在设置重介质旋流器分选作业流程结构时，必须首先确定分选工艺条件，一般包括以下内容：有压入料与无压入料方式的选择，两产品重介质旋流器与三产品重介质旋流器的选择，大直径重介质旋流器与小直径旋流器组的选择，选前脱泥与不脱泥的选择。
一、有压入料与无压入料方式的选择
有压入料方式：被选物料与重介质悬浮液混合后，用泵有压切向给入旋流器。无压入料方式：被选物料从旋流器顶部中心口靠自重落入（高差约2.5m),而悬浮液80%-90%从旋流器底部有压切向给入，其余10%-20%从顶部中心口随物料一起进入旋流器。
1、分选效果比较
在分选效果方面，国内外传统上大多认为有压入料重介质旋流器比无压入料重介质旋流器对细粒级物料的分选精度更高，分选下限更低，似乎有压入料方式更适合粉末煤含量多的难选煤的分选。但是近年来，在国内采用无压入料重介质旋流器分选难选煤的应用实例却越来越多，旋流器直径也越来越大。从一些采用无压入料重介质旋流器的选煤厂的生产实际效果来看，其分选精度与有压入料重介质旋流器相比差别并不大，分选效果相近，特别是在选前不脱泥的条件下，两者的分选效果相差更小，详见下表。
2、分选机理比较
（1）在有压入料条件下，矿粒与悬浮液一同进入旋流器，就同时具有很高的相同切向速度，从而最大限度地利用了物料在旋流器内的分选时间和分选空间。而无压入料圆筒形重介质旋流器在入料初始阶段（也就是在筒体上部节段），因物料颗粒与悬浮液之间存在切向速度差，导致出现实际分离密度升高和重产物错配的问题。只有适当增加旋流器筒体长度，也就是等于增加了分选时间和分选空间，才足以纠正初始阶段分选物料的错配问题。所以无压入料圆筒形重介质旋流器筒体都比较长。
（2）无压入料圆筒形重介质旋流器比有压入料圆锥形旋流器内形成的密度场的介质密度分布要均匀得多，密度变化梯度要小得多。无压入料圆筒形重介质旋流器的这种特点，对物料按密度精确分选应该是很有利的。
（3）在无压入料条件下，只存在重矿粒穿越“分离界面”，奔向外螺旋流的单向运动，避免了有压入料重介质旋流器内轻、重矿粒交错穿越“分离界面”，相互干扰的弊端，提高了分选效率和分选精度。
（4）有压入料方式，产生次生煤泥量大，特别是当原煤中含有大量泥岩矸石时，将导致旋流器内工作介质的高灰非磁性物含量大大增加，引起重介质悬浮液密度、黏度等特性参数的改变，对分选效果将产生不利影响。而无压入料重介质旋流器是泥化程度最轻的（产生次生煤泥量约3%)分选工艺之一。
（5）泵送物料有压入料方式使煤粒在入料泵高速旋转叶轮的撞击下易产生过粉碎，不适合需生产块煤产品的动力煤分选。而无压入料重介质旋流器不存在这一弊端。
3、国外对无压入料圆筒形重介质旋流器的评价
无压入料圆筒形重介质旋流器最早是英国煤炭公司在20世纪80年代开发的，是一种两产品重介质旋流器，取名为LARCODEMS。通过英国9台、南非3台LARCODEMS旋流器的生产实践和澳大利亚的试验，国外总结出无压入料的LARCODEMS旋流器具有以下优点：
（1）底流和溢流都能通过占入料量80%的量，因此对各种性质的原煤适应性强，特别对密度组成存在轻、重产物产率倒置的反常特性的原煤的分选有很好的适应性。
（2）悬浮液和矿物分别给入旋流器，避免了有压入料方式泵送物料对矿物颗粒的粉碎，以及矿物颗粒对泵的磨损；或者也可降低采用定压漏斗给料方式所需的较高的厂房高度。
（3）由于分选密度与悬浮液密度之间差值小，所以分选密度可控性和悬浮液密度的衡定性都比较好。
（4）LARCODEMS旋流器的应用实践证明，无压入料圆筒形重介质旋流器完全可以用作块煤（100-12mm)或混煤（100-0.5mm)分选，打破了重介质旋流器只宜分选末煤的传统观念。
综上所述，有压入料与无压入料两种方式，皆是可供采用的高效分选工艺。在设计选用时，应根据煤质条件和产品结构要求具体分析，具体对待，择优选用。
二、两产品重介质旋流器与三产品重介质旋流器的选择
1、用两产品重介质旋流器排矸
两产品重介质旋流器比较适合只需将矸石排除掉便能满足市场对产品煤的质量要求的排矸分选。例如：澳大利亚在我国所建的模块式选煤厂，多采用有压入料两产品重介质旋流器来完成排矸任务。其分选密度均小于1.8kg/L，循环悬浮液密度一般在1.6kg/L左右。但是，如果排矸所需的分选密度比较高，比如>1.9kg/L时，若仍采用两产品重介质旋流器来排矸，则需要慎重对待。因为分选密度太高存在以下弊端：
（1）分选密度越高，旋流器分选的可能偏差值越大。对于两产品重介质旋流器而言，可用下面的经验公式表示其相关关系：
（2）密度大于1.8kg/L的悬浮液制备较难，而且为了保证高密度悬浮液中非磁性物含量不超限，一般选前必须脱泥，否则分流量太大，介质消耗将成倍增加。
（3）循环介质密度过高，对设备、管道磨损大，而且在同样布置高差和同样入料压头要求下，介质泵的电耗也相应增加。
另外，鉴于两产品圆锥形重介质旋流器的结构参数--锥比一旦被固定，旋流器底、溢流量的合理比例关系也就确定了。这时，企图简单地用改变有压入料两产品重介质旋流器分选密度的办法来实现对产品灰分的大幅度调节，在技术上是不可取的。在生产实践中并不乏警示范例。
【实例】我国引进澳大利亚的晋城×××矿模块式选煤厂，采用有压入料两产品重介质旋流器分选<13mm末原煤。原设计要求精煤灰分为13%，小时处理能力约600t。投产后，因市场需求变化，改为生产灰分为11%的精煤，因而不得不降低分选密度。结果因底流重产物产率增大，超过了旋流器已有结构参数--锥比所能承受的波动范围，致使旋流器不能正常运作。该厂只能将小时处理量减至不足400t。
但是对无压入料两产品圆筒形重介质旋流器而言，则不存在上述弊端。无压入料两产品圆筒形重介质旋流器对底、溢流量的变化适应范围比较大，最大可在20%-80%之间任意自动调节。所以能够适应产品灰分的大幅度变化，这是无压入料两产品圆筒形重介质旋流器的主要优势之一。
2、用三产品重介质旋流器来代替两产品重介质旋流器排矸
在分选密度很高的情况下，如果用三产品重介质旋流器来代替两产品重介质旋流器排矸，是一种可考虑的替代办法。但有优点也有缺点：
（1）可以实现用低密度循环介质完成高密度排矸的任务，避免了高密度循环介质的上述种种弊端。
（2）出不出中煤可灵活掌握，通过对两段旋流器分选密度的搭配调节，可大大增加产品灰分的调节幅度，提高了对市场多元化需求的适应能力。
（3）若采用三产品重介质旋流器代替两产品重介质旋流器排矸，则因循环悬浮液密度可降至1.5kg/L以下，所允许的煤泥含量可高达50%以上，一般可不必设选前脱泥环节，简化了介质流程。
（4）三产品重介质旋流器比同直径两产品重介质旋流器处理能力偏低，且介质循环量大得多（增加近1倍），泵的能耗也相应有所增大。
所以，如果用三产品重介质旋流器来代替两产品重介质旋流器排矸，应作综合技术经济比较后再决定取舍。
3、两产品或三产品重介质旋流器分选炼焦煤
当分选炼焦煤时，因精煤灰分一般要求较低，多数情况下必须出精、中、矸3种产品，才能保证精煤和矸石的灰分同时满足要求。这时若采用重介质旋流器分选工艺，可供选择的方案有两个。
(1)方案一：采用两段两产品重介质旋流器来生产3种产品。其优点是：两段介质密度可以分别测控，控制精度高。其缺点是：高、低两种密度的介质系统并存，工艺流程和工艺布置复杂，第二段重介质旋流器系统设备管道磨损大，介质泵电耗大。
(2)方案二：采用三产品重介质旋流器（有压入料与无压入料皆可）一次完成3种产品的分选任务。其优点是：用一套低密度介质系统就可以实现必须用高、低两种密度介质才能完成生产3种产品的任务。简化了介质流程和工艺环节，紧凑了工艺布置，也减少了对设备管道的磨损。其缺点是：三产品重介质旋流器第二段所需的高密度介质，是靠第一段旋流器自然浓缩形成的，一般可将悬浮液密度提高0.3-0.6kg/L,但问题是很难实现对第二段介质密度的精确控制。如果对中煤的灰分要求不太严格，则三产品重介质旋流器的优势比较明显。
综上所述，对于两产品或三产品重介质旋流器的选择，应根据煤质的特性和产品质量要求具体分析、区别对待。
三、大直径重介质旋流器与小直径重介质旋流器组的选择
旋流器直径的大小除与处理能力有关外，还与入料粒度上限、有效分选下限及分选效果有关。所以本手册将旋流器直径大小的选择也纳入在设置重介质旋流器分选作业流程结构时一并考虑。
重介质旋流器直径的大小面临着两种选择：一是选用一个大直径重介质旋流器；二是采用几个小直径重介质旋流器来代替。下面几点分析可供设计选择时参考。
(1)对于大型选煤厂而言，因小时处理量大，若采用小直径重介质旋流器，台数太多，出于工艺布置上的考虑，设计往往选用大直径重介质旋流器居多。
采用大直径重介质旋流器有很多优点：可减少生产系统数量，或实现单系统生产。加上目前重介质选煤其他配套工艺设备大型化均已过关，这就为实现工艺环节单机化，减少设备台数，便于自动化控制，简化工艺布置、减少厂房体积提供了便利和可能。
鉴于离心力与旋流器的直径成反比。对一定粒度的矿粒而言，旋流器直径越大，在同样压头条件下，对矿粒产生的离心力越小，所以大直径重介质旋流器的有效分选下限必然变粗。若欲弥补这一缺点，必须按相应比例加大入料压头，以获得必需的离心力（因为离心力与入料压头成正比）。用尽量提高入料压头的办法来弥补直径大的短处，就成了解决细粒物料分选问题的关键。可是，旋流器的入料压头受诸多因素的制约，不能任意无限制地加大。
所以，对细粒级物料分选效果差，是大直径重介质旋流器存在的突出问题，而且重介质旋流器直径越大，细粒物料（包括粗煤泥）分选效果差的问题就越突出。
对大直径重介质旋流器分选粒度下限偏粗的弱点，目前可资借鉴的弥补措施如下：
—当采用预先脱泥重介质旋流器分选工艺时，可用螺旋分选机、水介质旋流器、干扰床等粗煤泥分选设备解决。即将预先脱除的<0.5mm(或<1.0mm)煤泥，经旋流器组浓缩后，入粗煤泥分选设备再分选。其分选下限均可达0.15mm。但是，由于螺旋分选机分选密度偏高（一般>1.7kg/L)，故只宜用来排除高灰泥质和细粒黄铁矿。
—当采用不脱泥重介质旋流器分选时，可用煤泥重介质旋流器进一步分选存在于合格介质中的<0.5mm煤泥，其有效分选下限可达0.045mm。
(2)对于大型选煤厂而言，如果不用大直径重介质旋流器分选，另一种可供选择的方式是用多台直径较小的旋流器组成一组，代替一台大直径重介质旋流器进行分选。有人认为这种方式可以避免大直径重介质旋流器对细粒物料分选欠佳的弊端。其实，在大直径重介质旋流器出现之前，多台直径较小的旋流器组成一组这种工艺模式在国内外大型选煤厂设计中多被采用。
例如：从美国引进全套工艺技术的兖州兴隆庄选煤厂，古交的西曲选煤厂和东曲选煤厂均采用Φ600mm重介质旋流器组（4台为一组）的工艺模式。但是长期以来却忽略了一个问题，即旋流器组存在进料、悬浮液流量、压头等分配不均，影响总体分选效果的问题。
【实例】国外（南非、澳大利亚）的生产实践均证明，大直径重介质旋流器因旋转半径大对分选效率产生的损失与小直径重介质旋流器组因入料分配器分配不均对分选效率造成的损失相比，其程度基本相当。
【实例】内蒙古乌海矿区×××选煤厂，采用4台小直径（400mm)无压入料两产品重介质旋流器为一组的分选工艺，用1台合格介质泵同时向4台重介质旋流器并联供料。生产实践证明综合分选效果并不好，由现场快速浮沉试验结果可知，4台重介质旋流器之间分选效果差异很大。
因此，只强调旋流器直径大小对分选效果的影响，而忽视旋流器组入料分配不均匀所带来的危害是片面的。这一点在重介质旋流器分选工艺设计中，远未引起人们的重视。为此，建议在选煤工艺设计时，应结合入料粒度上、下限的要求和处理量的大小，全面权衡利弊，合理选择重介质旋流器的直径和配置模式（单台或成组）。
四、选前脱泥与不脱泥的选择
1、选前脱泥的优缺点分析
国外多采用选前脱泥，有压入料重介质旋流器分选工艺。
（1）优点
分选精度高，效率高。由于入料中非磁性物（煤泥）含量少，故产品脱介效果好，介质消耗也低。而且在介质系统中可以不必专设分流环节，或者只需少量分流，因而悬浮液密度的调节变得十分简捷，无须调节分流量，只需控制补加清水量一个因素，使悬浮液性质相对比较稳定。
（2）缺点
—设选前脱泥，工艺环节增多，工艺布置相对复杂。
—有压入料重介质旋流器的突出优势之一是分选下限低，据有关资料记载，可达0.15mm。但是选前若将<0.5mm(或<1.5mm)的煤泥全部脱除，进不了旋流器，没有了粗煤泥作分选对象，那么分选下限低的优势又有何用呢？这是一个自相矛盾的工艺优势，值得深思。在设置选前脱泥的工艺条件下，应重新审视这一优势还有无实际意义。
—预先脱除的原生煤泥，需要专门分选处理，反而使系统变得更复杂。对炼焦煤而言，这个问题尤为突出。目前作为粗煤泥单独分选可供选择的方法，都不同程度地存在一些问题，工艺效果尚不理想。若勉强为之，则使得综合精煤产率不升反降，得不偿失。
2、选前不脱泥优缺点分析
国内目前采用选前不脱泥，全部原煤入重介质旋流器分选的工艺为数不少。
（1）优点
因选前不脱泥，简化了工艺环节，紧凑了工艺布置，带来了诸多其他好处。有一种观点认为，在设计中对某种工艺的取舍不能只从纯理论去分析论证，必须从工程角度全面考虑技术、经济、橾作、管理诸多因素，综合分析、权衡利弊。
（2）缺点
从理论上讲，选前不脱泥对分选精度，尤其是对细粒级物料的分选精度会造成一定影响。原生煤泥簠大，且易泥化的原煤的影响尤甚。
3、判断选前是否应该脱泥的依据
综上所述，选前脱泥与不脱泥各有优缺点。选前是否需要脱泥主要取决于分选悬浮液中非磁性物含量是否超过允许的限度。为了满足悬浮液流变特性和稳定性双重要求，《选煤厂设计手册（工艺部分）》（1979年版）规定，重介质悬浮液的固体体积浓度应在15%-35%之间。
目前普遍被接受的，也比较符合实际的重介质分选理论认为，当煤粒的粒度为加重质粒度的数十倍以上时，悬浮液可以被看成是密度为两相平均密度的均相的液体，煤粒在其中运动的阻力和真溶液一样；但是，当煤粒粒度接近加重质粒度时，应被看作是在干扰沉降条件下的运动。
因此，在离心力场中因受干扰沉降等沉比的限制，能被有效分选的粒度下限约为加重质最大粒度的5倍以上。然而，据有关方面研究指出，如果悬浮液的固体体积浓度超过30%这个极限，即便是对较粗的块煤，悬浮液也不能被看作是均匀的液体。故悬浮液的固体体积浓度一般不宜超过30%。以此为依据经粗略计算，不同密度悬浮液中含煤泥量的最大允许值见下表。
必须指出的是，悬浮液中允许的煤泥含量除与悬浮液本身的密度有关外，还与磁铁矿粉的细度及被选物料的粒度大小密切相关，所以上表中的数据仅供设计参考，不能作为唯一的依据。
由上表可知，在低密度条件下分选，悬浮液中允许的煤泥含量比较高，一般可不必进行选前脱泥。但在设计时，必须进行工作悬浮液体积浓度校核计算。并确认在此体积浓度条件下，合格介质分流量的大小适度以后，再确定选前是否可以不脱泥。因为分流量过大，存在重介质悬浮液性质不稳定、介质消耗增多等弊端。
炼焦煤因要求的精煤灰分较低，故分选密度大都比较低，使不脱泥入选成为可能。
动力煤若利用两产品重介质旋流器排矸，则是在高密度条件下进行分选，悬浮液中非磁性物的允许含量很少，故一般选前多设预先脱泥环节，以确保煤泥含量不超限。若采用三产品重介质旋流器代替两产品重介质旋流器排矸，则因循环悬浮液密度降至1.5kg/L左右，所允许的煤泥含量可高达50%以上，使不脱泥入选成为可能，简化了流程。
典型重介质旋流器分选流程实例：选前不脱泥，无压入料三产品重介质旋流器分选流程。是目前我国选煤工艺设计中广泛采用的典型重介质旋流器分选流程之一，如下图所示。
该流程有以下特点：
（1）采取轻、重产物系统的稀介质分开磁选（有时也可采用中煤、矸石系统的稀介质合并用一套磁选环节的方式，以简化流程，方便布置），有利于对不同灰分的磁选尾矿分别回收处理，分别掺入不同的产品中。
（2）由精煤系统合格介质分流一部分，采用小直径煤泥重介质旋流器组对其中的粗煤泥（0.5-0.15mm)进行有效分选的流程，在一定程度上弥补了无压入料三产品重介质旋流器有效分选粒度下限较粗的弱点。这样只需要增加很少的设备和环节，就可以从轻产物系统的磁选尾矿中回收已经得到有效分选的粗煤泥，同时减少浮选入料量，有利于提高经济效益。与国外重介质工艺流程相比，多了一个分流环节，而分流量的大小可以采用磁性物测量仪在线检测计算出非磁性物含量是否合格，自动回控分流执行机构的开启度来实现。
（3）该工艺流程可以借鉴澳大利亚模块选煤厂介质密度控制方法，采用在合格介质泵入料管上增设添加清水管，根据密度计在线检测值自动跟踪设定值，微调添加水量，在几秒钟内快捷调整循环悬浮液密度的方式。总之，通过对分流量、循环悬浮液密度的自动检测、调控，该工艺流程可以与国外重介质工艺流程一样实现高度自动化运作。
（4）该流程中仍然存在一些不良闭环，如精磁尾矿经煤泥离心机脱水，离心液又返回精磁尾矿水力分级环节，不尽合理。
（编辑：安安）
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