CN1034147A - 在两级水力旋转式分离装置中将煤与煤矸石有效分离的方法 - Google Patents

Abstract

一种将煤和煤矸石混合物分离或富化煤的方法， 包括设置水力旋转式分离装置的第一及第二级，各级 分别包括第一和第二输出端，向第一级输入端提供煤 和煤矸石混合物后，在第一级的第一输出端得到富化 煤成品，而将第一级的第二输出端的输出提供给第二 级；第二级的第一输出端的输出作为中间产物，其中 一部分返回第一级输入端，另一部分返回第二级输入 端，而从第二级的第二输出端的输出则为废料被遗 弃。

Description

本发明涉及将煤与煤矸石混合物分离或富化煤的方法。

利用水力旋转装置从包含煤及煤矸石混合物的原矿物质中将煤与煤矸石分离或富化煤已由福尔门（Foreman）在“水力旋转装置技术的现况”（Current    Status    of    Hydrocyclone    Technology）一文中描述了，该文章登在“采矿会议录”（Mining    Congress    Journal，1972年12月）上自第50页开始，并且在澳大利亚专利533605中也描述了。

水力旋转式分离装置首先将待分离的原矿物质与一悬浮介质混合，该悬浮介质典型地是由细颗粒与如水的液体组成的。在水力旋转式装置中，混合物根据比重被分选，也就是较轻的煤与较重的煤矸石分开。在专利4222529中，朗氏（Long）描述了一种多级旋转式分离装置并且也涉及到各种其它的现有技术中的多级旋转式分离装置。另外有关的公开文本有：盖德斯拜（Gadsby）的专利4584094，佛里斯（Ferris）的专利4028228及保夫拉梭（Pauvrasseau）的专利2497790。这些利用比重的不同作出的分离总之是不完善的。对于任意这样的水分旋转式分离级具有一个所谓的分离比重，它是指这样的比重：即相当于较轻比重物质的50%的物质经由溢流输出端排出分离级，相当于较重比重物质的50%相同比重的物质从潜流输出端离开旋转式分离级。对于具有比重小于分离比重的物质，则多于50%的该物质从溢流中排出，而少于50%的该物质从潜流中排出，并且反之亦然。因此对水力旋转级的操作者具有两种有争议的考虑。为了减少通过溢流输出端输出的废弃物质量，分离比重应该减小，这种处理将会使得在溢流输出端的输出包含越来越少的不被期望的煤矸石。这样处理的问题是与增加被期望的较低比重物质百分比非常相同的处理，该较低比重物质是从潜流输出端煤矸石一起输出的。为了克服这个问题，人为地作出努力，利用增加在水力旋转装置中的混合物密度来增加分离比重。但不适宜的是，在水力旋转式分离级中比重的增大也增大了物质的稠度，因而也引起了用于分离时间的加长。正由于这种困难导致了使用多级水力旋转式分离装置。

福尔门发表的文章的图11中可能是最相关的现有技术，因为它描述了两级水力旋转式分离装置，那儿应用了从第一级来的潜流的一部分作为第二级的输入，并且将来自于第二级的溢流返回到第一级的输入端;将来自第二级的潜流作为废弃物被遗弃掉。

本发明的目的在于改进现有技术中的水力旋转式分离方法，并使得该分离根据装置的能力，原矿物质的输入量等进行最佳优化。

如同以下要描述的，根据本发明的一个实施例，原矿物质与合适的悬浮媒介质混合并输入到水力旋转式分离器的第一级。来自水力旋转式分离装置第一级的溢流被输出作为富化煤;来自水力旋转式分离装置第一级的溢流输入到水力旋转式分离装置的第二级，该第二级输出的潜流输出作为废弃物，水力旋转式分离装置第二级的溢流输出速率首先被测量出来（以质量或体积与单位时间的比），然后分离成两个预定的部分。第一个预定部分被再流回到水力旋转式分离装置第一级的输入端，其余部分被再流回到水力旋转式分离装置第二级的输入端。水力旋转式分离装置第二级处理的结果是富化了在第一级的煤矸石侧产生的物质，并且水力旋转式分离装置第二级的溢流输出是一种中间产物性质的物质。根据本发明的方法。水力旋转式分离装置第一级的参数，例如媒介质比重是与可能在水力旋转式分离装置第一级潜流输出中排出的所期望煤的比例无关的专门设定的。更特殊地，第一级的比重或密度能选择到最接近地达到所期望的终产品的最重要参数，如煤灰含量。根据本发明，在水力旋转式分离装置第二级的分离比重被确定得高于第一级的分离比重。第二级的比重能够根据来自于第二级溢流输出再循环的中间产物的测量量值（体积或重量与单位时间的比）被进行控制。

如果遵循了上述的工序，这两个不同级的合成分离曲线将提供在两级工序中所能得到的尽可能锐利的分离，也就是最佳的分离。

一个根据本发明方法操作的系统与单级富化相比表明：在单级系统中100%（或全部）的第一级潜流输出将成为废弃物，也就是在第一级潜流中所含的一些期望的产物将会损失掉。与这种系统不同地，根据本发明一种中间产物部分被导入返回到第二级中（与煤矸石一起），它产生了在第二级中经受了分离的该物质的自富化。最后，被富化的煤将包含在第二级的溢流输出中被导回到第一级的那部分中，为此理由，与在第一级中的富化损失相比进入到煤矸石中的损失将会减少。

由于利用了再循环，也即将中间产物返回到水力旋转式分离装置的第一级，我们就增加了在水力旋转式分离装置第一级中原矿物质的部分。具有的比重接近于被选择比重的颗粒降低了水力旋转装置选择区域中媒介质的比例，并因此增加了渗入到被期望产物中阻碍层的比重。其结果为，利用将中间物质再循环，产生了被选择比重的增加，也就是被期望产物的增加。如果我们在水力旋转式分离装置第二级中利用较高被选择比重产生再循环物质，这个过程能够有意地延续下去。

作为在其中积累再循环的中间产物物质结果的类似现象发生在第二级中。

本说明书的下述部分中将联系附图来描述本发明，在附图中相同的标号表示相同的装置，其附图为：

图1A：根据本发明第一实施例的方法的原理图;

图1B：根据本发明第二实施例的方法的原理图;

图1C：根据本发明另一实施例方法的原理图;

图2A-C：表示操作的分离比重曲线，图2A的情况表示典型的单级水力旋转式分离装置的分离曲线;图2B表示用于水力旋转式分离装置第一及第二级的分离曲线Ⅰ和Ⅱ，以及一个虚线示曲线表示联合操作，其中这两级系统尚未优化;以及图2C表示三个分离比重曲线;用于水力旋转式分离装置第一级的曲线Ⅰ，用于水力旋转式分离装置第二级的另一曲线Ⅱ，及虚线示曲线表示合成曲线，在该情况下根据本发明两级水力旋转式分离装置的参数已被作了最佳的优化。

图1A是相应于本发明第一个实施例的方法的原理图。在图1A中，标号Ⅰ表示水力旋转式分离装置的第一级，它具有一个溢流输出端10，在其上较低比重的物质被输出来，它还有一个潜流输出端11，从其中输出较高比重的物质。在潜流输出端11上输出的较高比重的物质经由通道12进入到水力旋转式分离装置的第二级Ⅱ的输入端13。第二级Ⅱ具有第一个输出端，即溢流输出端21，从其中较低比重的物质能被输出。该水力旋转式分离装置的第二级Ⅱ还具有第二个输出端、即潜流输出端22，从其中可以输出较高比重的物质。第二级Ⅱ的潜流输出端22用于考虑输出煤矸石M并且该煤矸石输出物质将被遗弃。

来自于第二级Ⅱ的溢流输出21经过通道22。沿通道22设置了一个测量站100，用于测量相应于沿通道22传送的物质的数量。测量站100进行的测量可以是质量速率的测量（重量与单位时间之比）或是体积速率的测量（体积与单位时间之比）。通道22中的物质经由测量站100以后进入到一个分配器200。沿着通道22进入到分配器200中的物质被分配成：沿着通道24输出的第一部分及沿着通道23输出的第二部分。沿着通道24输出的物质被传送到水力旋转式分离装置第一级的输入端26。而沿通道23输出的物质与沿通道12传送的物质汇合一起进入水力旋转式分离装置的第二级Ⅱ。由站100取得的测量值与一个预定的，被期望量值（可以是质量与单位时间之比或是体积与单位时间之比）进行比较并且使用了被测量参数与被期望参数的偏差值，该偏差值经由标号25表示的通道去控制在水力旋转式分离装置第二级Ⅱ中混合物的比重。

在稳定状态条件下，在图1A中所描述的方法其操作如下：

包含被期望的煤成品及煤矸石T_A的混合物的原矿物质被输入到水力旋转式分离装置的第一级Ⅰ的输入端26。在该输入端26输入的原矿物质被分成了两部分：由溢流10输出的较低比重的部分，这部分被收集起来作为被期望的煤成品T;由潜流11输出的较高比重的部分，它被输入到第二级Ⅱ的输入端13。第二级Ⅱ也将其中所含物质分离成：较低比重部分，它从溢流输出端21输出;较高比重部分，它从潜流输出端22输出。后者被考虑为煤矸石M并被遗弃掉。

在第二级Ⅱ输出的较低比重的物质被看作为中间产物，该中间产物经由通道22被传送到分配器200，在其中第一部分中间物质经由通道24再回流到水力旋转式分离装置的第一级Ⅰ中去。中间产物的其余部分经由通道23，在那儿与通道12汇合，再被传送到水力旋转式分离装置的第二级Ⅱ的输入端13。经由通道22的中间产物被分成：由通道24传送的第一部分，以及由通道23传送的第二部分，这二部分的比例是根据原矿物质加到第一级的速率，第一及第二级的容量等来预先确定的。为了理解具有上述调整参数的水力旋转式分离装置这二级的效益，现在请参见图2A。

图2A中利用曲线Ⅰ表示单级水力旋转式分离装置的工作。图2A的纵座标划分成百分比刻度，而横座标表示比重。该曲线表示：例如对于比重D25A的物质（接近于每立方厘米1.46克），有25%的该物质将从水力旋转的潜流中排出，其余的（75%）该物质将从水力旋转的溢流中排出。再举一个例子：比重相应于D75A的物质，该物质的75%将经由水力旋转的潜流被排出，而其余部分（25%）将经由水力旋转的溢流排出。使单级水力旋转式分离装置优化的一个出发点是：虽然真空的工作曲线Ⅰ没有零点但是有有限的斜率，理想化的应使斜率为无限大，也即理想化的曲线Ⅰ应为一垂直线，以使得比重小于曲线与横座标之间交点的物质百分之百地经由溢流被排出，而比重大于曲线与横座标之间交点的物质百分之百地经由潜流被排出。由于物理的原因，不可能获得垂直的分离曲线（无限大的斜率），因此显然增加分离曲线的斜率是可合乎要求的。

因为不可能获得垂直的分离曲线，故将水力旋转式分离器的第一级（它直接地提供被期望的煤成品输出）操作在相对地低一些的分离比重是有优点的。将该第一级操作在较低的分离比重上，将有助于减少进入最后煤成品中高比重（不被期望的）物质的数量。同样地，将水力旋转式分离装置的第二级操作在较高分离比重上也是有优点的。将该第二级操作在较高比重上将有助于减少从潜流输出口输出的并被遗弃的有用煤的数量。该操作被表示在图2B上，其上曲线Ⅰ表示水力旋转式分离装置第一级Ⅰ的操作，而曲线Ⅱ表示第二级Ⅱ的操作，虚线表示的曲线代表这两级系统的联合操作。如至今所解释的，曲线Ⅰ及Ⅱ具有基本上相同的斜率，然而虚线表示的曲线（这两级操作的合成）具有比曲线Ⅰ或Ⅱ（无论是图2A还是图2B中的）都有较陡的斜率。因此显然地、即使按照图2B的操作，在图1A中图示的方法也体现了它比单级系统具有优点。

然而，我们发现如图1所描述的两级系统可以被优化，也就是说它的操作性能可以比图2B所示的有所改进。该优化的特性表示在图2C上。图2C相对于图2B至少描绘了三个区别：首先是第一级的分离比重进一步地减少了;第二个区别是第二级的分离比重被增大了;其结果（虚线示曲线）表明它比图2B中的结果（虚线示）曲线或图2A中的曲线有显著加大的陡度。图2C中的最佳条件是在水力旋转式分离装置的第一级容量达到以前（对于给定的原矿物质输入速率及给定颗粒尺寸与在原矿中的分布），利用增大在水力旋转式分离装置第二级中物质的比重以及相似地增大再回流的中间产物的量（无论是质量与单位时间的比或是体积与单位时间的比）来达到的。

上述两级系统的特征为具有最佳密度调节，稳定的再回流调节以及由于再回流引起的选择密度的增大，特别适用于利用限制的土质悬浮及煤悬浮介质，在因中低比重具有的较高细颗粒浓度下及在较高的粘度下使水力旋转装置运行。该方法使在同样体积下获得较高分离比重值或更有利的选择参数成为可能。有一个系统能够从连续的试验中作出判断（如根据图2C所示的曲线）。根据给定的煤/煤矸石混合物，给定的各种煤、煤矸石颗粒的颗粒尺寸分布，譬如说操作者可以选择第一级的分离比重，第二级的分离比重，被检测的期望的参数（在站100上测量的重量或体积的比值）以及在分配器200中分配的比例。

两种产物均以含悬浮物的矿泥形式离开水力旋转器5。其中富化煤的产物被送到由楔形金属丝网盖6及共振筛7组成的分离及分选装置中，而含有筛余物的贫煤的矿泥被送到楔形金属丝网盖6a及共振筛7a。在这个装置中固体颗粒就与矿泥分离开来。在经过楔形金属丝网盖6，6a，共振筛7及共振筛7a的上方部分后的贯流形成了稠的悬浮液。颗粒尺寸为0至0.5毫米的、粘在富化煤的产物上的填充物质在共振筛的下方部分中被清洗掉，结果就获得了较低密度的、较轻的悬浮液。所述悬浮液被传送到（根据图中虚线）泵11，或者它与形成的稠悬浮液8一起被送到悬浮液容器10。在该容器中尤氲交旌辖喝萜?中的悬浮液2的固有密度利用两种适当比例的悬浮液的混合进行调整。相应地，新的悬浮液2就已经包含了用于分离的所需数量的填充物质。

没有被使用来调节密度的悬浮物、或是从处理过程中脱离或是（根据图中虚线）通过泵11送到稠化的水力旋转装置12。在必要的情况下，利用在这里产生的较稠的或较稀的悬浮液、能够促进悬浮液混合容器10中悬浮液2密度的调节。

为了能够以最优方式回收及利用本身的填充物质，处理过程被自动地控制，在这种情况下在连续的矿泥流侧，所有的需要的参数被测量与控制。另外保证和加入处理过程中所需的填充物质。

图1B描绘了图1A流程图的改型。在图1B中相同的标号表示相同的装置。图1B与图1A的区别在于：第二级的溢流输出导入到通道23的预定部分，它并不与通道12（从第一级传送潜流输出）汇合。该通道23而是导入到一个选择或破碎机300，或者任何能使物质传过通道23并且分配成两部分（典型地根据比重）的装置。那些选择式破碎机300或等效装置是现有技术中所熟悉的，因此这些装置在此处无需赘述。但是由选择式破碎机300输出的较高比重的部分被传送到通道29，在那儿它与在通道12中传送的物质汇合送入第二级Ⅱ的输入端13。由选择式破碎机300输出的较轻部分可以沿通道27或是通道28传送。当然那是很明显的：如果选择式破碎机300输出的较轻部分沿通道27传送，它将与在通道24中传送的物质汇合并且于是被传送到第一级Ⅰ的输入端26。另一方面，如果选择式破碎机300输出的较轻部分沿通道28传送，它将与第一级Ⅰ溢流输出10的终产品输出汇合。

图1C描绘另一个能被图1B中实施例或图1A中实施例使用的改型。在图1C上所示的变化在于第一级Ⅰ。图1C与图1A及图1B的不同明显地在于：送入到第一级中除去原矿物质T_A外，还送入悬浮介质F₁（引入的及悬浮的介质F₁显然未画在图1A及图1B上，但是这当然是必然的）。图1C表示在第一级Ⅰ的溢流输出10中被期望的煤产品输出被输入到一个分离元件400中，譬如说它是一个振动筛。该分离件400具有一个标号为T的第一输出端，从它那儿排出所需的煤产品。在振动筛出来的潜流，如图1C中所示被分成二部分。悬浮介质较轻的成分F₃（它因此必然是粘性更大）被排除掉。但是，悬浮介质中较有用的部分返回到系统中以致能改善第一级Ⅰ中介质的粘度性能。

将本发明与现有技术的单级系统相比较，它考虑了根据具有高煤含量的原矿物质比重对所谓自悬浮煤浆液介质的分离。因为粘度的增大，真实浓度的达到产生出的物质密度仅为1.17克/立方厘米。一种HALDEX型水力旋转系统利用这种介质操作产生出1.5克/立方厘米的分离比重时具有的不完善度值为0.16。将这种系统改变成如图1A-1C的双重系统，在未改变的原矿物质条件下，产生出1.5克/立方厘米分离比重时具有的不完善度数值为0.13，根据上述的原理利用优化以及利用开发分离悬浮介质该值还可改善到0.12的水平。在优化的过程中，我们选择通过通道24输送的预定部分为分配级200输入量的20%。

虽然以上是描述了本发明的几个专门的不同实施例，但是这些例子是没有限制性的，本发明之范围应由这里所附的权利要求书来确定。

Claims (9)

1、使用在含煤、煤矸石及液体的悬浮介质中作水力旋转分离，以富化包括煤及煤矸石混合物的原矿物质用来生产富化煤成品的方法，包括以下的步骤：

a)设置了水力旋转式分离装置的第一级及第二级，所述的每一级包括一个输入端及第一、第二输出端；

b)在水力旋转式分离装置的第一级的输入端提供所述待富化的包括煤及煤矸石混合物的原矿物质；

c)在所述水力旋转式分离装置的第一级的第二输出端提取出富化煤成品，而在所述水力旋转式分离装置的第一级的第二输出端提取出煤及煤矸石的混合物；

d)将来自于所述水力旋转装置第一级第二输出端的煤及煤矸石的混合物供给到所述水力旋转式分离装置的第二级的输入端；

e)在所述水力旋转式分离装置的第二级的第一输出端提取一种中间产物类的物质，而在所述水力旋转式分离装置第二级的第二输出端提取一种废料类的物质；

f)将来自于所述水力旋转式分离装置第二级的所述中间产物类物质分成第一部分及第二部分；

g)将所述中间产物类物质的第一部分导入到所述水力旋转式分离装置第一级的输入端，而将其所述第二部分导入到所述水力旋转式分离装置第二级的输入端。

2、根据权利要求1的方法，还包括：

h）测量相应于由所述水力旋转式分离装置第二级的第一输出提取的所述中间产物类物质的量值，以及根据所测量的量值变化控制所述水力旋转式分离装置第二级的分离密度。

3、根据权利要求2的方法，其中所述测量的量值是一种重量速率测量值，例如是单位时间内提取的中间产物类物质的重量。

4、根据权利要求2的方法，其中所述测量的量值是一种体积速率测量值，例如是单位时间内提取的中间产物类物质的体积。

5、根据权利要求2，3或4中任一权利要求的方法，其中步骤h）包括减少第二级的分离密度以响应测量量值的升高，以及增加第二级的分离密度以响应所述测量量值的下降。

6、根据权利要求1或2的方法，进一步包括：

i）机械地加工中间产物类物质的第二部分，并从该加工的第二部分中分离出低密度的第三部分，再将该低密度第三部分导入到所述水力旋转式分离装置的第一级。

7、根据权利要求6的方法，其中所述中间产物类物质的低密度第三部分与在水力旋转式分离装置第一级的第一输出端的富化煤产物相汇合。

8、根据权利要求6的方法，其中所述中间产物类物质的低密度第三部分与水力旋转式分离装置第一级的输入端相汇合。

9、根据权利要求6的方法，包括以下的步骤：

h）将所述水力旋转式分离装置第一级的第一输出端产生出的物质分离成一个煤的部分及一个悬浮液部分;

i）将所述悬浮液部分分成较轻的及较重的悬浮液部分，遗弃掉所述较轻的悬浮液部分，并将所述较重的悬浮液部分返回到所述水力旋转装置中用于重新使用它。