过程的实质就是如何按密度分清层次,怎样按产品的质量要求实行分选,以及用什么样的操作制度使分层、分选进行得好,保证在产品质量合格、稳定条件下,使选煤效率提高到接近或达到重介选煤的水平。
为了便于从实际出发研究问题,先把跳汰过程界定一下非常必要。所谓跳汰过程,就是在高为350~450mm、宽为高度2~7倍或更宽、长一般为高度的6~8倍或稍长的跳汰室内进行的垂直交变运动,且同时具有慢速水平移动的水流中使物料按密度差分层和分选的运动,可直接称之为跳汰分选过程或跳汰运动。跳汰运动中,不同密度、形状和粒度的颗粒,随跳汰运动强度不同,必处在不同的运动状态中。在跳汰运动强度合适情况下,同一密度的不同颗粒将处在大致相同的运动状态中。经多次的反复跳汰运动,相同密度的不同颗粒最终将大致地处在相同的层位中。在分层较清楚条件下(物料床层移到了每一跳汰段的尾部),根据产品的质量要求,在矸石段,用比理论分选密度δP略高一些的δPⅠ排出矸石;中煤段,根据精煤质量要求用比理论分选密度略低一些的δPⅡ排出中煤分出精煤溢流。所排出的中煤由于有矸石和精煤的有意混入,故称为中间产品。在主洗机条件下,一般,中间产品中含煤量较大,都应当再洗,以增加精煤产率。即所谓的主洗保两头(矸石和精煤溢流),再洗保回收,共同稳质量、提效率。
不同密度物料可处在不同的运动状态中和相同密度、不同粒级的物料最终将处在相同的层位中,可先用实践资料或试验证明:
(1)用不同密度的浮标,尺寸相同,同时放到给料处,从同一点、同一层位上开始跳汰运动。几次跳动后发现,密度不同的浮标将各稳定在跳汰床层的不同层位上,依密度顺序,低者在上,高者在下,且跳动高度各不相同,低者跳得高些,高者跳得低些,区别比较明显;
(2)密度相同,尺寸不同(相差不太大),跳动高度没有明显差别,最终都处在相同的层位上,跳动状况基本相同;
(3)用一个密度与检测浮标相同的或与自动排料闸门相同的浮标,放在它们旁边,运动状况和所处层位都基本相同;
(4)人为地将检测浮标或在用的浮标闸门提高到床层的最上面或按到床层底下筛板上去,然后放开使之随跳汰运动面跳动,都会在经过3~5次跳动后恢复到原来所处的层位上,跳动高度也恢复如前。
另外,用大量的生产资料亦可证明:
a.矸石中,一般都是+1.8密度级含量为90%~95%以上,-1.8密度级含量只有10%~5%左右,而且多为尺寸小于筛孔的小颗粒。可认为分层较清楚,轻密度级的损失多系透筛所致;
b.中煤中的浮沉组成情况,最终产品一般是:-1.4为30%,1.4~1.8为40%,+1.8为30%。
c.精煤溢流中,+1.8密度级约为0.5%左右,有的厂就一点儿也没有。有的厂为0.5%,都是一些极细颗粒或极细的片状小粒子组成。
d.对于-0.5mm煤泥的分选情况可看出,矸石中-0.5mm级的灰分一般为55%~65%,平均在60%左右;中煤中-0.5mm级的灰分为35%~45%,平均灰分40%左右,溢流中-0.5mm级的灰分一般比入料中同级灰分降3%~4%,最低也能降低2%。所有这些可以说明,-50mm的不分级物料在跳汰机中洗选时,各密度级物料都处在不同的运动状态中,各处在不同的层位,都得到了较好分选各粒级虽然略有差别,与重介选煤过程相比,可认为是由于分选密度调控得不准、不稳和操作制度不合适及存在着透筛现象所造成,并不完全是分层效果的影响。其中最根本的影响是δP调控得不准、不稳,具体表现在跳汰机操作中大多数重产物排放调节频繁、床层厚度忽高忽低(局部的)。可以断言,如果重介选中δC不稳定,频繁的大幅度波动,其分选效果肯定会更差。从大量的跳汰选煤实践资料可看出,一旦将分选技术(或操作技术)调控准确并稳定了,自动排料装置智能化了,并防止了轻产物向重产物中的混入,其分选效果必将更好,有可能大幅度接近甚至超过重介选的分选效果。为什么能如此?这必需了解跳汰过程的分层、分选原理并与重介选的原理进行对比。
首先,跳汰运动的垂直空间只有350~450mm。在这样的短距离内水流运动及其中的物料颗粒运动很复杂,而且一个跳汰周期内的每一瞬间都在变化,无法用一个统一解表述其动状态,只能概括为跳汰运动。跳汰运动强度不同,其运动状态必将不同。在跳汰运动强度一定条件下,物料的不同密度、粒度和形状的颗粒必将各具一定的运动状态,主要随密度差而不同。跳汰运动强度可以用水波面和物料层两者跳动高度表示;
第二,由于水流只在350~450mm内运动,水波面上升一般也仅有100mm左右,物料颗粒总运动距离约有400mm。考虑到重床层大约有100mm,所以物料的跳动距离也只有300mm左右了。上升也好,下降也好,只能在这有限的空间内运动。在跳汰运动强度一定、水流运动一定时,不同密度、粒度和形状的颗粒也会各处在不同的运动状态中;
第三,根据速度和初加速度假说,不论是在静水中或下降流中,也不论是自由沉降还是干扰沉降,都将是密度大的或重量大的下沉得快;在上升期则是密度小、重量轻的上升得快。特别是初加速度假说,当达不到沉降末速或沉降速度很小时,物料主要是按初加速度,即只按密度大小而分层,与粒度大小及形状无关;或在低速度时,粒度与形状的影响很小,特别是在一个周期中,初加速度期将是向上一次、向下时一次共两次。向上时,初加速度大的上升得慢,初加速度小的上升得快,向下时则相反。因此,上升期和下降期都可使轻、重颗粒互相拉开一定距离,使不同密度的颗粒处在不同的层位上和不同的运动状态中,都有利于按密度差分层。而且物料同时进入跳汰机,经过一跳汰周期后,不同密度都会产生一定的层位差;在每一个其次的周期中,都会从不同的层位出发,上者愈上,下者愈下,距离越拉越大。经过多次重复,将层次分得越来越清楚。
第四,跳汰运动是复杂的,颗粒的运动也是很复杂。在多次重复的跳汰周期中,颗粒在互相干扰状态下,经过垂直交变、水平移动、有些可能还要旋转的运动条件下,颗粒间主要按密度分层。在一个跳汰周期内的分层程度是有限、不明显和不彻底的。但如第三项中所述,经过多次重复,只要跳汰强度合适,就会使密度分层逐渐清楚和纯净了。其最终结果将随跳汰运动强度是否合适而不同。强度过大,必将由于旋转、翻滚而使颗粒运动秩序混乱而导致分层不清楚;强度过小,必然导致跳汰床层松散程度不够,无法按密度清楚分层,致使混杂程度增加,分选效果变坏。唯有跳汰运动强度合适了并持续稳定了,才能分层清楚,产品纯净污染少,分选效果好,选煤效果高。跳汰运动强度到底怎样才算合适,至今未见一个定义,只能借助实验确定。有一个“师工操作法”总结了我国选50~0mm级不分级跳汰选煤跳汰机操作法概括了如下几句话,推广使用后,都取得了较好的效果。在保证精煤质量合格、稳定条件下,可提高选煤效率3%左右。
跳汰必须跳起来,
矸跳四十水跳百。
中煤段跳二三十,
水波也要低一点。
给量大小无不同,
可选难易也无别。
不同厂里搞操作,
最好都照这样来。
第五,由于物料颗粒在跳汰室内的运动有效距离仅300mm左右,每一跳汰周期的时间只有1s左右。其不同密度物料颗粒,都将从不同层位上起跳和沉降,基本上达不到沉降末速,大多是在初加速度阶段和速度很小的阶段运动。所以,粒度和形状的影响较小,这从生产实践资料中可明显看到。实践中还没有达到理想的分层状况,主要是因为还存在着透筛现象、跳汰强度调的不准、不稳和重产物排料装置未能智能化等。
第六,跳汰用介质密度为1000kg/m³的水,而其分选密度δP可调到任意水平。称之为准重介跳汰分选。与重介分选有其相似之处。因为重介分选的分选密度δP基本上与作为介质的重悬液的密度δC相同或相近。它是借重悬浮液的密度δC的浮力而分选,而跳汰过程所用介质是水,密度为1000kg/m³,浮力没有重悬浮液那么大。它是靠跳汰运动强度所造成的附加浮力进行分选,不是重介却能得到和重介相同或更大的浮力使物料按密度差分选。
根据以上论述及跳汰生产实践所证实,跳汰运动分层、分选很复杂,至今未有一个统一解。物料本身在粒度、密度和形状方面就千差万别,在同一跳汰强度下物料的运动状态也千差万别,要想搞清楚每一循环中不同粒度、密度和形状的每一个颗粒的运动状态,弄清各自的分层、分选机理,求出一个统一解,如果说是很困难的,不如说是不可能的。从上面第3点可知,跳汰运动中的每一个循环都可以使轻重之间拉开一定距离,从第4点可知,尽管一个循环内分层是有限、不明显,经过多次重复就可较明显而清楚分层了。最终结果必将随跳汰运动强度不同而不同。跳汰生产实践也证明,只要跳汰强度调得合适,50~0mm级物料不分级入洗,各粒级都能得到令人满意的分选效果。可认为,它是大量现象的随机事件,跳汰选煤过程就是给定跳汰循环和运动强度下的随机过程。分层、分选的最终结果必然符合概率统计规律。生产实践中的实际结果时有偏离概率统计规律的现象或千差万别极不稳定,即使同一台机器、洗选同一种原煤、同一司机操作,其效果都会不一样,就是由于跳汰强度没有找准(合适)和没有持续稳定以及重床层厚度没有准确稳定住等原因造成。因此,在明了实际现象和以上论证基础上,可把跳汰选煤的理论概括为:脉动松散的跳汰运动分层,准重液浮力分选。脉动松散是必需的,跳汰运动强度是主导的和决定性的。只要运动强度合适,其效果便会迎刃而解。
为了具体理解和掌握这一理论概括的实质,现在具体对比一下重介选和跳汰选的分层、分选原理,以求跳汰选的分选效果也能赶上或超过重介选。