Series No. 332 February 2004 　 金 属 矿 山 总 第 332 期 　 2004年 第 2 期 METAL MINE Falcon 离 心 分 选 机 对 细 粒 煤 的 脱 硫 试 验 研 究 陶 有 俊陶 东 平刘 炯 天赵 跃 民 (中 国 矿 业 大 学 ) 张 业 兵 　 (水 城 矿 业 集 团 公 司 ) 摘 要 由 于 煤 中 硫 铁 矿 的 低 效 解 离 和 硫 铁 矿 表 面 的 硫 磺 富 集 而 引 起 的 天 然 疏 水 性 以 及 大 量 中 煤 颗 粒 的 存 在 ,目 前 所 依 赖 的 泡 沫 浮 选 技 术 往 往 难 以 获 得 令 人 满 意 的 脱 硫 效 果 。 为 此 ,采 用 复 合 力 场 的 离 心 重 力 Falcon 分 选 机 ,对 - 0. 5mm 细 粒 级 高 硫 煤 进 行 了 脱 硫 试 验 。 试 验 得 出 了 Falcon 分 选 机 实 际 性 能 指 标 ,并 比 较 了 Falcon 离 心 分 选 机 和 分 步 释 放 试 验 的 脱 硫 降 灰 效 果 ,结 果 表 明 ,前 者 的 精 煤 全 硫 在 2. 20 %左 右 ,后 者 的 精 煤 全 硫 为 3. 20 %左 右 , 说 明 Falcon 分 选 机 对 细 粒 煤 的 脱 硫 效 果 优 于 浮 选 法 。 该 方 法 为 细 粒 高 硫 煤 的 脱 硫 提 供 了 新 的 技 术 途 径 。 关 键 词 Falcon 离 心 分 选 机 细 粒 煤 脱 硫 Test Research of Fine Coal Desulfurization Using Falcon Centrifugal Separator Tao Youjun Tao Dongping Liu Jiongtian Zhao Yuemin Zhang Yebing ( S huicheng Mining Group Com pany) ( Chnia University of Mining and Technology) Abstract 　 Due to the inefficient liberation of pyrites in coal ,the natural hydrophobicity of pyrite surface caused by the enrichment of sulphur and the existence of large amount of coal middlings ,it was difficult for the presently used froth flota2 tion techniques to achieve satisfactory desulfurization effect. Therefore ,centrifugal gravity Falcon separator applying a com2 pound force field was used in the desulphurating test on - 0. 5 high sulphur mm fine coal. The actual performances of Fal2 WWW.KY114.CN con separator were obtained and the desulphuratoin and ash reduction results of Falcon separator test were compared with those of staged release test. The results showed that the suplhur content of the former’s clean coal was about 2. 20 % and the latter’s ,about 3. 20 % ,illustrating that the Falcon separator had a better desulphurating effect for fine coal than the flotation method. It provides a new technical way for the desulpuration of high sulphur fine coal. Keywords 　 Centrifugal Falcon separator ,Fine coal , Desulphuration 　 随 着 细 粒 煤 入 洗 比 例 的 逐 年 提 高 以 及 高 硫 煤 市 果 ,因 为 矿 物 颗 粒 只 要 有 5 %的 疏 水 性 表 面 就 可 轻 松 被 浮 选 法 浮 起 。 采 用 强 化 离 心 重 力 分 选 方 法 ,即 在 离 心 力 场 中 ,进 行 离 心 重 力 分 选 和 流 膜 分 选 ,可 实 场 销 售 的 限 制 ,寻 找 更 有 效 的 细 粒 煤 脱 硫 降 灰 新 技 术 乃 是 当 前 煤 炭 工 业 的 迫 切 任 务 和 难 题 。 虽 然 浮 选 技 术 对 于 - 0. 5 mm 煤 炭 的 分 选 在 某 些 情 况 下 能 取 得 较 好 的 效 果 ,尤 其 是 浮 选 柱 新 技 术 的 发 展 和 推 广 使 用 ,使 浮 选 效 率 进 一 步 提 高 ,但 浮 选 方 法 还 是 存 在 明 显 的 缺 陷 ,比 如 有 效 分 选 粒 度 范 围 较 窄 ;需 加 浮 选 药 剂 ,成 本 高 ,易 造 成 环 境 污 染 ;对 未 完 全 解 离 颗 粒 的 分 选 效 果 差 ,造 成 细 粒 中 煤 损 失 和 产 品 质 量 下 降 ; 在 实 践 中 ,浮 选 分 布 释 放 试 验 结 果 总 是 差 于 浮 沉 实 验 结 果 ,尤 其 是 中 间 密 度 物 含 量 或 硫 分 较 高 时 ,浮 选 法 难 以 获 得 令 人 满 意 的 脱 硫 降 灰 效 果 。 其 原 因 在 于 浮 选 法 依 据 矿 物 表 面 的 物 理 化 学 性 质 差 异 实 现 分 选 ,而 试 验 研 究 表 明 ,由 于 煤 中 硫 铁 矿 的 低 效 解 离 及 硫 铁 矿 表 面 的 硫 磺 富 集 而 引 起 的 天 然 疏 水 性 ,目 前 所 依 赖 的 泡 沫 浮 选 技 术 往 往 难 以 获 得 理 想 的 脱 硫 效 [ 1～ 5 ] 现 对 - 0. 5 mm 级 高 硫 煤 高 效 脱 硫 和 降 灰 1 　 试 验 煤 样 性 质 。 分 选 试 验 煤 样 取 自 山 东 汶 南 矿 - 3 mm 级 原 煤 , 经 过 筛 分 后 ,取 - 0. 5 mm 级 煤 样 作 为 试 验 入 料 ,表 1 和 表 2 分 别 为 分 选 入 料 小 筛 分 和 小 浮 沉 结 果 。 由 小 筛 分 结 果 可 以 看 出 , - 0. 5 mm 级 原 煤 平 均 硫 分 达 4. 28 %(其 中 有 机 硫 含 量 为 1. 21 %) 、灰 分 为 34. 84 % ,属 高 灰 、高 硫 煤 。 其 中 - 0. 074 mm 级 细 泥 含 量 占 41. 87 % ,灰 分 和 硫 分 别 为 26. 95 %和 3. 82 % ,低 于 入 料 的 平 均 值 ,而 + 0. 25 mm 级 煤 的 灰 分 和 硫 分 分 别 达 41. 87 %和 5. 35 % ,为 最 高 值 ,可 陶 有 俊 ,中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 ,副 教 授 ,在 读 博 士 ,221008 江 苏 省 徐 州 市 。 分 41 分 总 第 332 期 金 属 矿 山 2004 年 第 2 期 见 矸 石 和 硫 铁 矿 解 离 并 不 十 分 充 分 ,采 用 常 规 泡 沫 浮 选 将 难 以 有 效 脱 除 其 中 的 硫 分 。 沉 降 到 锥 壁 ,并 沿 锥 体 壁 向 上 移 动 ,从 上 端 截 口 排 出 ;低 密 度 轻 产 物 在 离 心 力 作 用 下 从 锥 体 上 部 随 溢 流 排 出 。 表 1 - 0. 5 mm 原 煤 小 筛 分 结 果 % 累 计 产 率 累 计 灰 分 累 计 硫 分 粒 度 / mm 产 率 灰 分 硫 分 + 0. 25 18. 42 41. 87 5. 35 18. 42 41. 87 5. 35 . 25～ 0. 125 26. 44 40. 22 4. 25 44. 86 40. 90 4. 70 . 125～ 0. 074 13. 27 39. 29 4. 36 58. 13 40. 53 4. 62 0 0 - 0. 074 41. 87 26. 95 3. 82 100. 00 34. 84 4. 28 100. 00 34. 84 4. 28 合 计 　 　 表 2 - 0. 5 mm 原 煤 小 浮 沉 结 果 % 密 度 累 计 产 率 累 计 灰 分 累 计 硫 分 图 1 Falcon 离 心 分 选 机 结 构 示 意 产 率 灰 分 硫 分 (g分cm 3) - / 3 Falcon 离 心 机 分 选 试 验 - 1. 3 37. 72 1. 86 15. 30 6. 23 2. 37 37. 72 1. 86 2. 28 53. 03 3. 12 2. 37 2. 35 2. 37 2. 41 2. 56 1 . 3～ 1. 4 . 4～ 1. 5 . 5～ 1. 6 . 6～ 1. 8 3. 1 单 因 素 试 验 结 果 1 1 1 4. 98 13. 31 2. 56 58. 01 4. 00 2. 31 23. 35 3. 54 60. 32 4. 74 2. 49 43. 33 6. 24 62. 81 6. 27 试 验 在 SB4 型 Falcon 分 选 机 中 进 行 ,用 20 L 搅 拌 桶 调 浆 ,用 蠕 动 泵 控 制 给 料 ,分 别 对 给 料 量 、离 心 力 、水 压 及 入 料 浓 度 进 行 因 素 试 验 ,了 解 各 个 因 素 对 可 燃 体 回 收 率 、脱 硫 率 以 及 综 合 分 选 效 率 的 影 响 情 况 。 在 试 验 条 件 范 围 内 ,给 料 量 和 入 料 浓 度 对 Falcon 离 心 机 分 选 的 影 响 规 律 比 较 明 显 ,不 同 给 料 量 和 入 料 浓 度 对 试 验 结 果 影 响 较 大 ;反 水 压 力 引 起 的 综 合 分 选 效 率 变 化 幅 度 稍 平 缓 ,但 规 律 性 较 好 ,也 + 1. 8 37. 19 83. 10 7. 19 100. 00 34. 84 4. 28 100. 00 34. 84 4. 28 合 计 　 从 小 浮 沉 组 成 来 看 , + 1. 8 密 度 级 含 量 达 3 1 7. 19 % ,灰 分 和 硫 分 分 别 为 83. 10 %和 7. 19 % ,而 . 4～ 1. 8 中 间 密 度 物 含 量 为 9. 78 % ,若 按 密 度 分 选 ,应 属 于 易 选 。 WWW.KY114.CN 2 Falcon 离 心 分 选 机 及 工 作 原 理 便 于 确 定 试 验 最 佳 条 件 ;而 离 心 机 转 速 即 离 心 力 对 由 于 重 力 分 选 成 本 低 、环 境 污 染 小 ,而 被 广 泛 应 综 合 分 选 效 率 的 影 响 要 复 杂 些 。 用 于 金 属 矿 和 煤 炭 的 分 选 中 。 随 着 水 力 学 、两 相 流 和 选 矿 理 论 的 发 展 ,重 力 分 选 设 备 已 经 从 简 单 地 应 用 重 力 、水 流 阻 力 发 展 到 利 用 重 力 、离 心 力 、水 流 阻 力 、机 械 振 动 力 等 复 合 力 场 进 行 分 选 ,从 而 使 得 重 力 分 选 设 备 对 细 粒 甚 至 微 细 粒 的 分 选 能 力 得 到 极 大 提 高 。 近 年 来 ,美 国 和 加 拿 大 等 国 在 细 颗 粒 的 重 力 分 选 技 术 上 作 了 较 多 研 究 ,研 制 出 多 种 高 效 的 细 粒 重 选 机 , 如 Falcon 离 心 选 矿 机 、Altair 离 心 跳 汰 机 、 Kelsey 离 心 跳 汰 机 、Mozley 多 产 品 重 选 机 以 及 Teeter2bed 分 选 床 等 。 但 这 些 设 备 的 研 究 多 数 还 处 于 半 工 业 性 或 工 业 性 试 验 阶 段 ,而 国 内 在 这 方 面 的 通 过 对 4 个 因 素 的 试 验 结 果 分 析 ,得 出 了 Fal2 con 离 心 分 选 机 的 最 佳 试 验 条 件 ,结 果 见 表 3。 表 3 Falcon 离 心 机 最 佳 试 验 条 件 入 料 量 入 料 浓 度 水 压 离 心 加 速 度 因 素 最 佳 条 件 (L分min - 1) / % / MPa / (m分s - 2 ) / 2 10 0. 02 2 450 3. 2 Falcon 离 心 机 分 选 性 能 分 析 通 过 对 汶 南 - 0. 5 mm 高 硫 煤 脱 硫 试 验 的 入 料 和 产 品 的 小 浮 沉 试 验 分 析 ,得 到 了 Falcon 离 心 分 选 机 的 分 配 曲 线 ,如 图 2 所 示 。 由 该 分 配 曲 线 可 以 得 知 ,分 选 机 的 可 能 偏 差 Ep 值 等 于 0. 095 , I 值 为 [ 1 ,3 ] 0 . 128 , 分 选 密 度 δ 为 1. 74 kg/ L ,由 此 可 见 ,Falcon p 研 究 才 刚 刚 起 步 。 离 心 分 选 机 分 选 精 度 要 好 于 块 煤 跳 汰 机 。 重 力 分 选 的 分 选 精 度 是 随 着 分 选 粒 度 减 小 逐 渐 降 低 的 ,对 于 处 理 - 0. 5 mm 细 粒 物 料 而 言 ,该 机 分 选 精 度 较 高 。 试 验 选 用 了 加 拿 大 Falcon Concentrator 公 司 生 产 的 Falcon 离 心 分 选 机 。 Falcon 离 心 分 选 机 被 称 为 是 最 有 效 的 细 粒 重 选 设 备 之 一 ,设 备 结 构 示 意 如 图 1。 该 设 备 主 要 由 中 心 给 料 管 和 高 速 旋 转 的 锥 形 分 选 转 子 构 成 。 物 料 由 中 心 给 料 管 给 到 旋 转 的 锥 体 中 ,矿 浆 在 旋 转 锥 体 的 带 动 下 作 旋 转 运 动 ,转 子 的 离 3 . 3 Falcon 离 心 机 脱 硫 降 灰 效 果 分 析 为 了 研 究 Falcon 离 心 机 处 理 - 0. 5 mm 级 煤 的 脱 硫 和 降 灰 效 果 ,同 时 对 分 选 入 料 做 了 分 步 释 放 试 验 ,结 果 见 表 4 ,并 和 Falcon 离 心 机 分 选 结 果 (见 表 2 心 加 速 度 可 高 达 2 940 m/ s 。 物 料 在 离 心 力 的 作 用 5 ) 进 行 了 对 比 ,试 验 结 果 比 较 见 图 3。 下 在 分 选 锥 体 壁 上 沉 降 和 分 层 ,大 颗 粒 高 密 度 产 物 分 42 分 　 陶 有 俊 等 :Falcon 离 心 分 选 机 对 细 粒 煤 的 脱 硫 试 验 研 究 2004 年 第 2 期 料 中 高 灰 分 的 细 泥 在 Falcon 分 选 试 验 中 往 往 随 溢 流 进 入 精 煤 ,使 得 最 终 精 煤 灰 分 增 高 。 4 讨 论 (1) 由 于 Falcon 离 心 重 力 分 选 机 是 依 靠 离 心 运 动 来 增 强 细 颗 粒 的 重 力 分 选 效 果 ,所 以 在 处 理 未 完 全 解 离 的 中 间 物 含 量 大 或 硫 分 含 量 较 高 的 细 粒 原 煤 时 ,其 效 果 要 优 于 常 规 浮 选 法 。 然 而 ,当 细 粒 入 料 中 含 有 大 量 高 灰 细 泥 时 ,Falcon 分 选 机 降 灰 效 果 不 是 很 理 想 ,此 时 系 统 可 采 用 超 细 粒 分 级 旋 流 器 对 入 料 先 脱 泥 ,实 现 细 粒 煤 降 灰 后 的 进 一 步 脱 硫 。 图 2 Falcon 离 心 分 选 机 分 配 曲 线 表 4 分 步 释 放 试 验 结 果 % 入 料 精 煤 累 计 尾 煤 累 计 产 品 产 率 灰 分 硫 分 产 率 灰 分 硫 分 产 率 灰 分 硫 分 ( 2) 由 于 浮 选 柱 在 处 理 超 细 粒 级 时 ,其 选 择 性 1 2 3 4 5 11. 25 3. 57 2. 47 11. 25 3. 57 2. 47 100. 00 34. 84 4. 28 13. 60 5. 14 2. 68 24. 85 4. 43 2. 58 88. 75 38. 81 4. 51 27. 27 9. 68 3. 14 52. 12 7. 18 2. 87 75. 15 44. 90 4. 84 20. 37 40. 64 4. 24 72. 49 16. 58 3. 26 47. 88 64. 96 5. 82 27. 51 82. 96 6. 99 100. 00 34. 84 4. 28 27. 51 82. 96 6. 99 高 ,降 灰 效 果 比 较 明 显 ,条 件 适 当 时 可 获 得 超 低 灰 精 煤 ,所 以 当 对 细 粒 产 品 灰 分 要 求 控 制 严 格 时 ,可 考 虑 将 Falcon 分 选 机 脱 硫 和 浮 选 柱 降 灰 相 结 合 ,实 现 对 细 粒 煤 的 脱 硫 和 进 一 步 降 灰 ,这 方 面 的 研 究 正 在 进 行 之 中 。 合 计 1 00. 00 34. 84 4. 28 ( 3) 试 验 煤 样 的 总 硫 为 4. 28 % ,其 中 有 机 硫 为 . 21 % , 从 分 步 释 放 试 验 和 Falcon 分 选 试 验 结 果 来 看 ,在 相 同 精 煤 灰 分 下 ,分 步 释 放 试 验 精 煤 全 硫 在 .20 %左 右 ,而 Falcon 试 验 精 煤 全 硫 在 2. 20 %左 表 5 Falcon 离 心 分 选 结 果 % 精 煤 尾 煤 1 入 料 产 品 产 率 灰 分 硫 分 产 率 灰 分 硫 分 产 率 灰 分 硫 分 100. 00 41. 67 4. 72 56. 45 21. 54 2. 25 43. 55 67. 78 7. 93 100. 00 37. 47 3. 76 58. 14 14. 22 2. 32 41. 86 69. 77 5. 75 3 1 2 3 4 右 ,一 方 面 说 明 离 心 重 力 分 选 脱 硫 效 果 要 优 于 分 步 释 放 试 验 结 果 ,因 而 自 然 要 优 于 常 规 浮 选 效 果 ;另 一 方 面 则 说 明 离 心 重 力 分 选 属 于 物 理 选 矿 ,同 样 对 煤 中 有 机 硫 难 以 有 效 脱 除 ,对 脱 除 其 中 黄 铁 矿 硫 效 果 较 好 。 WWW.KY114.CN 100. 00 33. 36 3. 80 61. 61 13. 99 2. 27 38. 39 64. 44 6. 27 100. 00 33. 20 3. 56 65. 89 20. 33 2. 18 34. 11 58. 07 6. 22 5 结 语 利 用 重 力 分 选 方 法 来 脱 除 细 粒 煤 中 的 硫 分 是 一 种 新 的 分 选 技 术 ,其 脱 硫 效 果 要 大 大 优 于 常 规 的 泡 沫 浮 选 结 果 ,其 分 选 成 本 也 要 低 于 浮 选 方 法 。 从 洁 净 煤 技 术 的 要 求 看 ,以 脱 硫 、降 灰 为 宗 旨 的 细 粒 和 极 细 粒 级 煤 的 有 效 分 选 设 备 和 分 选 工 艺 是 目 前 和 未 来 选 煤 的 重 点 研 究 和 开 发 目 标 ,而 细 粒 煤 重 选 技 术 则 是 其 中 的 一 项 关 键 技 术 。 ( a) 可 燃 体 回 收 率 与 全 硫 脱 除 率 关 系 (b) 可 燃 体 回 收 率 与 灰 分 脱 除 率 关 系 　 　 图 3 Falcon 试 验 与 分 步 释 放 试 验 结 果 对 比 Ó- Falcon 试 验 ;o - 分 步 释 放 试 验 分 步 释 放 试 验 结 果 表 明 ,当 精 煤 灰 分 为 14 %、 参 考 文 献 硫 分 为 3. 28 %时 , 产 率 为 56. 53 %; 精 煤 灰 分 为 2 1 %、硫 分 为 3. 63 %时 ,产 率 为 67. 92 %。 1 　 刘 峰 1 第 14 届 国 际 选 煤 会 议 概 况 1 中 国 煤 炭 ,2002(8) :60～ 62 2 刘 峰 . 中 国 选 煤 业 技 术 水 平 的 国 际 比 较 . 中 国 煤 炭 ,2002 (9) :40 43 卡 斯 蒂 尔 K. 离 心 重 选 设 备 的 评 述 . 国 外 金 属 矿 选 矿 ,2003 (11) :4 由 试 验 结 果 对 比 可 以 看 出 ,在 可 燃 体 回 收 率 相 ～ 同 的 情 况 下 ,Falcon 试 验 的 精 煤 全 硫 脱 除 率 好 于 分 步 释 放 试 验 结 果 ,而 且 试 验 结 果 非 常 稳 定 ,可 见 Fal2 con 离 心 重 力 分 选 对 细 粒 原 煤 中 硫 分 的 脱 除 效 果 要 好 于 理 想 条 件 下 的 泡 沫 浮 选 效 果 ;然 而 在 相 同 可 燃 体 回 收 率 下 ,Falcon 试 验 的 灰 分 脱 除 率 要 差 于 分 步 释 放 试 验 结 果 ,其 原 因 主 要 是 由 于 - 0. 5 mm 级 入 3 ～ 6 4 　 谢 广 元 ,欧 泽 深 . 煤 炭 洗 选 脱 硫 研 究 . 中 国 矿 业 大 学 学 报 ,1999 ,28 5) :502～ 505 王 力 ,刘 泽 常 . 煤 的 燃 前 脱 硫 工 艺 . 北 京 :煤 炭 工 业 出 版 社 ,1996 ( 5 ( 收 稿 日 期 2003209225) 分 43 分