重介質旋流器

重介質旋流器是一種結構簡單，無運動部件和分選效率高的選煤設備。

在重介質旋流器分選過程中，物料和懸浮液以一定壓力沿切線方向給入旋流器，形成強有力的旋渦流；液流從入料口開始沿旋流器內壁形成一個下降的外螺旋流；在旋流器軸心附近形成一股上升的內螺旋流；由於內螺旋流具有負壓而吸入空氣，在旋流器軸心形成空氣柱；入料中的精煤隨內螺旋流向上，從溢流口排出，矸石隨外螺旋流向下，從底流口排出。空氣柱的形成機理為：由於底流管和溢流管直接與大氣連通，進入旋流器的兩相流以強烈的螺線渦運動，當切線速度增大到臨界速度時，旋流器各出口產生一定的阻力，形成內部的旋轉流場，引起軸向負壓，空氣由溢流管和底流管進入旋流器，在軸向負壓驅動和流體對流傳輸的共同作用下逐漸發展成為貫通的空氣柱。當顆粒密度大於懸浮液密度時，顆粒在懸浮液中半徑為r處所受合力為正值，顆粒被甩向外螺旋流；否則，顆粒被甩向內螺旋流；從而把密度大於介質的顆粒和密度小於介質的顆粒分開。在旋流器中，離心力比重力大幾倍到幾十倍，因而大大加快了分選速度，並改善了分選效果。

影響重介質旋流器分選精度的因素可分為兩大類：其一是由實際工藝條件及分選設備本身所決定的生產中不易變動的因素，如入料煤質特徵、旋流器入料口的形狀、直徑等結構參數等；其二是一定程度上可以調整的因素，比如入口壓力、礦漿入料量、入料方式等。

1、入料煤質特性

重介質旋流器是一個封閉的、相對容積很小的分選容器。對於兩產品旋流器，有一個入口兩個出口，其進入和排出的瞬間體積流量相等。底流口和溢流口排量的分配，在一定的條件下是基本固定的，但當入選原煤的密度組成發生變化時，例如高密度物含量增加，那麼要求底流固體排出量增加，溢流固體排出量相對減少，但底流口的排放能力有限，因而會將一部分中等密度的煤顆粒和重介質擠向溢流口排出，使實際分選密度升高。因此，入選原煤密度組成的變化會引起旋流器分選密度的波動，結果必定降低綜合分選效率。

2、旋流器的結構參數

重介質旋流器直徑的選擇應該符合處理能力的要求，對應於某一個最低的礦漿體積通過量，應滿足分選離心力的要求，使要分離的重產物從底流口排出。值得注意的是，選擇直徑較大的旋流器雖然可以改善分選效率，但卻可能造成浪費。旋流器圓筒段的高度增大，旋流器的總容積和總長度都增加，在一定範圍內對分選有利。過短會增加入料短路進人溢流的幾率，影響輕產物質量。底流口直徑與入料中重產物（砰石或中煤）的比例有關。增大底流口。在相同條件下會降低實際分選密度，精煤產率相應降低。底流口減小則會相應提高實際分選密度。溢流口直徑通常與底流口直徑保持一定比例關係。在其他條件不變的情況下，溢流口直徑縮小會降低實際分選密度，使部分原本應進入溢流的輕顆粒從底流口排出。入料口的形式和直徑對分選有重要影響。目前多數重介質旋流器採用螺旋線或漸開線入口，入料口尺寸增大，若超過旋流器的處理能力（特別是重產物排出能力），分選效率會受到損失；人料口尺寸減小，則會降低入料粒度上限。

3、重介質懸浮液的穩定性

保持重介懸浮液的質量和穩定性對重介質分選系統的正常運行至關重要。重懸浮液在旋流器內的濃縮對分選效率影響很大，磁鐵礦粉粒度較粗時會發生過分的濃縮。為保持良好的分選，介質的濃縮度愈小愈好。在實際生產中，除了避免使用太粗的磁鐵礦粉，並使循環介質中保持一定量的煤泥外，有時還可以往介質中添加少量粘土或一些天然的或人工合成的穩定劑。

4、循環介質量

重介質旋流器的容積很小，重介質和煤在其中的停留時間基本相同，只不過數秒鐘的時間。為保證有效分選所必需的液固比，重介質旋流器的循環介質量相對較大。不同粒度和密度的原煤，循環介質量一般在噸原煤 3~5 倍，對於三產品重介質旋流器而言，循環介質量有時還可能超出此上限。重介質旋流器的分選效率受液固比的影響較大。

5、重介質的入口壓力

原則上，重介質的入口壓力應使旋流器內產生足夠的離心力，使密度高於分選密度的重顆粒能進入底流。增加入口壓力將增大旋流器內產生的離心力，提高細粒重產物在底流中的回收率，但是也增強了懸浮液在旋流器中的濃縮。同時，由於入口壓力增加，旋流器的礦漿通過量隨之加大，從而減少了礦漿在旋流器內的停留時間，增大了溢流排出量，導致實際分選密度略有提高。

（1）微切削磨損 所謂微切削磨損是指旋流器工作液體中的不規則顆粒對其內表面的划傷。微切削磨損不僅取決於旋流器的材質與顆粒的硬度，還取決於顆粒的幾何形狀、切向速度、徑向速度、軸向速度等，即使顆粒的硬度小於旋流器材質的硬度，它也能對旋流器內壁起到微切削磨損的作用；

（2）表面疲勞磨損 表面疲勞磨損是指在顆粒隨同液體在旋流器內壁交變摩擦接觸產生的應力作用下，在接觸點產生很大的變形和應力，使旋流器內表面形成磨損以及剝離出磨粒。表面疲勞磨損是由旋流器內表面逐漸向深層侵入的一種磨損形式，一般是在旋流器內壁有缺陷的地方最先發生，然後在反覆的沖刷作用下逐步擴大；

（3）腐蝕磨損 由於旋流器的內壁與液體中的介質相互作用發生化學反應或電化學反應，使旋流器內壁磨損，這種磨損稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損又可分為 3 種情況：直接氧化磨損、液體中的微小氣泡對器壁形成的氣蝕磨損和由於介質本身具有的化學性質而形成的介質磨損。

旋流器的磨損形式複雜，是微切削磨損、表面疲勞磨損和腐蝕磨損形成的複合磨損。為了減輕旋流器的磨損，先應考慮選擇合適的材料；其次要保證旋流管的內表面加工質量；此外，還可以從實際流場出發，在不影響效率的前提下，對旋流器結構進行合理的設計，可使旋流器磨損損壞程度有所降低。例如，旋流器進料口處磨損程度與此處的結構密切相關，對此，煙台鑫海礦機採用含創新技術的耐磨橡膠襯於重介質旋流器中，耐磨防腐，使用壽命長。礦漿在進料管內呈柱狀高速流動，具有很大的慣性力，當它切向地進入旋流器圓柱段時，受內壁的作用把直線運動改變成沿旋流器中心的旋轉運動。流動方向的突然改變，增大了入口處阻力，圓柱壁上常被磨成很深的螺旋形溝槽。這是由於進料管來的高速礦漿來不及分散，集中地衝擊在較窄的帶狀區域，尤其當進料口斷面為圓形時，更為明顯。因此，應盡量把進料管設計成矩形截面。把進料口斷面從圓形變為矩形只是結構優化的一個方面，還可以改變如旋流器表面曲率半徑等形狀結構。

重介質旋流器是一種利用強於重力幾十倍甚至幾百倍的離心力場選煤的分選機，其分選過程完全是靠自身的結構參數與外部操作參數的靈活配合來實現最佳分選精度，這是旋流器選煤與其他選煤方法截然不同的突出特徵。重介質選煤的特點是：

1、分選效率高。重介質旋流器的分選效率在各種重力選煤方法中是最高的。

2、分選密度調節範圍寬。重介質選煤的分選密度一般為1300 kg/m3～2200 kg/m3，而且易於調節，其誤差可保持在±0.5%範圍之內。

3、適應性強，分選粒度範圍寬。重介質選煤在入選原煤的粒度、數量和質量上允許有較大的波動。

4、生產過程易於實現自動化。重介質選煤所用懸浮液的密度、液位、黏度、磁性物含量等工藝參數能實現自動控制。

根據機體和結構形狀的不同，重介質旋流器可以分為圓錐形和圓筒形的兩產品重介質旋流器以及雙圓筒串聯、圓筒形和圓錐形串聯的三產品重介質旋流器。

礦粒在重懸浮液中完成分選過程所用的設備稱為重介質分選機。目前，工業生產中所使用的旋轉介質分選設備主要是藉助離心力場強化分選過程，稱為重介質旋流器。重介質旋流器是一種結構簡單、無運動部件和分選效率高的選煤設備，該設備早已在國內外獲得了廣泛使用。其原因是它結構簡單、單位處理量大、分選效率高，適合處理難選煤或極難選煤。尤其對於細粒物料，有效分選粒度下限可達 0.1 mm～0.2 mm,這是其他任何重力分選設備難以相比的。