近年來，由于地質(zhì)條件惡化及采煤機(jī)械化程度的提高，原煤中粗煤泥含量逐漸增多。目前選煤廠分選工藝多采用分級(jí)入選工藝，即原煤經(jīng)分級(jí)得到各個(gè)粒級(jí)入料，不同粒級(jí)原煤采用不同的分選設(shè)備進(jìn)行分選。一般來說，進(jìn)入選煤廠的入選原煤粒度在 50 mm以下，經(jīng)過脫泥篩 (3～1 mm) 脫泥，脫泥篩篩上物進(jìn)入重介質(zhì)旋流器、重介淺槽等重選設(shè)備，而脫泥篩下物則是粗煤泥的主要來源。粗煤泥通常粒度在 0.3～0.5 mm 以上，不適宜浮選處理。近年來，干擾床分選機(jī)由于具有能耗低、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，在選煤廠得到廣泛推廣應(yīng)用。

一、國(guó)外研究現(xiàn)狀

干擾床分選機(jī)的設(shè)計(jì)最初來源于水力分級(jí)機(jī)，主要用來對(duì)石英礦進(jìn)行分級(jí)處理。20 世紀(jì) 60 年代，干擾床分選機(jī)最先進(jìn)入煤炭洗選行業(yè)，20 世紀(jì) 80 年代初，英國(guó)開始在選煤廠大規(guī)模推廣應(yīng)用，經(jīng)過不斷完善，干擾床分選機(jī)的研究日臻成熟。目前，隨著給料、給水以及排料等結(jié)構(gòu)的成熟，各種新型的干擾床分選機(jī)出現(xiàn)在粗煤泥分選領(lǐng)域。主要干擾床分選機(jī)類型有：水力分級(jí)機(jī) (Hydrosizer)、Hindered-bed separators、干擾床分選機(jī) (Teetered Bed Sparators，即 TBS)、流化床分離器 (Fluidized bed separators)、Hindered-bed classifiers、Up-stream classification、水力浮選分選機(jī) (Hydrofloat separator)、弗洛特克斯比重分級(jí)機(jī) (Floatex Density Separator，即FDS)、crossflow separators、逆流式分選機(jī) (Reflux Classifier，即 RC) 以及 ALL-FLUX。

1 、干擾床分選機(jī)

TBS 即干擾床分選機(jī)，Hindered-settling column、Linatex Hydrosizer等也屬于此類。經(jīng)典的TBS 通常由入料井、布水板、自動(dòng)排料系統(tǒng)以及傳感器等組成，主要適用于 3(2)～0.25 (0.15) mm 粒度的粗煤泥分選。TBS 的基本結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。被選粗煤泥由分散裝置進(jìn)入分選腔內(nèi)，在上升水流的作用下，礦漿在分選腔內(nèi)充分分散并進(jìn)行干擾沉降，低密度物料匯入溢流槽經(jīng)溢流管排出，高密度物料通過底流排料閥門排出。

后來，研究者們?cè)?TBS 分選懸浮液中加入了加重質(zhì)并研究其對(duì)分選過程的影響。K. P. Galvin 等人在 1999 年進(jìn)行了原煤、原煤 + 礦物質(zhì)、原煤 + 礦物質(zhì) +加重質(zhì)等在分選機(jī)的分選試驗(yàn)，結(jié)果表明：在較小的流化速率下，增加懸浮液密度能明顯提高粗煤泥的分選效果。K. P. Galvin 等人在 2002 年將跳汰分選引入 TBS，研究了循環(huán)脈沖水流對(duì)于 TBS 的影響，試驗(yàn)證明：循環(huán)脈動(dòng)水流對(duì) TBS 分選效果影響有限，但一定程度上提高了細(xì)粒尾礦的分選效果。南非夸祖魯納塔爾大學(xué)的 L. Maharaj 等人在 2006 年制作了7 種不同孔徑布水板的 TBS，并借助 fluent6.1 中的歐拉多相混合模型，模擬了液相中顆粒的相互作用，并提供了詳細(xì)的流動(dòng)圖像。

1. 底流閥 2. 上升水流分散器 3. 分布盤 4. 干擾床5. 擋板 6. 密度探針 7. 上升水流入口 8. PID 控制器
圖 1 TBS 基本結(jié)構(gòu)示意
Fig. 1 Overall structural sketch of TBS

2 、水力浮選分選機(jī)

水力浮選分選機(jī)是 Erize 公司發(fā)明的干擾床分選機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。該機(jī)適用于 +0.425 mm (35 目)的物料分選。與傳統(tǒng)干擾床分選機(jī)不同，它具有浮選和重選雙重功能。在分選過程中需要加入起泡劑，氣泡選擇性吸附在疏水性物料上。在分選腔內(nèi)，由于干擾上升水流的作用，氣泡和顆粒的速率差異明顯變小，增加了氣泡和顆粒的接觸時(shí)間，提高了氣泡與顆粒的黏附程度，從而增加了精礦產(chǎn)率。弗吉尼亞理工學(xué)院的 C. J. Barbee 等人使用水力浮選分選機(jī)進(jìn)行了+0.425 mm 磷礦分選試驗(yàn)，并與標(biāo)準(zhǔn)柱形分選機(jī)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)柱形分選機(jī)，水力浮選分選機(jī)具有 2 倍的處理能力，回收率也得到了提高，最大可達(dá)到 >98%。佛羅里達(dá)學(xué)院磷礦研究課題組的 ZHANG P 使用水力浮選分選機(jī)對(duì)細(xì)粒磷礦進(jìn)行分選，精礦回收率達(dá)到 95% 以上，并與浮選對(duì)比，結(jié)果表明：精礦產(chǎn)率明顯提高，并且精礦品位優(yōu)于浮選精礦品位。

1. 脫水錐 2. 分配器 3. 閉路循環(huán)

3 、弗洛特克斯比重分級(jí)機(jī)

FDS 又稱弗洛特克斯比重分級(jí)機(jī)，是一種先進(jìn)的干擾沉降分選機(jī)，其利用流化干擾床層，使得比重和形狀不同的礦物顆粒得到分離。如圖 3 所示，F(xiàn)DS分選機(jī)主要由 3 個(gè)區(qū)域 (區(qū)域 A、 B 和 C) 組成。入料礦漿切線給入料井 (入料井深入到分選腔的上端 1/3處)，在分選腔底部均勻布置水管，水管均勻開孔，保證分選腔界面給水均勻。入料給入?yún)^(qū)域 A，由于上升水流的作用迅速擴(kuò)散成流化床，顆粒在該區(qū)域進(jìn)行沉降運(yùn)動(dòng)，輕的細(xì)顆粒上升至分選機(jī)上部區(qū)域被排出，重的粗顆粒沉降至底部錐形區(qū)域被排出。傳感器布置在區(qū)域 B，控制著底流排放速率，密度切割點(diǎn)由上升水流控制。經(jīng)試驗(yàn)研究，上升水流和床層壓力是影響FDS 分級(jí)效果的主要因素，更適用于分級(jí)密度差異較大的物料，如鉻鐵礦和石英礦等。

1. 底流閥 2. 給水 3. 入料 4. 溢流槽

4 、逆流式分選機(jī)

RC 由澳大利亞 Newcastle 大學(xué)的 Galvin 課題組(2001—2011 年) 研制成功，主要用于粗煤泥分選，結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。該分選機(jī)在 2008 年通過產(chǎn)學(xué)研合作，由澳大利亞 Ludowici MPE 有限公司生產(chǎn)制造，目前在國(guó)內(nèi)塔山選煤廠及柳灣選煤廠等都有應(yīng)用。與傳統(tǒng)干擾床分選設(shè)備不同，RC 分選機(jī)在入料口上下方均設(shè)置有一組傾斜板。斜板增加了 RC 的沉降面積，并且每組斜板的下方形成了 2 個(gè)高密度的礦漿區(qū)域，為 RC 造了一個(gè)最佳的分選條件。相對(duì)于 TBS，RC 外形截面呈方形，較 TBS 復(fù)雜，體積龐大，沖洗、檢修不方便，這是 RC 推廣緩慢的一個(gè)主要原因。

圖 4 逆流式分選機(jī)基本結(jié)構(gòu)示意

5 橫流式分選機(jī)

傳統(tǒng)的給料方式由一個(gè)深入到分選腔 1/3 左右的給料管給入，給料呈噴射狀進(jìn)入到分選腔內(nèi)，不利于水流的穩(wěn)定性和整個(gè)分選過程。為此，Erize 公司發(fā)明了橫流式分選機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。該機(jī)采用切線水平方向給料，降低了給料速度，有利于給料充分分散，減小對(duì)上升水流和分選過程的影響；同時(shí)在分選腔底部布置有帶孔管網(wǎng)，提供上升水流，減少了入料分散需要的上升水流。J. N. Kohmuench 等人使用橫流式分選機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)過程工藝進(jìn)行詳細(xì)評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：在較高的給料速率下，橫流式分選機(jī)能保持較好的分選效果。

1. 脫水錐 2. 分選腔 3. 入料井 4. PID

6 AFX 復(fù)式流化分級(jí)機(jī)

AFX 復(fù)式流化分級(jí)機(jī)由德國(guó)選礦學(xué)者研制，該機(jī)將分級(jí)效率高、分級(jí)粒度細(xì)、分級(jí)精度高及處理能力大等優(yōu)點(diǎn)集于一體，主要用于細(xì)粒分級(jí)，亦可用于粗煤泥分選。AFX 復(fù)式流化分級(jí)機(jī)的上部呈圓筒狀，下部呈圓錐狀，結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。AFX 分級(jí)機(jī)由 2 段給水，控制粗粒與中粒以及中粒與細(xì)粒的分級(jí)。在物料底部的錐形分級(jí)室進(jìn)行分級(jí)，粗粒通過底流口排出，中粒和細(xì)粒通過溢流進(jìn)入環(huán)形分級(jí)區(qū)。環(huán)形區(qū)域水流呈近似層流狀態(tài)，細(xì)粒分級(jí)效率很高。

1. 粗粒分級(jí)室 2. 流化床給水網(wǎng)

二、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

1. 精煤溢流管 2. 阻尼塊 3. 入料管 4. 篩網(wǎng)5. 脈動(dòng)水流管 6. 流體分布器 7. 底錐段 8. 底流管

中國(guó)礦業(yè)大學(xué) (北京) 劉文禮等人設(shè)計(jì)出了干擾床分選機(jī)系統(tǒng)，通過試驗(yàn)對(duì)其分選機(jī)理進(jìn)行了闡述，并計(jì)算了不同粒度、顆粒的干擾沉降末速，從理論上對(duì)干擾床分選機(jī)顆粒沉降規(guī)律進(jìn)行了研究。

黑龍江科技大學(xué)呂一波等人研制了流化床分選機(jī)，通過試驗(yàn)測(cè)得不同密度、不同粒級(jí)和不同形狀參數(shù)顆粒的沉降末速，并研究了其對(duì)分選效果的影響。后來又通過對(duì)水流流量、入料管長(zhǎng)度和入料濃度等結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)，得出了干擾床分選機(jī)的一些基本參數(shù)。

河南理工大學(xué)焦紅光等人研制了阻尼脈動(dòng)干擾床分選機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖 7 所示，其主要特征是在分選機(jī)內(nèi)設(shè)置阻尼塊，并提供脈動(dòng)水流，由于阻尼塊產(chǎn)生渦流的作用使得物料分散更充分，借助床層中產(chǎn)生的脈動(dòng)上升水流，使得分選效果大為改善。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)李延鋒等人發(fā)明了多產(chǎn)品液固流化床分選分級(jí)設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。該設(shè)備與德國(guó)的 AFX 復(fù)合流化分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)類似，將若干段液固流化床自上而下串聯(lián)而成，下部分選室直徑最小，向上依次遞增。該分選機(jī)床體高度較高，且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

目前 Φ3000 mm 的 XGR、CSS等不同型號(hào)的國(guó)產(chǎn)干擾床分選機(jī)在選煤廠得到應(yīng)用，大直徑(Φ3600mm 、Φ4500mm ) 干擾床分選機(jī)也在研制和推廣中。

圖 8 多產(chǎn)品液固流化床分選分級(jí)設(shè)備基本結(jié)構(gòu)示意

三、結(jié)語

選煤廠中粗煤泥分選和回收工藝尤為重要，直接影響到精煤質(zhì)量及選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)選煤廠粗煤泥分選工藝并不完善，干擾床分選機(jī)還有待廣泛推廣應(yīng)用?，F(xiàn)有的干擾床分選機(jī)對(duì)入料粒度范圍、入料速度、給水速度及底流排放閥門控制等操作參數(shù)要求較為嚴(yán)格，在一定程度上制約了干擾床分選機(jī)的分選效果。

通過對(duì)上述干擾沉降設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析可知，各類分選設(shè)備均有其適應(yīng)性和局限性?；诟蓴_床分選機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，改進(jìn)主要集中在入料位置和給料方式、均勻上升水流結(jié)構(gòu)、腔體內(nèi)布置傾斜板以及底流排放結(jié)構(gòu)。大量研究表明，給水和給料是影響干擾床分選機(jī)分選指標(biāo)的主要因素。然而就分選設(shè)備而言，應(yīng)滿足給料對(duì)分選上升流影響最小、給水穩(wěn)定和分選效率高的要求，且分選精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高等應(yīng)成為干擾床分選機(jī)最優(yōu)的工藝性能。

目前的干擾床分選機(jī)應(yīng)適應(yīng)難選煤質(zhì)。由于細(xì)粒煤質(zhì)粒度變小、灰分增高，導(dǎo)致粗煤泥分選變難。可通過改進(jìn)給料和給水裝置，同時(shí)采用多段分選來提高分選精度。自動(dòng)化程度有待提高。應(yīng)提高自動(dòng)排料系統(tǒng)的控制精度，減小檢測(cè)元件靈敏度不高造成的排料延遲現(xiàn)象，降低底流對(duì)上升水流穩(wěn)定性的影響。