高灰細粒難浮煤泥的參數優化研究

楊海昌 武立俊 王燁敏

(山西工程技術學院礦業工程系,山西省陽泉市,045000)

高灰細粒難浮煤泥的參數優化研究

楊海昌 武立俊 王燁敏

(山西工程技術學院礦業工程系,山西省陽泉市,045000)

針對高灰細粒難浮煤泥的浮選效果提升,先后進行了捕收劑用量、藥比、入料濃度、充氣量、攪拌速度等各工藝參數的單因素優化試驗和正交優化試驗.試驗結果表明,通過工藝參數的優化,可以降低精煤灰分,提高精煤產率,但浮選精煤的數量和效率仍有較大的提升空間;通過各參數對浮選效果的影響顯著性分析可知,捕收劑用量和藥比對浮選效果的影響最為顯著.

高灰細泥 難浮煤泥 浮選效果 參數優化 正交試驗

難浮煤泥的有效分選是目前國內外面臨的一大難題,在能源日益枯竭的形勢下,對難浮煤泥的浮選進行工藝、藥劑、過程等方面的強化研究顯得尤為迫切.

目前國內外已針對難浮煤泥的浮選問題展開了廣泛的研究.然而,目前關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,能夠在浮選生產中進行普及的研究較少.在浮選生產過程中,很多工藝參數和操作參數都會影響最終的浮選效果.本文針對高灰細粒難浮煤泥,進行浮選參數的優化試驗,研究各工藝參數對浮選效果的影響規律,通過工藝參數的優化,提高該類型煤泥的浮選效果.

1 試驗過程

試驗煤樣為臨渙選煤廠西區車間的入浮煤泥,煤種為低硫瘦煤,不考慮硫分的影響和脫硫效果的改善,結合現場的精煤灰分指標,本研究要求精煤灰分含量在11.00%以內.

入浮煤泥的篩分粒度組成見表1.主導粒級為-0.045 mm粒級,含量為40.11%,灰分為38.96%,遠高于其它粒級的灰分.這部分超細粒級選擇性較差,易產生機械夾帶和水流夾帶,通常是導致精煤質量下降的主要因素,從而導致煤泥難以浮選.對于較易浮選的中等粒級(0.25～0.074 mm)煤泥,含量僅為33.74%.

表1 入浮煤泥的粒度組成

浮選試驗在XFD-1.5L實驗室浮選機上進行.將煤樣中粒級大于0.5 mm的部分脫除,根據GB/T 4757-2001,調漿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后開始充氣,刮泡3 min后分別收集精煤和尾煤,并進行過濾、烘干、稱重、燒灰,計算各產品的產率和灰分.

2 試驗結果與分析

2.1 捕收劑用量優化

分別在不同捕收劑用量下做小浮選試驗,其他參數保持不變: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.試驗結果如圖1所示.

圖1 浮選完善指標、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,可燃體回收率一開始迅速增加、隨后趨于平穩并有所降低.這是由于部分煤粒表面被細泥覆蓋,少量的藥劑難以在煤粒表面形成連續油膜,導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品,然而也使高灰細泥的夾帶更為嚴重,導致精煤灰分也迅速增加;過量的藥劑則使礦物的浮選受到抑制.

2.2 藥比優化

在藥比分別為2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1的條件下進行小浮選試驗,其他參數條件不變: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.試驗結果如圖2所示.

圖2 浮選完善指標、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,致使氣泡穩定性下降,從而導致煤粒的脫落.繼續增大藥比,可燃體回收率趨于平穩,精煤灰分有所增加;藥比為5∶1時,精煤灰分達到極小值,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,進行析因試驗.試驗結果如圖3所示.綜合考慮精煤灰分和浮選完善指標,選取捕收劑用量為300 g/t、藥比為5∶1.

2.3 礦漿濃度優化

在入料濃度分別為60 g/L、70 g/L、80 g/L、90 g/L的條件下進行小浮選試驗,其他試驗條件不變: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.試驗結果如圖4所示.

圖3 藥劑用量對浮選效果的影響

圖4 入料濃度對浮選效果的影響

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,可燃體回收率有所下降,精煤灰分增加幅度變大,浮選完善指標降低.這是由于較低的礦漿濃度有利于增加浮選藥劑對細粒煤泥的選擇性,而較高的礦漿濃度則會降低選擇性.

2.4 充氣量優化

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的條件下進行小浮選試驗,其他試驗條件不變: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.試驗結果如圖5所示.

圖5 充氣量對浮選效果的影響

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量的增加,更多的煤粒粘附在氣泡上浮出,但是充氣量過大時,對礦漿的穩定造成了擾動,增加了高灰細泥的夾帶.

2.5 攪拌速度優化

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的條件下進行小浮選試驗,其他試驗條件保持不變: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.試驗結果如圖6所示.

圖6 攪拌速度對浮選效果的影響

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程的進行,同時強的攪拌強度也可以促進捕收劑油滴在煤粒表面發生有效吸附;但是在較高攪拌強度下,礦漿擾動增加,且高灰細泥易發生團聚、覆蓋,容易包裹在煤粒表面,從而導致精煤灰分的增加.

經過單因素優化試驗后,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的試驗條件下,精煤灰分低于11%,達到10.98%,精煤產率為43.62%,可燃體回收率為53.95%.

2.6 正交試驗

為了進一步分析各因素對浮選結果的影響,設計16組正交試驗.確定捕捉劑用量、藥比、礦漿濃度、充氣量、攪拌速度為5因素,每個因素設置4水平.正交試驗設計表見表2.正交試驗結果見表3.

表2 正交試驗設計表

表3 正交試驗結果 %

由表3可知,第6組試驗為最優組合,此組的試驗參數為: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.試驗結果顯示,精煤灰分為10.97%,精煤產率為50.87%,浮選效果好于單因素優化后的試驗結果,同時也好于現場月綜合數據(現場浮選精煤平均灰分11.37%,平均產率49.90%).根據小浮沉試驗結果,精煤灰分為10.97%時,理論精煤產率為58.00%,數量效率為87.71%.試驗結果表明,通過參數優化,可以降低精煤灰分至達標水平,同時精煤產率也有略微的提高,但是浮選精煤的數量效率相對于100%依然有較大的提升空間;若需進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、新型浮選設備等方面進一步研究.

2.6.1 精煤灰分正交試驗分析

精煤灰分正交試驗方差分析見表4.由表4可以看出,各因素對精煤灰分的影響大小順序為:捕收劑＞藥比＞濃度＞攪拌速度＞充氣量,根據極差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高于其它參數.

表4 精煤灰分正交試驗方差分析表

2.6.2 精煤可燃體回收率正交試驗分析

可燃體回收率正交試驗方差分析見表5由表5可以看出,各因素對精煤可燃體回收率的影響大小順序為:捕收劑＞藥比＞充氣量＞濃度＞攪拌速度,根據極差R和離差平方和Si,捕收劑和藥比影響精煤產率的顯著性遠高于其它參數.

表5 可燃體回收率正交試驗方差分析表

2.6.3 浮選完善指標正交試驗分析

浮選完善指標彪形大漢交試驗分析見表6由表6可以看出,各因素對浮選完善指標的影響大小順序為:捕收劑＞藥比＞充氣量＞攪拌速度＞濃度,根據極差R和離差平方和Si,捕收劑和藥比影響浮選完善指標的顯著程度遠高于其它參數.

表6 浮選完善指標正交試驗直觀分析表

根據以上正交試驗結果分析,捕收劑和藥比對精煤灰分、精煤產率、浮選完善指標均有較為顯著的影響,而其它因素的影響顯著性相對較低.

3 結論

通過對高灰細粒難浮煤泥進行單因素優化試驗和正交試驗,得出以下結論:

(1)捕收劑用量的增加可以提高可燃體回收率,也導致精煤灰分的增加;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;適當地增加入料濃度可以提高可燃體回收率,過高的入料濃度反而會降低可燃體回收率;增加充氣量和攪拌速度均能提高可燃體回收率,同時帶來精煤灰分的增加.

(2)通過參數優化,可以提高高灰細粒難浮煤泥的浮選效果,但浮選精煤數量效率還有較大的提升空間;若要進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、新型設備等方面展開進一步研究.

(3)在各工藝參數中,捕收劑用量和藥比對浮選效果的影響顯著性最大,遠高于其它參數,因此在現場的浮選操作中,對藥劑用量的控制需要更加嚴謹.

[1] 桂夏輝,程敢,劉炯天等.異質細泥在煤泥浮選中的過程特征[J].煤炭學報,2012(2)

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

[3] 陳智超,李志紅,樊民強.高細泥含量難浮煤泥的反、正兩段浮選工藝[J].中國煤炭,2015(7)

[4] 屈進州.低階煤活性油泡浮選行為與浮選工藝研究[D].徐州:中國礦業大學,2015

(責任編輯 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,河南新鄉人,助教,碩士研究生,主要研究方向為細粒煤分選。