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國(guó)內(nèi)外浮選設(shè)備的工作原理及主要特點(diǎn)介紹

　　浮游選煤是當(dāng)前精選細(xì)粒級(jí)煤泥最有效的分選方法，也是世界上許多產(chǎn)煤國(guó)家廣泛采用的方法。浮游選煤的過(guò)程是在浮選設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)良的浮選設(shè)備是保證分選效果的關(guān)鍵。自1910年泡沫浮選技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，世界各國(guó)出現(xiàn)了型號(hào)規(guī)格眾多的浮選設(shè)備。我國(guó)從1965年開(kāi)始研制適合國(guó)情特點(diǎn)的浮選機(jī)，成功開(kāi)發(fā)了XJM型（傘葉輪），XJX（斜葉輪）型和XJM-S型（雙層傘葉輪）等機(jī)械攪拌式以及XPM型噴射式浮選機(jī)，廣泛應(yīng)用于各大選煤廠。同時(shí)，國(guó)外的浮選設(shè)備在我國(guó)也有一些應(yīng)用，本文將目前在選煤廠中還存在的國(guó)內(nèi)外浮選設(shè)備各自的工作原理及主要特點(diǎn)做一下簡(jiǎn)單介紹，旨在說(shuō)明XJM-S機(jī)械攪拌式浮選機(jī)最符合我國(guó)煤泥特點(diǎn)及選煤國(guó)情。

1、IF浮選機(jī)

圖1  IF浮選機(jī)工作原理示意圖

IF浮選機(jī)為平底、圓柱形單槽式結(jié)構(gòu)。工作原理為預(yù)處理后的礦漿進(jìn)入槽體上部密閉的給料箱后形成垂直向下的煤漿液流；壓縮空氣從空心軸一端進(jìn)入另一端排出，煤漿和空氣沿葉輪的葉片，由定子導(dǎo)向拋出，在攪拌、拋射和上升過(guò)程中氣泡完成礦化過(guò)程，并逐步上升至液面形成三相泡沫層，溢出后由槽體上部的溜槽排出，尾礦由底部中心的尾礦室排出。

2、PNEUFLOT（普浮樂(lè)）浮選機(jī)

PNEUFLOT浮選機(jī)屬于充氣式浮選機(jī)，其核心部件為空氣反應(yīng)器，空氣反應(yīng)器類似于文丘里管。工作原理為浮選入料經(jīng)過(guò)空氣反應(yīng)器后形成負(fù)壓，空氣被吸入與礦漿迅速混合，之后從分配盤上的噴嘴噴出，此時(shí)壓力驟降，在疏水性的顆粒表面析出大量微小氣泡，低灰分的疏水性顆粒隨氣泡上浮，排出后成為浮選精煤；高灰分的親水性顆粒從尾礦管流出成為浮選尾煤。

 

圖2  PNEUFLOT浮選機(jī)工作原理示意圖

3、JAMESON（詹姆森）浮選柱

 

圖3  JAMESON浮選柱工作原理示意圖

JAMESON浮選柱工作原理示意圖如圖3，藥劑和礦漿由入料泵打入下導(dǎo)管的混合頭內(nèi)，通過(guò)噴嘴形成高速射流后吸入空氣。藥劑、礦漿和空氣在下導(dǎo)管內(nèi)形成三相混合物，之后快速向下流動(dòng)，這樣氣泡在下降流作用下，在下導(dǎo)管內(nèi)高密度聚集形成大量微泡，疏水性好的顆粒很快被捕獲，氣泡則從下導(dǎo)管底口排出。三相礦漿流垂直向下排入柱體底部，礦化氣泡隨后沿柱體上升富集成泡沫層，經(jīng)噴水沖洗降灰后流入精礦溜槽，疏水性差的顆粒與氣泡粘附力弱，匯集于柱體底部形成尾礦，通過(guò)尾礦口排出。

4、WEMCO（威姆科）浮選機(jī)

圖4  WEMCO浮選機(jī)工作原理示意圖

WEMCO浮選機(jī)工作原理示意圖如圖4，轉(zhuǎn)子在擴(kuò)散器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生負(fù)壓并吸入空氣，同時(shí)礦漿由導(dǎo)流管進(jìn)入轉(zhuǎn)子—定子混合區(qū)，空氣、礦漿混合物在轉(zhuǎn)子和擴(kuò)散器高速剪切的雙重作用下充分碰撞混合，經(jīng)擴(kuò)散器徑向孔后氣泡被進(jìn)一步粉碎，這樣疏水性好的礦漿顆粒粘附在氣泡上，上浮到液面，未礦化的顆粒由假底經(jīng)導(dǎo)流管進(jìn)入轉(zhuǎn)子區(qū)再次循環(huán)碰撞，定子蓋罩的作用是防止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后對(duì)三相泡沫的二次富集產(chǎn)生干擾。

5、HUMBOLD（洪堡特）浮選機(jī)

 

水平圓盤離心式葉輪

 

單偏擺傾斜葉輪
 

雙偏擺傾斜葉輪

圖5  HUMBOLT 浮選機(jī)的三種葉輪結(jié)構(gòu)

HUMBOLD浮選機(jī)屬于自吸式浮選機(jī)，其發(fā)展主要是葉輪形式的改進(jìn)，大體經(jīng)歷了三個(gè)階段，圓盤式、單偏擺式和雙偏擺式，如圖5所示。后來(lái)在大型浮選機(jī)中又出現(xiàn)了多偏擺式，多偏擺葉輪由數(shù)塊固定在相鄰直板上的傾斜板構(gòu)成，葉輪每旋轉(zhuǎn)一次，葉輪和定子之間的空間就會(huì)不斷發(fā)生變化，進(jìn)而引起壓力的周期性變化，從而不間斷地析出微泡。在葉輪周圍及上面鋪設(shè)格板，將湍流區(qū)和層流區(qū)分開(kāi)，以達(dá)到穩(wěn)定礦漿流和增加泡沫層的二次富集作用，但同時(shí)這種隔板也會(huì)影響礦化氣泡的正常上浮，降低精煤產(chǎn)率。HUMBOLD浮選機(jī)的主要特點(diǎn)是處理量大、電耗小、能處理較高濃度的礦漿。

6、FJC系列噴射式浮選機(jī)

 

圖6  FJC噴射式浮選機(jī)工作原理示意圖

FJC噴射式浮選機(jī)主要是利用微泡析出原理來(lái)強(qiáng)化煤泥分選過(guò)程的。工作原理示意圖如圖6，預(yù)處理后的煤漿進(jìn)入浮選機(jī)的入料箱后，疏水性好的細(xì)顆粒直接與氣泡粘附，上浮至液面積聚成泡沫層；大部分煤漿通過(guò)假底下的循環(huán)口進(jìn)入循環(huán)泵，加壓后打入充氣攪拌裝置的混合室，從噴嘴高速噴出，空氣和藥劑被吸入混合室，經(jīng)噴射流沖擊切割后被粉碎成微小油滴顆均勻分布于煤漿中。煤漿流由噴嘴噴出后通過(guò)喉管向下噴射到浮選機(jī)假底上，然后向四周反射，完成煤粒和氣泡的碰撞過(guò)程。疏水性好、粒度細(xì)的顆粒粘附在氣泡上，上升至液面聚集成泡沫層；疏水性差的、粒度粗的顆粒不能與氣泡粘附，其中一部分隨礦漿流再次通過(guò)假底下面循環(huán)口進(jìn)入循環(huán)泵，打入充氣攪拌裝置實(shí)現(xiàn)分選；另一部分隨礦漿流進(jìn)入下一個(gè)槽箱繼續(xù)分選，過(guò)程同前，直至最后一個(gè)槽箱，疏水性差的高灰雜質(zhì)由尾礦箱排出。

7、浮選柱

圖7 旋流—靜態(tài)微泡浮選柱工作原理示意圖

旋流—靜態(tài)微泡浮選柱組成主要包括三部分柱體、微泡發(fā)生器和尾礦，柱體段又可分為三段：精選段、粗選段和掃選段。柱體的頂部設(shè)有精礦收集槽和噴淋水消泡裝置，入料管位于柱體高約2/3處，尾煤由柱體底部的尾礦箱排出，柱體段的液位由尾礦箱調(diào)節(jié)。微泡發(fā)生器位于柱體外部，它是浮選柱實(shí)現(xiàn)煤泥分選的核心部件。位于粗選段底部的循環(huán)煤漿，用泵加壓后射入微泡發(fā)生器，同時(shí)吸入空氣和藥劑，當(dāng)煤漿噴出微泡發(fā)生器時(shí)，由于壓力的急劇降低，析出大量氣體微泡，煤粒、藥劑和空氣以切線形式噴入掃選段，形成強(qiáng)烈的漩渦攪動(dòng)，含氣、液、固三相的煤漿在離心力的作用下迅速向中心和上方運(yùn)動(dòng)進(jìn)入粗選段，氣泡與由上部給入的煤漿實(shí)現(xiàn)逆向碰撞，疏水性好的細(xì)顆粒粘附在氣泡上形成礦化氣泡完成粗選過(guò)程。掃選的作用是回收粗選段末及時(shí)分選的精煤顆粒，是粗選過(guò)程的補(bǔ)充。礦化氣泡上浮到柱體頂部積聚形成厚厚的泡沫層，噴淋水的作用是降低泡沫層中精煤的灰分，進(jìn)一步強(qiáng)化二次富集作用，提高精煤質(zhì)量。

8、微泡浮選機(jī)

 

圖8  微泡浮選機(jī)工作原理示意圖

微泡浮選機(jī)工作原理示意圖如圖8，預(yù)處理后的礦漿以一定的壓力打入礦漿分配器，然后均勻分配到各礦化器中，空氣和藥劑被吸入，氣、液、固三相在礦化器中充分碰撞混合后噴出進(jìn)入浮選桶，此時(shí)，壓力驟然降低，礦漿中析出大量微泡，疏水性好的煤粒形成礦化氣泡上浮至液面，溢出后進(jìn)入精礦槽，成為浮選精煤，尾礦由U型管的底部排出。

9、XJX系列機(jī)械攪拌式浮選機(jī)

 

圖9  XJX型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

XJX型浮選機(jī)葉輪被一個(gè)與水平成7度夾角的斜圓盤分成上下兩層，上下兩層各有六個(gè)高度不同對(duì)稱排列的輻射狀直葉片，在下葉片底部還有一個(gè)封閉蓋板，板上設(shè)有循環(huán)礦漿的循環(huán)孔。定子上分布著24塊導(dǎo)向板，定子上面設(shè)有圓蓋板，在圓蓋板上開(kāi)有內(nèi)外兩排循環(huán)孔，在兩排循環(huán)孔之間借鑒了丹佛D-R型浮選機(jī)的特點(diǎn)增設(shè)了倒錐循環(huán)桶，供浮選槽中部未礦化的煤粒有機(jī)會(huì)返回葉輪腔再行礦化。當(dāng)雙偏擺傾斜葉輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，葉輪圓盤與上下蓋板和葉片所造成的空間發(fā)生周期性變化，礦漿受到碾壓或擴(kuò)展后析出大量微泡，煤粒與微泡碰撞吸附完成礦化過(guò)程。

10、XJM-S系列機(jī)械攪拌式浮選機(jī)

XJM-S系列浮選機(jī)改進(jìn)了XJM型浮選機(jī)的部分結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)參數(shù)，同時(shí)借鑒WEMCO浮選機(jī)增設(shè)假底，采用模擬放大的方法開(kāi)發(fā)研制而成的。煤漿以一定壓力給入到浮選機(jī)第一室的假底下，葉輪旋轉(zhuǎn)在輪腔中形成負(fù)壓，礦漿、空氣和藥劑被吸進(jìn)葉輪腔并在這里充分混合。受葉輪離心力的作用，吸入的空氣被剪切成氣泡，與煤粒充分接觸，在定子和紊流板的作用下，均勻地分布于槽體截面，之后向上移動(dòng)富集成泡沫層，由刮泡機(jī)構(gòu)排出。假底上面未被礦化的煤粒通過(guò)循環(huán)孔和上吸口吸入葉輪。槽內(nèi)未及時(shí)礦化的礦漿，通過(guò)中礦箱進(jìn)入第二室的假底下，過(guò)程同前，最后形成尾礦。

主要工藝特點(diǎn)：

（1）“W”型循環(huán)

煤漿和空氣經(jīng)葉輪腔甩出后，以斜向下的方式?jīng)_擊到浮選機(jī)假底上，再折向斜上方，形成了“W”型運(yùn)動(dòng)形式，這種形式能加煤粒與氣泡的碰撞強(qiáng)度，降低葉輪的浸水深度，增加充氣量，減少功率消耗；有助于氣泡再次被粉碎；減緩粗粒沉淀；利于液面穩(wěn)定。

（2）增設(shè)假底

增設(shè)假底是為了使槽體中未被礦化的煤粒有機(jī)會(huì)經(jīng)過(guò)葉輪腔與空氣混合，增加礦漿循環(huán)量，加強(qiáng)礦化作用。對(duì)于直流式浮選機(jī)，其礦漿是由前一槽直接流入下一個(gè)槽的，其流動(dòng)方式并不像吸入式浮選機(jī)那樣，所有的礦漿量均由葉輪吸入，因此增加循環(huán)量對(duì)提高可浮性差的和粗顆粒的選擇性就顯得尤為重要。

（3）整流板的設(shè)置

在浮選機(jī)的底部通常要設(shè)置整流板，它的作用是將葉輪甩出來(lái)的礦漿沿槽底均勻分布，防止礦漿旋轉(zhuǎn)，使浮選機(jī)保持合理的流態(tài)分布形式，即：混合區(qū)劇烈碰撞，顆粒與氣泡充分吸附；升浮區(qū)流態(tài)穩(wěn)定，氣泡平穩(wěn)上升。

（4）淺槽設(shè)計(jì)

通常情況下，隨著葉輪浸水深度的減小，浮選機(jī)的功率消耗隨之降低，而充氣量則會(huì)逐漸增加，同時(shí)氣泡上浮路線也相對(duì)縮短，加速了浮選過(guò)程，改善了浮選機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。XJM-S型浮選機(jī)的傘形葉輪結(jié)構(gòu)和假底的設(shè)置決定了槽體的這種獨(dú)特淺槽設(shè)計(jì)形式。

圖10  XJM-S系列浮選機(jī)工作原理示意圖

最后指出，在不同類型的浮選機(jī)中礦粒與氣泡的碰撞有著各自不同的特點(diǎn)，從而表現(xiàn)出不同的浮選效果。在XJM-S型浮選機(jī)中，礦漿與氣泡在葉輪內(nèi)部或邊緣以及假底和整流板相碰撞時(shí)，碰撞的力相對(duì)較大，有利于二者之間水化層的破裂而粘著，促進(jìn)了氣泡的礦化作用。而在其他國(guó)內(nèi)外各浮選設(shè)備中，煤粒與氣泡的碰撞力很小，或是強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致分選時(shí)尾煤灰分低，一些粒度較粗的和可浮性差的煤粒浮不上來(lái)。另外我們從分析XJM-S型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理可知，與其他國(guó)內(nèi)外浮選機(jī)比較，XJM-S型浮選機(jī)的最主要特點(diǎn)是對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，表現(xiàn)為既能對(duì)粒度較粗的顆粒有一定的處理能力，又能對(duì)可浮性差的顆粒具有一定的回收效果，同時(shí)又能對(duì)濃度的變化有很好的適應(yīng)性。國(guó)內(nèi)外浮選設(shè)備性能列表對(duì)比如下表。

 

從本文分析可知，國(guó)外的浮選設(shè)備雖然在結(jié)構(gòu)上和工作原理上有差別，但基本上都是在圍繞著入浮煤粒度組成偏細(xì)和可浮性好的回收效果上做文章。引進(jìn)我國(guó)后，由于不適應(yīng)我國(guó)難浮煤泥多、細(xì)泥含量高的特殊國(guó)情，浮選效果并不理想，跑煤情況甚至非常嚴(yán)重。我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的浮選柱、噴射式浮選機(jī)和斜葉輪型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)也基本上是在國(guó)外設(shè)備原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)參數(shù)做了部分改進(jìn)，但工作原理還是沒(méi)有脫離原設(shè)計(jì)模型，導(dǎo)致這些國(guó)產(chǎn)設(shè)備在浮選效果上也不盡人意。為了適應(yīng)我國(guó)煤泥的特點(diǎn)，增加設(shè)備的適應(yīng)性，研制人員做了很多有益的改進(jìn)。比如為進(jìn)一步增加煤粒與氣泡的碰撞強(qiáng)度，噴射式浮選機(jī)將長(zhǎng)喉管改成了短喉管；為改變難浮煤粒表面性質(zhì)，進(jìn)一步增加疏水性能，在礦漿預(yù)處理環(huán)節(jié)增設(shè)表面改質(zhì)機(jī)等，這些方法雖在一定程度上增加了設(shè)備的適應(yīng)性，但還不能完全適應(yīng)我國(guó)國(guó)情。XJM-S型浮選機(jī)的核心部件葉輪是在借鑒渣漿泵的基礎(chǔ)上，根據(jù)浮選設(shè)備的工作特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)研制而成的，這種結(jié)構(gòu)形式能使礦漿和氣泡混合充分，且碰撞強(qiáng)度大，另外改進(jìn)后借鑒美國(guó)WEMCO浮選機(jī)增設(shè)的假底穩(wěn)流板結(jié)構(gòu)，在一定程度上又強(qiáng)化了難浮煤及粗顆粒與氣泡的礦化概率，大大提高了設(shè)備對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)能力，在我國(guó)大部分煉焦煤選煤廠和部分無(wú)煙煤及動(dòng)力煤選煤廠廣泛應(yīng)用，取得了良好效果。