备有分级筛和斗子等。水力分级是 根据矿粒在运动介质中沉降速度的不同而实现的。 矿粒在介质中（包括水）的运动受到密度、粒度 和形状的影响。当矿粒粒度比较大的时候，由于 受到的重力比较大，粒度和形状的影响相对比较 小，但粒度比较小的时候，由于就比较大了，不 能再忽视了。常用的设备有：水旋流器、角锥池 等。
采购合格粒度和品位的磁铁矿粉直接配制； 另一种为将采购来的磁铁矿粉进一步加工后 再使用。
图3-11是重介质选煤时，常的悬浮液回收与净化流
程。 在图3-11所示的流程中，脱介筛第二段因喷加清水 之故，筛下所回收的悬浮液浓度很低，称为稀介质， 其中煤泥含量还很高。象这种悬浮液已不能直接复 用，必须进行浓缩与净化。一般来说可采用浓缩机 （也可用磁力脱水槽或低压旋流器）浓缩。浓缩机 溢流可作脱介筛第一段的喷水、浓缩机的底流经两 段磁选。一般讲磁选机效率可达99.8%以上，精矿 磁性物含量达90%以上，密度达2克/厘米3左右。磁 选精矿进入合格介质桶与脱介筛第一段筛下悬浮液 混合，构成合格悬浮液，再用泵送到分选机循环使 用。
2.5 拣矸 为了减轻洗选作业环节的负担，选煤厂通常 设立拣矸作业环节，除去杂物和大块矸石。有 两种方式：人工拣矸和机械排矸。人工拣矸， 就是用人工在速度比较慢的皮带上拣出杂物和 矸石。人工拣矸，劳动量大、劳动强度高。排 矸机械有滚筒式碎选机和动筛跳汰机两种，滚 筒式碎选机在煤和矸石破碎性差异比价大的时 候才可以采用。动筛跳汰机槽体中水流不动， 筛板做上、下往复运动，比较节约用水。
上式表明，当δ>ρ时，F为正值，颗粒被甩向
外螺旋流；当δ<ρ时，F为负值，颗粒移向内 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 可比重力大几倍到几十倍，因而大大加快了 末煤的分选速度并改善了分选效果。