重介质旋流器选煤悬浮液加重质的选择

重介质旋流器选煤悬浮液加重质的选择重介质旋流器选煤悬浮液加重质的选择 选择加重质主要应考虑：密度、粒度组成、机械强度、化学活性、导磁性以及回收特性能否满足重介质选煤工艺提出的各种要求、加重质来源情况等。 1.1.加重质的密度加重质的密度加重质的密度 加重质是配制悬浮液的高密度固体微粒。它应能满足重介质选煤对配制悬浮液密度范围的要求。同时，它应使悬浮液中固体的体积浓度保持在一定范围内（一般为10～35%）。因为，悬浮液中加重质的体积浓度与悬浮液中加重质的密度有如下关系：

λλδ)1(0−∆−∆

= （3-1）

式中 δ——加重质密度； Δ——悬浮液密度； Δ0——配制悬浮液的液体密度； λ——加重质在悬浮液中体积浓度。

当配置悬浮液的液体为水时，Δ0=1。

所以 λλδ)1(−−∆= （3-2）

或 11−−∆=δδ （3-3） 公式说明悬浮液密度一定时，加重质的体积浓度随加重质的密度减小而增大。显然，加重质的密度越小，其容积浓度就越大。要提高分选悬浮液密度的难度也就越大。如果λ值取小数，一般控制在0.1～0.35范围内较宜。 在工业生产条件下，悬浮液中还要混入一部分煤泥（杂质），它的性质与混入的数量对悬浮液的流变特性影响较大。因为，一般煤泥杂质的密度远低于加重质的密度，它与加重质组成新的固相分散体时，其混合固相体的密度由下式决定：

21100100'δδδMM−+

= , t/m3 （3-4）

式中 δ‘——混合固相体的密度， t/m3； δ1——纯加重质的密度， t/m3；

δ2——煤泥密度， t/m3；

M——纯加重质占混合固相体的重量百分数，% 公式（3-4）说明，混合固体的密度取决于加重质和煤泥杂质的密度，以及两者组合的数量。所以在选择加重质的密度时，应结合重介质选煤工艺对分选悬浮液密度范围的要求，以及允许混入悬浮液中煤泥杂质的数量和质量来合理的选择。 此外，在用DBZ型号重介质旋流器选煤时，由于悬浮液密度较低，悬浮液的粘底虽高，但对分选效果影响较小，可以采用密度较低的加重质。如选煤厂高灰的浮选尾矿和矸石粉作加重质。因为，它可就地取材，回收工艺简单。一般情况都采用磁铁矿粉作加重质，因为它的密度可达4200～5500kg/ m3，可满足重介质选煤悬浮液密度达到1250～2200 t/m3的要求，并可采用工艺简单、效率高的磁力回收工艺和磁选设备。但是，对磁铁矿粉（加重质）的特性、磁力回收设备的结构和磁场强度是有特殊要求的。后面章节中再述。 2.2.加重质的粒度组成特性加重质的粒度组成特性加重质的粒度组成特性 重介质选煤对加重质粒度组成有一定的要求。尤其是重介质旋流器选煤时，对加重质粒度组成的要求更严一些。因为悬浮液中加重质在重力场的沉降速度代表着该悬浮的稳定性。而同种粒度组成的加重质在离心力场沉降速度远大于重力场。由于重介质旋流器入选物料下限较低（有效分选下限一般可达0.15mm）。其中固体悬浮粒的粒度、体积浓度与入选物料的粒度之间具有一定关系。这种关系可用以下方法求得： 设悬浮液内被选矿粒所排开的体积中，至少应包含一个固体悬浮粒。以维持矿粒在悬浮液中的自由运动。

设矿粒及固体悬浮粒都是球体，直径D的矿粒体积为63D⋅π。 如果悬浮液中固体悬浮粒的容积浓度（λ）大于固体悬浮粒子体积与矿粒体积之比，则：

663

3

Dd⋅⋅

>π

πλ （3-5）

或 31λdD> （3-6） 根据公式（3-5）、（3-6），从理论上分析，矿粒在悬浮液中达到“自由运动”时，要求加重质的最大粒径由它的临界尺寸来决定。为计算结果更接近实际，式中引入一个修正系数k值。即：

3λdkD≥ （3-7）

式中λ是悬浮液中加重质的体积浓度，取小数，k是大于1的系数，与加重质特性和选用的主选设备有关。在重介质选煤中，k值可在1.6～4.9范围选取。表3-2列出悬浮液中不同加重质的体积浓度与分选矿粒的临界关系尺寸。 表3-2 加重质的体积浓度与分选矿粒的临界尺寸 加重质的体积浓度λ（%） 10 15 20 25

dD=加重质直径

矿粒直径

3.44 4.14 5.25 7.79

表3-2的数据仅供参考。因为加重质的粒度组成不仅与入选原煤粒度和加重质在悬浮液中的体积浓度有关，而且还与加重质的回收工艺、主选设备和工艺、以及悬浮液的密度等有很大关系。因此，在选择和确定加重质的粒度组成时，还应结合上述具体情况全面考虑。 目前，我国对重介质选煤使用的加重质粒度要求还没有统一的规定。《选煤设计手册》中建议选用磁铁矿粉做加重质时，磁性物含量应在95%以上。粒度组成：对于块煤分选机来说，小于0.074mm级含量不低于80%；对于重介质旋流器来说，小于0.04mm级含量不低于80%，这个建议基本上是可以的。但在重介质旋流器选＜0.5mm粉煤，有效分选下限达0.075～0.04mm时，加重质的粒度小于0.04mm级含量应达90%～100%，而在块煤重介排矸时，由于入选原煤粒度大，悬浮液密度高，加重质的粒度小于0.074mm级含量为60～70%时，对于分选和磁性加重质的回收都是有利的。表3-3、3-4、3-5列举国外几个国家对磁铁矿粉（加重质）的粒度标准。表3-6、3-7、3-8列举出了中国目前几个生产厂使用和生产磁铁矿粉粒度组成，可供选择，确定加重质粒度时的参考。 表3-3 澳大利亚磁铁矿粉的粒度规格 粒度组成（%） 等级 粒级mm 超细 特细 细 中细 粗

>0.15 0.50 0.20 0.40 0.50 8.50 0.15～0.074 1.20 1.80 6.10 12.30 26.50 0.074～0.053 3.10 4.50 4.70 22.20 6.00 0.053～0.045 1.40 5.00 14.80 3.50 9.00 0.0045～0.037 5.10 12.00 9.00 5.00 4.00 0.037～0.03 6.70 4.50 4.00 1.50 6.00 0.03～0.02 17.00 15.00 15.00 17.00 12.00 0.02～0.015 12.00 14.00 11.00 8.00 7.00 0.015～0.01 20.00 13.00 12.00 11.50 7.00 0.01～0.008 8.00 7.50 5.00 3.50 3.00 0.008～0.005 10.00 9.00 7.00 5.50 4.00 ＜0.005 15.00 13.50 11.00 9.50 7.00 合计 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00

表3-4 美国磁铁矿粉的粒度规格 粒度组成（%） 等级 粒级mm A B C

＜0.044含量 56.00 90.00 96.00

表3-5 原苏联磁铁矿粉的粒度规格 粒度组成（%） 等级 粒级mm 粗粒级 中粒级 细粒级C

〉0.15 2～10 2～10 0～5 ＜0.04 40～50 50～60 60～75 ＜0.02 3～10 10～25 25～35

表3-6 中国重介质旋流器选煤使用磁铁矿粉粒度组成 粒度组成（%） 等级 粒级mm 超细 细 中细 较粗 粗

〉0.04 0.50 10～20 20～30 40～50 60～70 ＜0.04 95～100 80～90 70～80 50～60 30～40

表3-6列出的磁铁矿粉的粒度级别，对于直接串联的三产品旋流器来说，应采用粒度中细（偏粗）的磁铁矿粉作加重质为宜。因为这类粒度级的磁铁矿粉，能使三产品旋流器的一、二段的分离密度差达到较大。因此，对串联三产旋流器来说，必须采用中细偏粗的加重质。 3．加重质的机械强度加重质的机械强度 加重质的机械强度主要指它的可磨性，即在较长生产时间内循环使用过程的粉碎程度。机械强度越高，可磨性越好。在生产循环使用过程中产生的微粒越少。对稳定悬浮液的流变性质和降低加重质在回收过程中的损失都是很重要的。 原苏联为确定加重质的可磨性提供一种方法。即将加重质配成密度为1700k/m3的悬浮液，取25升，使悬浮液以3m3/h的流量通过4m的管道循环4小时，取悬浮液试样进行分析。加重质试样中小于20um级的增量不超过10%（以原样中＜20um的数量为基数〉。符合这一标准的加重质，其机械强度算合格。 我国天然磁铁矿粉的强度按莫氏标准，在5.5～6.5范围，可磨性都符合要求。但经过培烧而成的磁铁矿，其机械强度一般低于天然磁铁矿。必要时要做可磨性对比试验。 4.4.磁性加重质的磁性磁性加重质的磁性磁性加重质的磁性 由于磁性加重质，具有密度较高，能配制适合选煤使用不同密度的悬浮液，而且易于用磁力净化回收。所以至今绝大部分重介质选煤（选矿），都采用磁性加重质来配制分选悬浮液。 但是，磁性加重质的磁性强弱，关系到回收设备与工艺选择，以及磁性加重质的耗损。其磁性强弱的确定，一般用相对导磁率，比磁化系数来标定，在重介质旋流器选煤中，选用的磁性加重质的比磁化系数应≥4000×10-6cm3/g。而比磁化系数＜3000×10-6cm3/g的磁性加重质，回收用的磁选机的磁场≥0.3特拉斯。否则会造成生产过程，磁性加重质的损失加大。这一点常被忽视。 比磁化系数，是一个物理量，表征其磁感应，用比磁化系数仪测得。因此，磁性加重质的磁化率的测量样品，必须与实际生产所用的磁性加重质相符。如磁性加重质中磁性物含量、密度、平均粒度组成等，都与磁化率有关，见图3-1、3-2。 但是磁铁矿粉的矫顽力过高，且出现悬浮液中磁性加重质团聚，影响悬浮液的稳定时，应增加退磁器。

图3-1 磁铁矿粉的粒度与比磁化率关系 粒度（μ） 图3-1磁铁矿粉的粒度与矫顽力关系磁铁矿粉的粒度与矫顽力关系