高灰細(xì)粒難浮煤泥的參數(shù)優(yōu)化研究

楊海昌 武立俊 王燁敏

(山西工程技術(shù)學(xué)院礦業(yè)工程系,山西省陽(yáng)泉市,045000)

高灰細(xì)粒難浮煤泥的參數(shù)優(yōu)化研究

楊海昌 武立俊 王燁敏

(山西工程技術(shù)學(xué)院礦業(yè)工程系,山西省陽(yáng)泉市,045000)

針對(duì)高灰細(xì)粒難浮煤泥的浮選效果提升,先后進(jìn)行了捕收劑用量、藥比、入料濃度、充氣量、攪拌速度等各工藝參數(shù)的單因素優(yōu)化試驗(yàn)和正交優(yōu)化試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果表明,通過(guò)工藝參數(shù)的優(yōu)化,可以降低精煤灰分,提高精煤產(chǎn)率,但浮選精煤的數(shù)量和效率仍有較大的提升空間;通過(guò)各參數(shù)對(duì)浮選效果的影響顯著性分析可知,捕收劑用量和藥比對(duì)浮選效果的影響最為顯著.

高灰細(xì)泥 難浮煤泥 浮選效果 參數(shù)優(yōu)化 正交試驗(yàn)

難浮煤泥的有效分選是目前國(guó)內(nèi)外面臨的一大難題,在能源日益枯竭的形勢(shì)下,對(duì)難浮煤泥的浮選進(jìn)行工藝、藥劑、過(guò)程等方面的強(qiáng)化研究顯得尤為迫切.

目前國(guó)內(nèi)外已針對(duì)難浮煤泥的浮選問(wèn)題展開(kāi)了廣泛的研究.然而,目前關(guān)于改善難浮煤泥浮選效果的研究處于理論研究階段的較多,能夠在浮選生產(chǎn)中進(jìn)行普及的研究較少.在浮選生產(chǎn)過(guò)程中,很多工藝參數(shù)和操作參數(shù)都會(huì)影響最終的浮選效果.本文針對(duì)高灰細(xì)粒難浮煤泥,進(jìn)行浮選參數(shù)的優(yōu)化試驗(yàn),研究各工藝參數(shù)對(duì)浮選效果的影響規(guī)律,通過(guò)工藝參數(shù)的優(yōu)化,提高該類型煤泥的浮選效果.

1 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)煤樣為臨渙選煤廠西區(qū)車(chē)間的入浮煤泥,煤種為低硫瘦煤,不考慮硫分的影響和脫硫效果的改善,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的精煤灰分指標(biāo),本研究要求精煤灰分含量在11.00%以內(nèi).

入浮煤泥的篩分粒度組成見(jiàn)表1.主導(dǎo)粒級(jí)為-0.045 mm粒級(jí),含量為40.11%,灰分為38.96%,遠(yuǎn)高于其它粒級(jí)的灰分.這部分超細(xì)粒級(jí)選擇性較差,易產(chǎn)生機(jī)械夾帶和水流夾帶,通常是導(dǎo)致精煤質(zhì)量下降的主要因素,從而導(dǎo)致煤泥難以浮選.對(duì)于較易浮選的中等粒級(jí)(0.25～0.074 mm)煤泥,含量?jī)H為33.74%.

表1 入浮煤泥的粒度組成

浮選試驗(yàn)在XFD-1.5L實(shí)驗(yàn)室浮選機(jī)上進(jìn)行.將煤樣中粒級(jí)大于0.5 mm的部分脫除,根據(jù)GB/T 4757-2001,調(diào)漿2 min后加入捕收劑(煤油)混合2 min,加入起泡劑(雜醇)混合30 s后開(kāi)始充氣,刮泡3 min后分別收集精煤和尾煤,并進(jìn)行過(guò)濾、烘干、稱重、燒灰,計(jì)算各產(chǎn)品的產(chǎn)率和灰分.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 捕收劑用量?jī)?yōu)化

分別在不同捕收劑用量下做小浮選試驗(yàn),其他參數(shù)保持不變:藥比為4∶1,入料濃度為60 g/L,充氣量為0.25 m3/h,葉輪攪拌速度為1800 r/min.試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示.

圖1 浮選完善指標(biāo)、可燃體回收率和精煤灰分隨捕收劑用量的變化情況

由圖1可知,隨著藥劑用量的增加,可燃體回收率一開(kāi)始迅速增加、隨后趨于平穩(wěn)并有所降低.這是由于部分煤粒表面被細(xì)泥覆蓋,少量的藥劑難以在煤粒表面形成連續(xù)油膜,導(dǎo)致煤粒表面疏水性改善效果不明顯,從而在低藥量下難以浮出;隨著藥劑用量的增加,相鄰油滴互相合并,形成連續(xù)的油膜,從而提高煤粒表面的疏水性,使之能夠粘附于氣泡表面成為精煤產(chǎn)品,然而也使高灰細(xì)泥的夾帶更為嚴(yán)重,導(dǎo)致精煤灰分也迅速增加;過(guò)量的藥劑則使礦物的浮選受到抑制.

2.2 藥比優(yōu)化

在藥比分別為2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1的條件下進(jìn)行小浮選試驗(yàn),其他參數(shù)條件不變:捕收劑用量為250 g/t,入料濃度為60 g/L,充氣量為0.25 m3/h,葉輪攪拌速度為1800 r/min.試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.

圖2 浮選完善指標(biāo)、可燃體回收率和精煤灰分隨藥比的變化情況

由圖2可知,隨著藥比從2∶1增加到5∶1,可燃體回收率和精煤灰分均隨之降低.這是由于隨著藥比的增加,起泡劑用量降低,致使氣泡穩(wěn)定性下降,從而導(dǎo)致煤粒的脫落.繼續(xù)增大藥比,可燃體回收率趨于平穩(wěn),精煤灰分有所增加;藥比為5∶1時(shí),精煤灰分達(dá)到極小值,即11.16%.

選取捕收劑用量分別為250 g/t、300 g/t、400 g/t,藥比分別為4∶1、5∶1、6∶1,進(jìn)行析因試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.綜合考慮精煤灰分和浮選完善指標(biāo),選取捕收劑用量為300 g/t、藥比為5∶1.

2.3 礦漿濃度優(yōu)化

在入料濃度分別為60 g/L、70 g/L、80 g/L、90 g/L的條件下進(jìn)行小浮選試驗(yàn),其他試驗(yàn)條件不變:捕收劑用量為300 g/t,藥比為5∶1,充氣量為0.25 m3/h,葉輪攪拌速度為1800 r/min.試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.

圖3 藥劑用量對(duì)浮選效果的影響

圖4 入料濃度對(duì)浮選效果的影響

由圖4可知,隨著入料濃度從60 g/L增加到80 g/L,可燃體回收率、精煤灰分逐漸增加,但幅度較小;入料濃度增大至90 g/L時(shí),可燃體回收率有所下降,精煤灰分增加幅度變大,浮選完善指標(biāo)降低.這是由于較低的礦漿濃度有利于增加浮選藥劑對(duì)細(xì)粒煤泥的選擇性,而較高的礦漿濃度則會(huì)降低選擇性.

2.4 充氣量?jī)?yōu)化

在充氣量分別為0.15 m3/h、0.20 m3/h、0.25 m3/h、0.30 m3/h、0.35 m3/h的條件下進(jìn)行小浮選試驗(yàn),其他試驗(yàn)條件不變:捕收劑用量為300 g/t,藥比為5∶1,入料濃度為80 g/L,葉輪攪拌速度為1800 r/min.試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.

圖5 充氣量對(duì)浮選效果的影響

由圖5可知,隨著充氣量的增大,可燃體回收率迅速增加,精煤灰分先趨于平緩,后有所增加.這是由于隨著氣泡數(shù)量的增加,更多的煤粒粘附在氣泡上浮出,但是充氣量過(guò)大時(shí),對(duì)礦漿的穩(wěn)定造成了擾動(dòng),增加了高灰細(xì)泥的夾帶.

2.5 攪拌速度優(yōu)化

在攪拌速度分別為1500 r/min、1700 r/min、1900 r/min、2100 r/min、2300 r/min、2500 r/min、2700 r/min的條件下進(jìn)行小浮選試驗(yàn),其他試驗(yàn)條件保持不變:捕收劑用量為300 g/t,藥比為5∶1,入料濃度為80 g/L,充氣量為0.25 m3/h.試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示.

圖6 攪拌速度對(duì)浮選效果的影響

由圖6可知,隨著攪拌速度的增加,可燃體回收率、浮選完善指標(biāo)均先增加,而后有所下降,精煤灰分則逐漸增加.這是由于攪拌強(qiáng)度的增加使氣泡尺寸不斷減小,形成更多的微泡,而微泡更有利于浮選過(guò)程的進(jìn)行,同時(shí)強(qiáng)的攪拌強(qiáng)度也可以促進(jìn)捕收劑油滴在煤粒表面發(fā)生有效吸附;但是在較高攪拌強(qiáng)度下,礦漿擾動(dòng)增加,且高灰細(xì)泥易發(fā)生團(tuán)聚、覆蓋,容易包裹在煤粒表面,從而導(dǎo)致精煤灰分的增加.

經(jīng)過(guò)單因素優(yōu)化試驗(yàn)后,在捕收劑用量為300 g/t、藥比為5∶1、入料濃度為80 g/L、充氣量為0.25 m3/h、攪拌速度為1700 r/min的試驗(yàn)條件下,精煤灰分低于11%,達(dá)到10.98%,精煤產(chǎn)率為43.62%,可燃體回收率為53.95%.

2.6 正交試驗(yàn)

為了進(jìn)一步分析各因素對(duì)浮選結(jié)果的影響,設(shè)計(jì)16組正交試驗(yàn).確定捕捉劑用量、藥比、礦漿濃度、充氣量、攪拌速度為5因素,每個(gè)因素設(shè)置4水平.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表見(jiàn)表2.正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果 %

由表3可知,第6組試驗(yàn)為最優(yōu)組合,此組的試驗(yàn)參數(shù)為:捕收劑用量為250 g/t、藥比為4∶1、入料濃度為70 g/L、充氣量為0.30 m3/h、攪拌速度為1900 r/min.試驗(yàn)結(jié)果顯示,精煤灰分為10.97%,精煤產(chǎn)率為50.87%,浮選效果好于單因素優(yōu)化后的試驗(yàn)結(jié)果,同時(shí)也好于現(xiàn)場(chǎng)月綜合數(shù)據(jù)(現(xiàn)場(chǎng)浮選精煤平均灰分11.37%,平均產(chǎn)率49.90%).根據(jù)小浮沉試驗(yàn)結(jié)果,精煤灰分為10.97%時(shí),理論精煤產(chǎn)率為58.00%,數(shù)量效率為87.71%.試驗(yàn)結(jié)果表明,通過(guò)參數(shù)優(yōu)化,可以降低精煤灰分至達(dá)標(biāo)水平,同時(shí)精煤產(chǎn)率也有略微的提高,但是浮選精煤的數(shù)量效率相對(duì)于100%依然有較大的提升空間;若需進(jìn)一步提高該煤泥的浮選效果,則需從其它方向如新工藝、新型捕收劑、新型浮選設(shè)備等方面進(jìn)一步研究.

2.6.1 精煤灰分正交試驗(yàn)分析

精煤灰分正交試驗(yàn)方差分析見(jiàn)表4.由表4可以看出,各因素對(duì)精煤灰分的影響大小順序?yàn)?捕收劑＞藥比＞濃度＞攪拌速度＞充氣量,根據(jù)極差R和離差平方和Si,捕收劑和藥比影響精煤灰分的顯著性遠(yuǎn)高于其它參數(shù).

表4 精煤灰分正交試驗(yàn)方差分析表

2.6.2 精煤可燃體回收率正交試驗(yàn)分析

可燃體回收率正交試驗(yàn)方差分析見(jiàn)表5由表5可以看出,各因素對(duì)精煤可燃體回收率的影響大小順序?yàn)?捕收劑＞藥比＞充氣量＞濃度＞攪拌速度,根據(jù)極差R和離差平方和Si,捕收劑和藥比影響精煤產(chǎn)率的顯著性遠(yuǎn)高于其它參數(shù).

表5 可燃體回收率正交試驗(yàn)方差分析表

2.6.3 浮選完善指標(biāo)正交試驗(yàn)分析

浮選完善指標(biāo)彪形大漢交試驗(yàn)分析見(jiàn)表6由表6可以看出,各因素對(duì)浮選完善指標(biāo)的影響大小順序?yàn)?捕收劑＞藥比＞充氣量＞攪拌速度＞濃度,根據(jù)極差R和離差平方和Si,捕收劑和藥比影響浮選完善指標(biāo)的顯著程度遠(yuǎn)高于其它參數(shù).

表6 浮選完善指標(biāo)正交試驗(yàn)直觀分析表

根據(jù)以上正交試驗(yàn)結(jié)果分析,捕收劑和藥比對(duì)精煤灰分、精煤產(chǎn)率、浮選完善指標(biāo)均有較為顯著的影響,而其它因素的影響顯著性相對(duì)較低.

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)高灰細(xì)粒難浮煤泥進(jìn)行單因素優(yōu)化試驗(yàn)和正交試驗(yàn),得出以下結(jié)論:

(1)捕收劑用量的增加可以提高可燃體回收率,也導(dǎo)致精煤灰分的增加;藥比的增加則降低可燃體回收率,精煤灰分隨之先降低后增加;適當(dāng)?shù)卦黾尤肓蠞舛瓤梢蕴岣呖扇俭w回收率,過(guò)高的入料濃度反而會(huì)降低可燃體回收率;增加充氣量和攪拌速度均能提高可燃體回收率,同時(shí)帶來(lái)精煤灰分的增加.

(2)通過(guò)參數(shù)優(yōu)化,可以提高高灰細(xì)粒難浮煤泥的浮選效果,但浮選精煤數(shù)量效率還有較大的提升空間;若要進(jìn)一步提高該類型難浮煤泥的浮選效果,還需從新工藝、新型藥劑、新型設(shè)備等方面展開(kāi)進(jìn)一步研究.

(3)在各工藝參數(shù)中,捕收劑用量和藥比對(duì)浮選效果的影響顯著性最大,遠(yuǎn)高于其它參數(shù),因此在現(xiàn)場(chǎng)的浮選操作中,對(duì)藥劑用量的控制需要更加嚴(yán)謹(jǐn).

[1] 桂夏輝,程敢,劉炯天等.異質(zhì)細(xì)泥在煤泥浮選中的過(guò)程特征[J].煤炭學(xué)報(bào),2012(2)

[2] 周成龍,彭耀麗,陳昱冉等.新型藥劑對(duì)昔陽(yáng)難浮煤泥浮選效果的改善及其機(jī)理研究[J].中國(guó)煤炭, 2016(4)

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(責(zé)任編輯 陶 賽)

Research on flotation process optimization of high-ash fine coal slime

Yang Haichang,Wu Lijun,Wang Yemin
(Department of Mining Engineering,Shanxi Institute of Technology,Yangquan,Shanxi 045000,China)

To improve the flotation behavior of hard-to-float fine coal treated by different conditions,including collector level,reagent ratio,flotation pulp density,aeration quantity,agitation speed,respectively,single factor and orthogonal optimization test was conducted.Experiment result showed that concentrate ash content and concentrate yield were optimized,meanwhile the quantitative efficiency was not high enough;the impact significance determination analysis of various factors indicated that collector level and reagent ratio were proven that contributed most to the flotation results.

high-ash fine slime,hard-to-float coal,flotation performance,parameter optimization,orthogonal test

TD94

A

楊海昌(1991-),男,河南新鄉(xiāng)人,助教,碩士研究生,主要研究方向?yàn)榧?xì)粒煤分選。