正交試驗法對六盤水某煤泥浮選條件優化的研究

孟正琴，陳宗素，張永菊

(六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004)

煤炭是我國的主要能源，占一次能源的70%左右，在未來相當長的時期內，煤炭在我國能源結構中的主體地位不會改變。但煤炭又是不潔凈能源，大量燃用煤炭已造成嚴重的大氣污染。造成這一狀況的主要原因是煤炭本身的凈化技術和方法還不十分完善，特別是占煤炭產量約20%的高灰難選細粒煤還不能得到有效的分選。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要2006-2020年》中明確指出：要“促進煤炭的清潔高效利用，降低環境污染”。

隨著我國采煤機械化程度的提高、資源地質條件的惡化、選煤廠大型化建設及重介旋流器的廣泛應用，高灰難選細粒煤比例急劇增加，特別是-200目的微細煤含量高達90%，煤泥可浮性很差，并呈現繼續惡化趨勢，使煤泥分選的矛盾更加突出。造成浮選精煤灰分不斷升高，回收率降低，并成為嚴重制約最終精煤產品質量的技術瓶頸。因此，有必要對～0.50 mm細粒級煤泥進行浮選研究。

1 實驗材料與方法

1.1 煤樣的采集與制備

實驗煤樣來自于六盤水某洗煤廠，通過研磨與篩分得到～0.5 mm煤樣，再繼續進行研磨與篩分得到三個粒度級，分別為0.5 0.2、0.2 0.125、～0.125 mm的煤樣進行正交實驗。

1.2 實驗儀器與藥劑

藥劑：捕收劑采用煤油，起泡劑采用松醇油，均取自當地洗煤廠。

儀器：XFDⅢ型單槽浮選機、振動篩、研缽、過濾機、自動工藝分析儀、101型電熱鼓風干燥箱等。均為實驗室常規儀器。

1.3 正交實驗設計分析

考察粒度級、捕收劑、起泡劑的用量對浮選效率的影響進行了三因素三水平的正交實驗，捕收劑為煤油，起泡劑為松醇油。采用L9(34)正交表進行試驗設計。

表1 因素水平表

2 實驗結果與分析

2.1 煤泥粒度組成

該廠煤泥的精煤綜合灰分為17.60%，通過方差分析得～0.125 mm的粒度級的精煤灰分為17.62%為最好的試樣中顆粒最小，浮選影響最小。

2.2 捕收劑煤油對浮選的影響

按照上述正交設計的方法，分別做了9組實驗，第九組的效果比較好，捕收劑用量400 g/t，起泡劑用量20 g/t，其精煤灰分為13.29%，具體如表2所列。

表2 實驗數據表

表2(續)

以精煤灰分為考察指標，對正交試驗進行直觀分析，結果圖表3所列。由于精煤灰分越低越好。由表可知，粒度級取k2水平，即0.2～0.125 mm時，灰分最低；捕收劑取k3水平，即400 g/t，起泡劑取k2水平，即50 g/t時，精煤灰分最低，如圖1所示。

此外，由表還可以清楚地看出，粒度級、捕收劑用量、起泡劑用量的極差R順序為：R(粒度級)>R(捕收劑用量)>R(起泡劑用量)，因此粒度級是影響浮選的主要因素。當中間粒度時，適合于浮選，粒度過大不容易被氣泡帶動浮出來，粒度過小容易產生造成細泥夾帶，造成精煤灰分增加：

表3 正交實驗直觀分析

圖1 因素水平趨勢圖

此外，為考察煤泥粒度(A)、捕收劑用量(B)、起泡劑用量(C)對精煤灰分是否有顯著影響，對正交試驗數據進行了方差分析。分別計算總離差平方和SST，煤泥粒度的離差平方和(SSA)，捕收劑用量的離差平方和(SSB)，起泡劑用量的離差平方和(SC)和誤差離差平方和的離差平方和(SSe)進行計算，其公式如下：

SSB和SSC計算方法和SSA相同。

由于總試驗次數為9，因此總自由度dfT為9-1=8，由于A、B、C有三個水平，因此各因素的自由度為3-1=2。誤差自由度dfe=8-2-2-2=2。

再計算均方，其公式如下：

再算F比，其公式如下：

F是服從自由度為(dfA,dfe)的F分布(F distribution)。對于給定的顯著性水平，從F分布表查得臨界值Fa(dfA，dfe)，如果FA> Fa(dfA，dfe) ，則認為因素A對試驗結果有顯著影響否則認為因素A對試驗結果沒有顯著影響。

由于dfA、dfe分別為2。F0.01(2，2)、F0.05(2，2)和F0.1(2，2)分別為99，19和9，對比可知，99>粒度級的F比>19，可知粒度級對精煤灰分有顯著影響。捕收劑用量F比<9，起泡劑用量F比<9，可知捕收劑用量、起泡劑用量對浮選精煤灰分無顯著影響。結果如表4所列。

表4 方差分析表

3 結論

粒度級、捕收劑用量和起泡劑用量三個因素對浮選精煤灰分的影響主次為粒度級>捕收劑用量>起泡劑用量。當當粒度級為0.2～0.125 mm、捕收劑用量為400 g/t，起泡劑用量為50 g/t時，精煤灰分最低，條件最優。粒度級、捕收劑用量和起泡劑用量的F比分別為48.53、1.02和0.03，其中粒度級的F大于臨界值，具有顯著影響。