螺旋分选机动力学分析及参数优化探讨

为了探索螺旋分选机主要结构参数对颗粒运动规律的影响,基于螺旋线的形成特性,利用微元的思想将颗粒在螺旋槽上复杂的受力进行简化,推导出集物料性质、螺旋分选机结构参数为一体的数学模型;以1.0~0.5 mm粒度级的不同密度级粗煤泥为入料,探究了不同密度级颗粒在螺旋分选机出料端沿径向的分布情况,与数学模型分析出的结果进行对比验证,并分析了螺距、流量、螺旋槽内径和槽深等参数对颗粒达运动平衡后径向距离的影响;结果表明:提出的数学模型可以定性分析颗粒在螺旋分选机中的运动行为,颗粒密度越大,其平衡半径越靠近螺旋槽内缘;颗粒达平衡状态后的径向距离随螺距、流量以及内径的减小而减小,随槽深的减小而增加;较小的螺距、较小的内径和较大的槽深有利于粗煤泥的分选。     

高剪切调浆和捕收剂乳化处理对煤泥浮选效果的影响研究

为了考察高剪切调浆和捕收剂乳化处理对煤泥浮选效果的影响,以山西汾西矿业集团水峪煤矿有限责任公司选煤厂的浮选入料为对象,对比分析了柴油、柴油+调浆、乳化柴油及乳化柴油+调浆对煤泥浮选效果的影响规律。试验结果表明:高剪切调浆和柴油乳化处理均对提高煤泥浮选效果和节省柴油用量有积极作用,在同等灰分指标要求下,与采用柴油作为捕收剂相比,高剪切调浆和柴油乳化处理下的精煤可燃体回收率分别提高3.78和1.95个百分点,柴油用量由325 g/t分别降至225 g/t和100 g/t。两种处理方法均能促进非极性烃类油的分散,有利于降低柴油用量,同时提高煤泥浮选指标。     

螺旋分选机研究进展

螺旋分选机是一种传统的薄流膜分选设备,由于矿业、煤炭业的快速发展,以及当前固体废弃物处理的急迫需求,螺旋分选机以其能耗低、结构简单、效率高、运行成本低等优势受到重视。论述了螺旋分选机理论研究进展,包括螺旋分选机流场、螺旋分选过程以及螺旋分选机工艺优化及智能化调控研究进展;综述了煤用螺旋分选机分选特点及应用现状,介绍了螺旋分选机的新设计和新应用。螺旋分选机流场研究引入了一些新的测试手段,但目前还难以准确测量内缘薄流膜区域的纵向速度、径向速度分布情况;数值模拟方法为研究结构参数和操作参数对流场的影响规律提供了一种便利手段,但模拟精度还有待进一步提升。螺旋分选过程研究中,正电子发射型颗粒追踪技术用于检测颗粒在螺旋分选机中的运动规律,是螺旋分选机理论研究的一大突破;螺旋分选过程中颗粒运动行为的数值模拟为螺旋分选机理的定性分析提供了一种便捷的手段,但由于模拟过程中忽略了许多现实条件,导致模拟结果与试验结果仍有较大差距。螺旋分选机工艺优化及智能化调控研究目前还处于起步阶段。近年来,国内外相继开发了一批新型螺旋分选机,在降低分选密度方面取得了一定进展:南非MTI公司研发了一种低分选密度的螺旋分选机,产率降低4%左右时,分选密度可由1.61 g/cm^3降至1.54 g/cm^3;国内设计的一种超低距径比的复合槽面螺旋分选机(内缘立方抛物线、外缘椭圆型),在粗选阶段预排矸,分选密度可降低至1.543 g/cm^3,相较于采用传统参数的椭圆型槽面和立方抛物线槽面煤用螺旋分选机,在精煤灰分要求相当的情况下,分选效率分别提高了19.41%、13.11%。未来螺旋分选机研究重点主要还是利用PEPT技术、数值模拟技术等先进手段,进一步研究槽面形状、距径比(螺距直径之比)等结构参数对螺旋分选机流场分布特性、分选过程的影响,配合结构、工艺、新材料运用方面的改进,力争在提高分选精度、扩大分选密度调控范围方面有所突破。     

废弃油脂制备煤泥捕收剂的研究

通过小筛分试验和可浮性试验,说明煤泥易泥化,细泥含量高,黏附、夹带严重,导致精煤灰分偏高;煤泥属难浮煤种。采用废弃油脂制备煤泥浮选捕收剂,并进行实验室浮选试验,同时分析药剂作用机理。煤泥浮选试验表明:在精煤灰分相近的条件下,生物柴油对煤泥的捕收性要低于柴油和煤油。当柴油、煤油与生物柴油分别以质量比1∶9复合时,煤泥浮选效果较好,精煤产率分别比生物柴油提高10.52%和9.06%,浮选完善度分别提高5.32%和4.33%。GC-MS分析表明:制备的浮选捕收剂中含有不饱和结构—C=C—、含氧官能团O||—C—和疏水性较强的长链烷烃。生物柴油与非极性烃类油组合用作捕收剂时,主要存在共吸附和促进吸附两种吸附机理,提高了煤泥可浮性,促进药剂在煤浆中分散,增大药剂与煤粒表面的接触概率,降低药耗。     

粗糙度对贫瘦煤表面润湿性的影响

表面粗糙度对煤的可浮性起着重要作用。为了研究捕收剂和粗糙度协同作用对煤表面润湿性的影响,采用四种不同目数的砂纸对煤表面进行粗糙化处理,并使用粗糙度测量仪表征其表面特性。采用接触角与相互作用测量仪分析表面粗糙度对煤天然润湿性和油酸钠改性后润湿性的影响。结果表明,随着天然煤表面粗糙度的增加,接触角减小。由于接触线的增加,水滴与煤表面之间的扩散力增大。当粗糙度分别为0.32、1.02、1.82、2.38μm时,水与煤表面之间的扩散力分别为159.00、177.82、200.99、209.60μN。而经低浓度(120 mg/L)油酸钠改性后,随着粗糙度的增加,煤表面的接触角增大,扩散力减小,扩散力分别为149.11、146.40、134.06、124.27μN。但当油酸钠浓度达到320 mg/L时,随着粗糙度的增加,接触角反而迅速减小,扩散力迅速增大,扩散力分别为174.21、211.05、244.37、288.51μN。粗糙度的增大会增加天然煤表面的润湿性,低浓度的油酸钠改性和表面粗糙化可提高煤表面疏水性,然而,过量的药剂会增强煤表面的润湿性。     

距径比对煤用螺旋分选机流膜厚度分布及分选效果的影响

以寺河选煤厂粒度范围为1.5～0.5mm的粗煤泥为样品，在传统煤用螺旋分选机结构基础上，设计了距径比分别为0.40、0.37和0.34的三台螺旋分选机，考察了距径比对煤用螺旋分选机流膜厚度分布及粗煤泥分选效果的影响规律。结果表明：在螺旋分选机的横截面上，流膜厚度呈内缘薄外缘厚的规律|距径比对流膜厚度的影响明显，0.34距径比内缘流膜厚度大，0.40距径比外缘流膜厚度大|对于此易选粗煤泥，对比三个距径比螺旋分选机的分选效果，发现距径比越高，螺旋分选机分选精煤产率越高、尾煤灰分也相应显著提升。     

距径比对煤用螺旋分选机流膜厚度分布及分选效果的影响

以寺河选煤厂粒度范围为1.5～0.5mm的粗煤泥为样品,在传统煤用螺旋分选机结构基础上,设计了距径比分别为0.40、0.37和0.34的三台螺旋分选机,考察了距径比对煤用螺旋分选机流膜厚度分布及粗煤泥分选效果的影响规律。结果表明：在螺旋分选机的横截面上,流膜厚度呈内缘薄外缘厚的规律|距径比对流膜厚度的影响明显,0.34距径比内缘流膜厚度大,0.40距径比外缘流膜厚度大|对于此易选粗煤泥,对比三个距径比螺旋分选机的分选效果,发现距径比越高,螺旋分选机分选精煤产率越高、尾煤灰分也相应显著提升。     

炮孔堵塞长度对爆破效果的影响研究

在爆破工作中，炮孔堵塞的效果对爆破工作的效果与安全有很大的影响，为了提高爆破效果、降低爆破成本，确定炮孔堵塞的最佳长度很有必要。结合爆轰波理论和理论力学，采用理论分析与LS-DYNA数值模拟相结合的办法，进行炮孔堵塞长度对爆破效果影响的研究，并通过现场进行验证。研究结果表明：炮孔深度在0.6～1.4 m时，最佳的炮孔堵塞比例为0.38～0.54,且随炮孔深度的增大而减小，炮孔深度在1.6～2.4 m时，最佳的炮孔堵塞比例为0.36～0.38;炮孔深度超过1.2 m,同时炮孔堵塞长度≥1/2炮孔深度后，存在炮孔堵塞过长效应导致爆破效果不佳。径向不耦合系数R对炮孔的最佳堵塞长度具有显著的影响，当R≤1.8时，最佳炮孔堵塞长度随着R的增大而减小，当R>1.8时，最佳炮孔堵塞长度不随R改变。在大同王村煤业有限责任公司8107顶回风巷进行了现场试验，分别对1.2 m和2.2 m的掏槽孔以及2.0 m的辅助眼进行试验，炮孔的最佳堵塞长度分别为50 cm、90 cm和80 cm,与理论计算、数值模拟的结果相吻合。     

煤泥絮凝过程聚并-破碎效率研究

为了揭示流体剪切对微细煤泥絮凝过程破碎-聚并效率的影响规律，在不同剪切速率和搅拌桨离地高度条件下进行煤泥絮凝试验，并采用聚焦光束反射测量仪实时测定絮凝过程中絮团尺寸变化情况，以絮团平均粒径增长率间接反映絮凝过程聚并-破碎效率。研究结果表明：絮团平均粒径增长率可以反映煤泥颗粒絮凝过程的聚并-破碎效率，依据增长率的变化情况，煤泥絮凝过程可分为聚并阶段、破碎阶段和亚稳定阶段|剪切速率对煤泥絮凝行为有显著影响，在G＜35.89s-1时增大剪切速率，有利于聚并效率和亚稳定阶段时絮团平均粒径的增加|但过高的剪切速率(G＞53.83s-1)将产生较高的湍流耗散率，使絮团破碎效率增大|搅拌桨离地高度对煤泥的絮凝行为有一定影响，在h/H＜1/3时，适当增加搅拌桨离底高度有益于煤泥颗粒生成更大的絮团。