本文主要介紹了旋流器選煤的分選原理，根據(jù)有壓給料重介旋流器及無壓給料重介旋流器在選煤行業(yè)的應用情況，并對兩者優(yōu)缺點的分析和比較，闡明了在選煤設計中分別選取兩者的依據(jù)，揭示兩者分別匹配的不同工藝。

關鍵詞：有壓給料；無壓給料；重介旋流器，選擇

近年來，隨著煤炭資源的開發(fā)和利用，易選煤，特別是煉焦煤逐漸減少，各大主產(chǎn)煤區(qū)都面臨著難選煤以及極難選煤的分選。面對這種情況，各種適應難選和極難選煤的工藝和設備也相繼誕生，特別是重介旋流器的使用，簡化了分選工藝，提高自動化程度，易于操作、管理方便。尤其是對重介旋流器直徑的大型化，大大提高單臺處理能力，為選煤設計工藝布置的進一步簡化提供了有利條件，從而大大降低了工程造價。但是，在重介選煤工藝設計中，面對有壓給料旋流器和無壓給料旋流器的選取，仍然是一個值得探討的話題。在此，針對兩者的選取進行深入的探討。

1 兩種入料形式重介旋流器的概述及分選原理

通過對兩種入料形式的旋流器的簡單介紹和入料過程分析，為后續(xù)兩者的優(yōu)缺點比較提供理論基礎。

1.1 有壓給料重介旋流器及其入料過程

有壓給料重介旋流器從外形上來看，主要是圓筒圓錐形的配合。而從入料壓力來看，大體上分為兩種：一是原煤直接進入混料桶，通過泵，將原煤和懸浮液的混合物以一定的壓力經(jīng)入料管沿切線方向給入旋流器的圓筒部分，入料壓力可達0.1Mpa以上。在給料過程中，

物料粉碎現(xiàn)象嚴重，而且增加設備磨損，但是可以降低廠房高度。二是利用定壓箱給料，原煤和懸浮液在定壓箱中混合后靠自重進入旋流器。定壓箱液面到旋流器入口的距離一般是旋流器直徑的9-11倍，以保證有足夠的壓力，否則壓力過低，離心力過小，影響分選效果，降低處理能力，但給料壓力穩(wěn)定。綜上所述，兩種方式各有特點，具體選用應結合煤質、廠房配置等綜合考慮。

1.2 無壓旋流器及其入料過程

無壓旋流器主要是圓筒形。給料首先給入緩沖漏斗，在自重的作用下通過給料緩沖漏斗沿旋流器中心給入，介質則在旋流器的底端延切線給入，從底至頂形成一股上升旋渦流，輕產(chǎn)物在漩渦中心向下流，從溢流口（下部）流出，重產(chǎn)物重產(chǎn)物沿筒壁上升從底流口（上部）排除。該入料方式要求廠房較高，管路磨損較小。

1.3 重介旋流器的分選原理

介質懸浮液在離心力場的作用下，在旋流器內會形成不同密度的等密度面，即密度場。密度自上而下，由內而外增加，并存在一個理論上的分離界面，也稱分離錐面。這個界面上的懸浮液密度在理想情況下，等于礦粒的分離密度。從另一個方面考慮，介質懸浮液沿切線進入旋流器，其有軸向速度和徑向速度，它們同樣會形成不同速度的等速度面，在位置上我們也可以理解分離界面是軸向零速面和徑向零速面的綜合面。即在分離界面以外的懸浮液形成外螺旋流，向底流口方向移動;在分離界面以內的懸浮液形成內螺旋流向溢流口方向移動，內、外螺旋流移動的方向正好相反。

據(jù)有關試驗研究表明，礦粒在重介旋流器內的分離，同樣遵循阿基米德原理。其中密度大的礦粒會越過分離界面，隨外螺旋流從底流口排出。輕密度礦粒進入分離界面內，隨內螺旋流從溢流口排出。當然，礦粒在旋流器內運動的實際軌跡要復雜得多，尤其是中間密度物顆粒的運動則更復雜，甚至要循環(huán)往返多次才能分別從底、溢流口排出。但總的趨勢是按上述規(guī)律進行的。旋流器的入料方式不同也會給礦粒的運動和穿越分離界面的狀況帶來不同的影響。

2 兩種入料形式旋流器的比較

大多認為有壓入料旋流器比無壓入料旋流器對細粒級物料的分選精度更高，分選下限更低，似乎有壓入料方式更適合粉末煤含量多的難選煤的分選。但是近年來，在國內采用無壓入料重介旋流器分選難選煤的應用實例卻越來越多，旋流器直徑也越來越大。從一些采用無壓入料重介旋流器的選煤廠生產(chǎn)的實際效果來看，其分選精度與有壓旋流器相比差別不大。總的來說，兩種不同入料形式的旋流器各具特色，面對兩種入料形式的重介旋流器的選取，分析兩種旋流器對分選的影響。

2.1 兩種入料形式重介旋流器的幾何形狀的影響

重介懸浮液在旋流器內形成的密度場對保證物料在旋流器內按密度分離是起決定作用，因為密度場內的密度分布特性對分選結果有著直接影響。根據(jù)有關研究員實驗測試，圓筒形無壓入料重介旋流器內介質密度分布較圓錐形有壓入料旋流器的介質密度分布要均勻的多，密度變化梯度要小的多。圓筒重介旋流器內的分選條件，似乎比較接近斜輪、淺槽等分選槽懸浮液密度分布的狀況，即在旋流器內，介質的密度是和旋流器的軸向圓柱面同心階梯分布。所不同的是，圓筒旋流器內的懸浮液是一個旋轉的液體，分選過程在離心力場中完成的，應該比物料在斜輪分選槽的重力場中上浮、下沉的速度更快，效率更高。

由于有壓入料圓錐重介旋流器內懸浮液密度變化梯度大，特別是錐體部分密度分布極不均勻，加上錐體下部發(fā)生重物料堆積，造成軸向方向上懸浮液密度也發(fā)生變化，使等密度線分布更加復雜，致使實際分選密度往往比工作介質密度要高出0.15-0.3 kg/L左右。相比之下，無壓入料圓筒旋流器內懸浮液密度變化梯度下，等密度線分布比較均勻的狀況，有利于物料按密度分選。

2.2 入料方式不同對礦粒運動軌跡的影響

旋流器在有壓入料方式的情況下，物料與懸浮液是混合給入的。入料的初始階段分離界面內外均分布有輕、重礦粒。位于分離界面內的重礦粒在合力的作用下要穿越分離界面進入外螺旋流，而位于分離界面外的輕礦粒在合力的作用下會穿越分離界面向中心運動。所以就形成了輕、重礦粒交錯穿越界面，互相擠碰，互相干擾的現(xiàn)象。

在無壓入料方式下，被選物料是從旋流器頂部中心口給入的，物料逐漸散開后，只有重礦粒在合力的作用下穿越分離界面進入外螺旋流。輕礦粒因本身密度就低于分離界面處的密度，則不會穿越界面，就留在界面內隨內螺旋流移動。這樣，基本上只存在重礦粒的單向運動，避免了輕、重礦粒交錯穿越界面，互相干擾的弊端。對提高分選效率和分選精度應該是有利的。

2.3入料方式不同對泥化現(xiàn)象的作用

有壓入料圓錐旋流器的入料方式，多采用泵輸送介質和原煤的混合物。離心泵高速旋轉的葉輪對浸泡后的煤和矸石有較強的撞擊破碎作用和泥化作用。此外矸石在旋流器內，從進入到排出需經(jīng)過幾乎整個旋流器筒長度，運行距離長，又進一步加劇了泥化程度。總之，上述各種因素將產(chǎn)生三點不利影響：一是不利于保持煤炭塊度，減少了塊煤產(chǎn)品的數(shù)量；二是因產(chǎn)生次生煤泥量大，特別是當原煤中含有大量泥巖矸石時將導致旋流器內工作介質的高灰非磁性物含量大大增加，引起重介懸浮液密度、粘度等特性參數(shù)的改變，對分選效果將產(chǎn)生不利影響，同時還要加大分流量；三是對設備的磨損，矸石等經(jīng)過旋流器的全長，對旋流器壁的磨損很嚴重。

無壓入料圓筒旋流器的入料方式，無需泵送，入選原煤從上部入料口自然落入，不存在懸浮液浸泡、被泵葉輪撞擊破碎和泥化的弊端。而且無壓入料圓筒旋流器在結構上還有一個特點，即重產(chǎn)物排料口與中心入料口相距很近，都處于旋流器筒體頂部。重產(chǎn)物從進入到排出，運行距離很短，可有效地減少矸石泥化的時間，這對于含有大量泥巖矸石的原煤的分選尤為有利，而且設備磨損小。一般都認為無壓入料重介旋流器是泥化程度輕的分選工藝之一。

2.4 兩種入料壓力的影響

由于重介旋流器內，礦粒在旋轉的密度場中所受離心力比重力大幾十至幾百倍。所以物料特別是細粒物料在重介旋流器內能夠得到有效分選，這是其他選煤方法所無法比擬的。應該說離心力是重介旋流器分選的原動力。被選煤粒在旋流器內所受離心力的大小取決于給料的切線速度和旋轉半徑，同時還有介質粘度等交叉影響。而切線速度又與入料壓頭有關，這是有壓入料重介旋流器特具的優(yōu)勢。因為在有壓入料的條件下，物料與懸浮液是混合有壓切線給入的。一進入旋流器，礦粒與懸浮液就同時具有了很高的切向速度。如果入料壓頭調節(jié)得當，從入料的初始階段就能達到較好分選狀態(tài)，從而較大限度地利用了物料在旋流器內的分選時間和分選空間。

與此相反，入料壓力恰恰暴露出無壓入料重介旋流器的嚴重弱點，中心無壓入料方式的主要特點是被選物料與重介懸浮液是分開進入旋流器的。其中80%-90%懸浮液是從筒體下部切向有壓給入的，剩余的10％-20％的懸浮液則隨同被選物料由筒體上部中心口“無壓”（高差約2.5m）給入.因此被選物料進入旋流器后的初始切向速度幾乎為零。隨著礦粒在軸向和徑向上的位移，在旋轉懸浮液的帶動下，才逐漸增大本身的切向速度，并逐漸接近旋轉懸浮液的切向速度。這一現(xiàn)象說明入料在起始階段與懸浮液在旋轉速度上存在較大差異，這種差異將產(chǎn)生實際分離密度增大的影響，尤其對細粒物料影響更為明顯。

3 兩種入料方式匹配工藝

針對上述對旋流器的利弊分析，所以在設計中考慮選擇入料方式的時候，應該根據(jù)煤質特點具體分析，同時考慮每種入料的匹配工藝來區(qū)別對待。

對于不分級入洗工藝，原生煤泥不是太大的情況，考慮選前不脫泥工藝，全粒級入洗大多可以采用無壓入料重介旋流器，為了彌補無壓入料分選下限較低，可以考慮無壓重介旋流器分選+小直徑煤泥重介旋流器+浮選聯(lián)合三段分選，如臨渙選煤廠的3#系統(tǒng)；如果煤泥量太大，選前脫泥工藝，則大多采用有壓給料方式。

對于分級入洗工藝，尤其是重介再洗工藝，因為煤泥在主洗過程消耗，對介質粘度的影響較小，對這樣的工藝大多采用有壓給料分選方法。其常見工藝如下：跳汰粗選+跳汰粗精煤重介質旋流器 +煤泥浮選和跳汰主選+跳汰中煤重介質旋流器再選+煤泥浮選。對于分級入洗，末煤重介不脫泥則大多采用無壓入料方式。

4 小結

綜上分選表明，無壓入料和有壓入料兩種重介質旋流器在工藝特點及分選機理上各有所長，對于煉焦煤，特別是在選前不脫泥的條件下，兩者的分選效果相差更小。對于動力煤，為了保持塊度，若要使用旋流器，則好使用無壓入料旋流器。從設備磨損角度考慮則無壓入料旋流器是優(yōu)選。在設計選用重介旋流器時，應根據(jù)煤質條件，產(chǎn)品結構要求以及客戶要求，具體分析，具體對待，擇優(yōu)選用。