葉輪轉速對煤泥浮選效果及動力學影響分析

張曉燕

(霍州煤電集團公司 辛置煤礦，山西 霍州 031412)

在我國經濟迅速發展的階段，煤炭作為基礎能源，在能源消費比例中仍占有舉足輕重的地位[1-2]。隨著國家對環境保護的要求越來越嚴，煤炭的清潔高效利用尤為重要，洗選加工是實現煤炭清潔利用的第一步[3]。煤炭經洗選后可以提高煤炭的質量，減少污染物的排放，保護環境，節約能源，同時增加了煤炭的利用率。目前國內外對煤炭洗選方式運用最多的就是浮選[3]，尤其對細粒煤的洗選加工最有效。在浮選過程中，浮選條件和煤炭的顆粒性質均會影響浮選效果[4-5]。因此，本文選擇粒度為0.5 mm以下的細粒煤為研究對象，通過調節浮選機葉輪轉速，探究不同密度級細粒煤在葉輪轉速變化下的浮選效果及浮選動力學特性。

1 實驗部分

1.1 試驗煤樣及主要藥劑

試驗煤樣經破碎篩分后烘干，取粒度0.5 mm以下的煤樣裝于密封袋內保存，置于干燥箱內待用。

試驗用的藥劑主要有：捕收劑煤油(化學純)，起泡劑仲辛醇(化學純)，均購于京華化工有限公司。

1.2 試驗裝置

本次試驗采用自制充氣攪拌式浮選槽，結構如圖1所示。試驗參數為：規格為1 L，葉輪直徑50 mm，主軸轉速設為0～1 500 r/min，電磁充氣機充氣，玻璃轉子和調節閥調節充氣量為0～1 000 L/h。具體裝置如圖2所示。

圖1 自制攪拌式浮選槽

圖2 浮選試驗裝置

1.3 試驗步驟及方法

試驗步驟如下：

試驗過程：將試驗煤樣加入浮選槽中攪拌2 min，加入捕收劑煤油1 kg/t，攪拌1 min后加入起泡劑仲辛醇100 g/t，攪拌10 s，充氣量選擇400 L/h[6]，調節葉輪轉速400 r/min、600 r/min、800 r/min、1 000 r/min、1 200 r/min進行浮選實驗，刮泡產品時間間隔為0.5 min，浮選試驗結束后收集精煤(1～6號6個精煤產品)及尾煤，烘干稱重，得到精煤、尾煤產率，求出精煤、尾煤灰分及可燃體回收率。利用數學模型對得到的試驗結果進行擬合，探究浮選速率常數k值的變化規律。

2 結果與討論

2.1 不同葉輪轉速對細粒煤浮選效果的影響

不同轉速下煤泥浮選結果見表1。

表1 不同葉輪轉速對煤泥浮選的影響

從表1可以看出，葉輪轉速增加，細粒煤泥浮選后精煤產率及可燃體回收率也隨之增大。當葉輪轉速從400 r/min增加到1 200 r/min時，精煤產率從27.88%上升到68.21%，可燃體回收率從37.48%增到76.58%，且葉輪轉速增加后，精煤灰分也相應增加。這是因為葉輪轉速的增加增大了浮選槽內流體的湍流程度，提高了充分懸浮的煤泥與浮選槽內氣泡接觸的概率，這樣就增加了礦粒與氣泡粘附概率及碰撞概率[6]，利于浮選。

2.2 不同葉輪轉速下細粒煤浮選動力學分析

將破碎篩分后粒徑為0.5 mm以下的煤樣，用不同濃度(1.3～1.7 kg/L)的氯化鋅重液對其做浮沉試驗，試驗結果見表2。

表2 0.5 mm煤泥浮沉試驗結果

將不同密度級的細粒煤進行浮選，再次調節葉輪轉速為400 r/min、600 r/min、800 r/min和1 000 r/min，每30 s收集一次產品，求得累積回收率。將試驗結果用origin軟件進行擬合處理，處理結果如圖3所示。

圖3 不同密度級煤泥浮選特性曲線

圖4 細粒煤浮選速率常數k隨轉速的變化關系

從圖4可以看出，隨著葉輪轉速的增加，速率常數呈先增大后減小的趨勢。低轉速時，不同密度級的煤泥速率常數差別較大，低密度級(小于1.6 kg/L)的煤泥速率常數較高，高密度級(大于1.6 kg/L)煤泥速率常數較低。隨著葉輪轉速的增加，各密度級煤泥的速率常數均增大，在轉速為600 r/min時，高密度級的煤泥速率常數迅速增大，且繼續增加葉輪轉速后，速率常數變化不明顯。其余密度級的煤泥在葉輪轉速達到1 000 r/min時，速率常數均發生明顯的降低。因此，對于高密度級煤泥，葉輪轉速設定為600 r/min即可達到最佳速率常數，低密度級煤泥最佳葉輪轉速可設為800 r/min。

3 結 語

1) 葉輪轉速的增加可以提高煤泥浮選的精煤產率及可燃體回收率，但灰分也會發生相應的增加，故葉輪轉速不能太大；

2) 根據試驗結果及浮選動力學模型可以得出，試驗煤樣符合一級浮選動力學模型；

3) 葉輪轉速較低時，不同密度級煤泥浮選速率常數差別較大；隨著葉輪轉速的增加，速率常數呈先增大后減小的趨勢。

4) 對于低密度級煤泥，葉輪轉速為800 r/min時，浮選速率常數最佳；高密度級煤泥，葉輪轉速設定600 r/min時，浮選速率常數可達到最佳。