在选煤厂，原煤准备工艺的任务就是将入厂原煤进行筛分、破碎和捡矸等，使入选原煤在粒度和其他性质上符合后续分选环节的要求。本章我们将对筛分及筛分机械、破碎及破碎机械作一些介绍。 第一节 筛分及筛分机械
一、概述
（一）基本概念
1．粒度
描述单一颗粒大小的尺寸称为粒度，单位为mm或μm。球形或立方体颗粒的粒度即为直径或边长；对于外形不规则的颗粒，其粒度以三维尺寸（长a、宽b、高c）的算术平均值或几何平均值表示。
用某种方法（如筛分）将粒度范围宽的物料分离成若干个粒度范围窄的级别，这些级别均称为粒级，各粒级均以其上限粒度（d1）和下限粒度（d2）表示，如d1~d2或d2~d1或-d1+d2表示。 3．粒度组成
各粒级按粗、细不同顺序排列，并指明各粒级占物料总量的质量分数，这种资料称为粒度组成。它描述物料的粒度分布情况，通常以粒度组成表表示。例如，某种物料中，1~0.074mm粒级占15.3%，即这一级别范围的物料最大粒度为1mm，最小为0.074mm。这一粒级物料的含量占整个物料的15.3%。
4．平均粒度
描述物料的粒度称为平均粒度。对d1/d2＜的粒级，及粒度范围较窄的物料，其平均粒度d=(d1+d2)/2；对于粒度范围较宽的物料，通常有数个粒级，要用统计学上求平均值的方法计算其加权算术平均粒度ds，或加权几何平均粒度dj，或加权调和平均粒度dt：
（2-1）
（2-2）
（2-3）
式中，ri是平均粒度为di的粒级物料总量的质量分数。
对同一物料采用不同的计算方法所得到的平均粒度值是不同的，一般ds＞dj＞dt。往往有这种情况，两批物料的平均粒度相等，但它们各相同粒度的质量分数却完全相同。为了能更全面地物料的粒度性质，需引入偏差系数k来说明物料的均匀程度。
（2-4）
式中，δ为标准差，；其他符号含义同前。通常认为k＜40%的物料是均匀的；k=40%~60%的物料是较均匀；k＞60%的物料是不均匀的。
5．分级
分级是指物料按颗粒大小（粒度范围）分成若干粒级的作业。分级方法主要有水力分级、风力分级和筛分三种类型。
水力分级就是不同的物料在水介质中按其沉降速度的不同分成若干粒级的作业。它多用于细粒带水物料的分级，例如洗煤厂煤泥分级、煤泥水的澄清浓缩。常见的设备有角锥池、斗子捞坑、浓缩机等。风力分级就是使用空气作为分级介质的分级作业，主要处理0.5mm以下的煤尘和矿尘。选煤厂使用的集尘器就是风力分级的一个例子。
6．筛分
筛分是指颗粒大小不同的混合物料通过单层或多层筛面按粒度分成若干个不同粒级的作业。 物料中粒度大于筛孔尺寸的颗粒留在筛面上成为筛上物，物料中粒度小于筛孔尺寸的颗粒透过筛面成为筛下物。
通常用一个筛面可以得到两种产物，用几个筛孔尺寸依次不同的筛面进行筛分时，可得到不同粒度级别的产物。通过筛分所得到产物的数目比筛面数目多一个。
筛分产物可以用相应筛面的筛孔尺寸来表示。如筛面为一个，筛孔尺寸为d，则筛上物用+d（>d）、筛下物用-d（<d）表示；如筛面有两个，大筛孔尺寸为d1，小筛孔尺寸为d2，则3个产物可分别表示为+ d1、-d1+ d2、-d2（中间产物也可用d1~ d2或d2~ d1表示）；对于3个、4个以及更多个筛面的产物，可依上述方法类推。
7．筛序
进行筛分作业应用若干个筛面，按其筛孔尺寸的大小不同，以一定的顺序依次排列所形成的系列称筛序。
8．筛比
在同一筛序的若干筛面上，每相邻筛面的上层筛面筛孔尺寸和下层筛面筛孔尺寸之比称为筛比，筛比通常为常数。
（二）粒度分析
粒度分析是一种技术操作，它的任务是测定碎散物料的粒度。特性粒度分析的方法有多种，在选煤、选矿过程中常用的粒度分析法有如下几种：
1．筛分分析
利用筛孔大小不同的一套筛子对物料进行筛分，用n层筛面，就可以物料分成（n+1）个级别。通常以矿粒能通过的最小正方形筛孔作为该级别的粒度。如上层筛面上筛孔尺寸为d1，相邻的下层筛面上筛孔尺寸为d2，则两层筛面之间的这一粒级的物料就可以表示为：＜d1，＞d2，或d1 ~d2。对于大于0.045mm以上的物料的粒度组成，一般采用筛分分析。大于100μm级用干筛，小于100μm级采用湿筛，此方法简单，易于操作，但受颗粒形状的影响较大。
2．沉积分析
沉积分析是利用不同尺寸的颗粒在水介质中沉降速度差分成若干个粒级，所以此法又称水析法。它测得的是具有相同沉降速度的当量球径，显然它要受到物料密度差的影响。沉积分析适于沉淀1~75μm粒级的粒度组成。
3．显微镜分析
此法主要用来分析微细物料，可直接测量颗粒的形状和大小。最佳测量范围为0.5~20μm。在工业上，应用最多最广的还是筛分分析的方法。
（三）筛分试验
煤炭筛分试验是测定煤炭粒度组成和各粒级质量的一种基本方法。通过筛分试验，可了解各生产煤层的产块率和不同粒级煤的质量特征。所得筛分资料是合理利用煤炭资源，制定煤炭产品质量标准的重要依据，也是指导筛选厂生产的依据。
GB/T 477-2008规定了煤炭筛分试验的总则、煤样、设备和操作、分析化验项目和结果整理等，适用于测定褐煤、烟煤和无烟煤等样各粒级的产率和灰分、水分、硫分等。
（四）筛分作业的种类
在选煤厂和筛选厂中，筛分作业广泛地应用于原煤准备和产品处理上。
1．按筛分方式划分
按筛分方式的不同，筛分作业分为：
1）干法筛分
不借助水的作用，使不同粒度的固体物料进行筛分。
2）湿法筛分
借助水的作用，使不同粒度的固体物料进行筛分，以提高筛分效果。
2．按筛分的任务划分
按筛分的任务，筛分作业分为：
1）准备筛分
也称预先筛分。在选煤厂按破碎作业和分选作业的要求，将原料煤分成不同的粒级，为煤炭进一步加工作准备。
破碎作业前，准备筛分是为了将已经合格的粒级和需要破碎的大块分开，避免合格物料过度粉碎。
各种选煤方法和设备都要求一定的入选粒级，否则将严重影响分选效果和设备正常运转。
2）检查筛分
将破碎产物中粒度不合格的大块物料分出，再进行破碎，以保证对产物的粒度要求。图2-1是原煤准备的工艺流程，从中可以看出准备筛分和检查筛分在流程中的作用。
图2-1 原煤准备工艺流程图
3）最终筛分
筛分的各粒级产品是直接供给用户的商品煤。用作分级作业的筛子叫分级筛。最终筛分的粒级要根据煤质、粒度组成和用户的要求，按国家现行标准来确定最终的分级产物。
我国国家标准GB/T 3751-2007《煤质及煤分析有关术语》中规定的煤炭粒级术语和定义见表2-1。
表2-1 煤炭粒级术语和定义
术语名称 | 定义 | 术语名称 | 定义 |
特大块煤 大块煤 中块煤 小块煤 粒煤 | 粒度大于100mm的煤 粒度大于50mm的煤 粒度介于25~50mm的煤 粒度介于13~25mm的煤 粒度介于6~13mm的煤 | 混块煤 混中块煤 混煤 末煤 粉煤 | 粒度大于13mm的煤 粒度介于13~80mm的煤 粒度小于50mm的煤 粒度小于25或13mm的煤 粒度小于6mm的煤 |
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4）脱水筛分
以降低入料水分为目的的筛分叫脱水筛分，在选煤厂主要用于选后产品的脱水。用作脱水作业的筛子叫做脱水筛。
5）脱泥筛分
用湿法从煤或煤水混合物中以脱除煤泥为目的的筛分叫脱泥筛分。选煤厂为了减少高灰分细泥对精煤的污染，在筛上脱水过程中，加强力喷水冲洗，以脱除部分细泥。在重介质选煤厂，为了减少煤泥对介质系统的污染，在煤进入重介分选机之前也要采用脱泥筛分。
6）脱介筛分
从重介质分选机的产物中以脱除重介质为目的的筛分叫脱介筛分。重介选煤产品在筛子上用喷加强力清水的办法，使产品与加重质分离。
7）选择性筛分
选择性筛分是指在筛分过程中，煤炭不仅按粒度分级，而且也按质量分级的筛分。例如，
在含黄铁矿硫为主的高硫煤中，硫分大部分集中在大块煤内，通过筛分去除大块，可把硫分降低。又如，某些原煤中末煤灰分较低而大块煤的灰分较高，通过筛分分出大块，可使末煤质量提高1~2级。当煤和矸石硬度差别较大时，用滚筒碎选机破碎筛分，也能实现按质量的分级。
（五）筛分方法
物料的筛分是在物料和筛面的相对运动的过程中完成的。由于物料和筛面之间的相对运动的方式不同，从而形成了不同的筛分方法。
1．滑动式筛分法
物料在倾斜固定不动的筛面上靠自重下滑（图2-2a）。这种筛分方法效率较低，处理能力小。
原煤分级筛2．推动式筛分法
组成筛面的筛条转动，物料的运动是通过筛面运动构件的接力推送，而使物块向前运动（图2-2b），滚轴筛就是用这种原理制成的。
3．滚动式筛分法
筛面是个倾斜安装的圆筒，工作时匀速转动，物料在这倾斜的转筒滚动的同时下滑（图2-2c），最早使用的是圆筒筛。
4．摇动式筛分法
筛面可安装成水平或倾斜位置，工作时筛面在水平内作往复运动。为了使筛子与物料之间有相对运动，当筛面水平安置时筛面要作差动运动，倾斜安置时可作谐振动，物料沿筛面步步滑进（图2-2d）。
5．抛射式筛分法
筛面是在垂直的纵平面内说简谐振动，筛面的运动轨迹是直线、圆形或椭圆形，物料是在垂直的纵平面内被抛起而前进（图2-2e），这种设备叫振动筛。
图2-2 各种筛分方法
（五）筛分顺序
最终筛分或准备筛分有时要把物料筛分成两个粒级以上的产物，这就出现了筛分顺序的问题。筛分顺序有以下3种。
1．由细到粗的筛分
见图2-3。这种顺序的优点是易于检查和更换筛面；筛下便于设仓；运输方便；设备所占高度较小。但其缺点是全部物料都要通过细孔筛面，使细孔筛面磨损快，筛分效率低，脆性物料的大块易在筛面上相互擦碎。所以这种筛分顺序用得较少。
图2-3 由细到粗筛分图
2．由粗到细的筛分
如图2-4所示。这种筛分顺序的优点是由于粗粒先筛出，细了筛面上物料数量少，故细孔筛面磨损小，细粒级筛分效率较高，粗粒级在筛分过程中破碎较少；同时，因筛面重叠，可节省厂房面积。其缺点是清理和更换下层筛面不方便，在厂房中占的高度较大，而且产物的运输也较困难。
图2-4 由粗到细筛分图
3．混合筛分
如图2-5所示。它由上两种混合而成。这种筛分顺序的特点是从中间粒级开始筛分，以后分成两个系统，使筛分过程简便、迅速。
图2-5 混合筛分
以上3种筛分顺序比较，混合筛分顺序为好。
（七）筛分过程
碎散物料的筛分过程，可以看作由两个阶段组成：一是小于筛孔尺寸的细颗粒通过粗颗粒所组成的物料层到达筛面；二是细颗粒透过筛孔。要想完成上述两个过程，必须具备最基本的条件，就是物料和筛面之间要存在着相对运动。为此，筛箱应具有适当的运动特性，一方面使筛面上的物料层成松散状态；另一方面，使堵在筛孔上的粗颗粒闪开，保持细粒透筛之路畅通。
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