瓦斯泥浮选提碳正交试验研究

王 玲，聂轶苗，张晋霞，戴奇卉，赵靖雯

(1.河北联合大学矿业工程学院，河北 唐山 063009;2.河北省矿业开发与安全技术实验室，河北 唐山 063009;3.河北省地矿局第五地质大队，河北 唐山 063000)



瓦斯泥浮选提碳正交试验研究

王 玲1，2，聂轶苗1,2，张晋霞1，2，戴奇卉1，赵靖雯3

(1.河北联合大学矿业工程学院，河北 唐山 063009;2.河北省矿业开发与安全技术实验室，河北 唐山 063009;3.河北省地矿局第五地质大队，河北 唐山 063000)

瓦斯泥中碳的提取一般采用浮选，柴油或煤油为捕收剂，2#油作起泡剂，然而对于不同性质的瓦斯泥，浮选效果却大不相同。为了详细研究各种因素对瓦斯泥高效浮选提碳的影响，本文针对某地瓦斯泥提碳浮选设计了正交试验，并对试验结果进行了极差分析。研究表明，对于固定碳含量和精矿回收率而言，矿浆浓度和高效浮选药剂的用量对其影响最大。该试验研究结果为类似性质的瓦斯泥浮选提碳具有一定的参考价值。

瓦斯泥;浮选提碳;正交试验研究

高炉瓦斯泥是高炉炼铁过程中随煤气排出的细小颗粒，经湿式除尘后而得到的泥浆状产物[1]。目前，我国对高炉瓦斯泥的处理方法主要是：直接外排堆放、作烧结配料、水泥校正料或制砖瓦、综合回收利用[2]。前面三者或者对环境会造成二次污染或应用有限，本文对河北某地高炉瓦斯泥进行浮选选别研究，以提取其中有价碳元素，然而对于瓦斯泥提碳有两个方面的主要问题，一是浮选效果因原矿性质差异而大不相同，二是浮选选别效果不佳。针对这两个方面的问题，文中主要研究了浮选过程中的各种因素，为瓦斯泥的高效提碳提供了基础数据。

1 原矿性质研究

1.1 原矿多元素分析

原矿多元素分析结果如表1所示。

由原矿多元素结果可知，该瓦斯泥中有用元素主要为铁和碳，全铁含量为20.05%，碳含量为29.07%。

1.2 物相研究

通过对原矿进行显微镜镜下观察，含铁矿物以赤铁矿为主，碳主要以焦炭的形式存在，多呈粒状嵌镶结构，部分呈不规则状、条带状、片状结构，颗粒粒度多集中在0.04～0.2mm之间。脉石矿物主要为长石、石英。

表1 瓦斯泥多元素分析结果表/%

1.3 粒度组成

原矿粒度分析结果见表2。

从表2可见，该瓦斯泥粒度较细，-0.074mm含量为52.67%，且固定碳的分布不均匀，主要分布在-0.15+0.074mm之间。

2 正交试验设计

在大量探索试验和单条件试验基础上，初步确定浮选条件为：高效药剂NG，捕收剂：柴油，起泡剂为2#油，矿浆浓度为10%。在设计正交试验时需要考虑各因素之间是否存在交互作用，交互作用的判断分别在每两个因素之间进行，每个因素分别选用两个水平进行判断，各因素及水平见表3，试验结果以碳精矿品位进行判定。

表2 瓦斯泥粒度筛析结果

表3 交互作用判断的因素及水平表

分别取以上两因素所得的一次粗选所得碳精矿品位作图，可得两直线，如当捕收剂用量为200g/t，高效药剂用量为25g/t，其他浮选条件不变时，一次粗选所得精矿的固定碳含量为38.15%，当捕收剂用量为500g/t，高效药剂用量为25g/t，其他浮选条件不变时，一次粗选所得精矿的固定碳含量为41.16%，由这两点可得图1A中的直线A(以实心正三角形标注)，其余直线的得出与之类似。将以上四个因素两两交互作用曲线分别给出，由相应的两直线是否相交来判断其是否具有交互作用(图1)。

图1 交互作用判断图

由图1可见，存在交互作用影响的因素组合为：AB、AD、BC，即：高效药剂与捕收剂、高效药剂与起泡剂、捕收剂与矿浆浓度，而高效药剂与矿浆浓度(BD)、捕收剂与起泡剂(AC)、起泡剂与矿浆浓度(CD)之间不存在交互作用，在此基础上进行正交试验设计，浮选试验用XFD实验用单槽1.0L浮选机，浮选过程进行一次粗选试验，各因素及其水平见表4。

表4 瓦斯泥高效浮选提碳正交试验因素水平

考虑到以上有交互作用影响的因素，在设计正交试验表时，需考虑的是上面四个因素三水平，同时，还要考虑三个交互作用，那么至少要2×(7-1)+1=13列，因此选用了L18(37)，如表5的正交试验表头，正交试验结果在表5中以固定碳含量及其回收率的结果给出。

表5中数据表明，当实验条件取A3B2C1D2(即：捕收剂550g/t，高效药剂70g/t，起泡剂5g/t，矿浆浓度为10%)时，所得精矿的固定碳含量最高，为43.98%，此时对应的回收率也是最高值，91.81%。

在得到最佳正交试验结果之后，进行了验证试验，经一次粗选，获得粗选精矿中固定碳含量为43.99%，回收率为90.88%，粗选尾矿中铁品位为43.27%，回收率为86.90%，此结果与正交试验结果吻合。

3 正交试验分析

为了进一步确定最佳试验条件是否为A3B2C1D2，同时研究各个因素对固定碳含量和回收率的影响规律，对表5中数据进行正交试验分析，分别计算各个因素水平的固定碳含量极差值和回收率极差值，结果见表6所示。

表5 瓦斯泥高效浮选提碳的正交试验设计及结果

表6 瓦斯泥高效浮选提碳的正交试验结果分析

由表6可见，对于碳精矿品位来讲，各主要因素由影响最大到最小的顺序为：D>B>B×D>A>A×C>C>A×B，即：矿浆浓度>高效药剂>高效药剂×矿浆浓度>捕收剂>捕收剂×起泡剂>起泡剂>捕收剂×高效药剂。对于碳的回收率的影响大小顺序为：D>B>B×D>A>A×B>A×C>C，即：矿浆浓度>高效药剂>高效药剂×矿浆浓度>捕收剂>捕收剂×高效药剂>捕收剂×起泡剂>起泡剂。对于精矿中固定碳含量和回收率而言，主要影响因子为：矿浆浓度和高效药剂以及二者的相互影响和捕收剂用量这四个因素。

以各因素为横坐标，取各因素的每个水平的固定碳含量平均值和精矿回收率平均值为纵坐标，作图研究各个因子与其指标之间的趋势关系，见图2。

图2 各主要因子及其指标趋势图

对于因素A(捕收剂用量)来讲，A3(550g/t)的用量对精矿固定碳含量的影响最为明显，而A1(150g/t)和A2(350g/t)对于精矿固定碳含量的影响比较小，特别是A2点处，固定碳含量和精矿回收率都是最小值。从趋势图2(a)中可见，当捕收剂用量在150～350g/t范围内变动时，精矿中固定碳含量变化不大，而精矿回收率大幅下降，而当其用量为350g/t时，固定碳含量指标剧增，此时回收率比A2点有所回升，因此单从捕收剂用量因素考虑，应进行用量增加的单条件试验研究，特别是在用量550g/t之后。

对于高效药剂的用量来讲，精矿中固定碳含量和精矿回收率这两个指标的变化趋势一致，均在B2点处达到最大值，即70g/t。

对于C因素(起泡剂用量)来讲，图2(c)中精矿固定碳含量指标和精矿回收率指标的曲线虽是部分重合，但数据不同，C1点处精矿固定碳含量指标为40.47%，精矿回收率指标为88.66%，C2点处精矿固定碳含量指标为39.97%，精矿回收率指标为88.08%，部分重合只表示精矿固定碳含量指标和精矿回收率指标在此两点之间的趋势类似，并无其他含义。C1点的两个指标均为最高值，因此单从本次正交实验结果来看，选取C1点是毫无疑问的，但是，从因素对最终指标的影响来看，应该补加起泡剂用量小于5g/t的单条件实验点。

对于矿浆浓度因素，D2点(10%)为这两个指标的最优选择点。

4 结 论

1)该瓦斯泥原矿中有用元素主要为铁和碳，全铁含量为20.05%，碳含量为29.07%。碳的主要存在形式为焦炭，多呈粒状嵌镶结构。同时该瓦斯泥粒度较细，且固定碳分布不均匀，主要分布在-0.15+0.074mm之间。

2)具有交互作用的因素有：高效药剂与捕收剂、高效药剂与起泡剂、捕收剂与矿浆浓度，而高效药剂与矿浆浓度、捕收剂与起泡剂、起泡剂与矿浆浓度之间不存在交互作用。

3)对于碳精矿品位来讲，各主要因素由影响最大到最小的顺序为：矿浆浓度>高效药剂>高效药剂×矿浆浓度>捕收剂>捕收剂×起泡剂>起泡剂>捕收剂×高效药剂。对于碳的回收率的影响大小顺序为：矿浆浓度>高效药剂>高效药剂×矿浆浓度>捕收剂>捕收剂×高效药剂>捕收剂×起泡剂>起泡剂。对于精矿中固定碳含量和回收率而言，主要影响因子为：矿浆浓度和高效药剂以及二者的相互影响和捕收剂用量这四个因素。

4)正交实验结果可得最佳试验条件为A3B2C1D2，即捕收剂柴油用量550g/t，高效药剂NG用量70g/t，起泡剂2#油用量5g/t，矿浆浓度为10%。但在单条件因素实验中，应补加捕收剂用量大于550g/t和起泡剂用量小于5g/t的单条件实验。

[1] 孙永芳.提高喷煤比的关键[J].鞍钢技术，2007，31(2)：48-49.

[2] 杨绍利.冶金概论[M].北京:冶金工业出版社，2008.

Orthogonal test analysis of carbon flotation blast furnace sludge

WANG Lin1，2，NIE Yi-miao1,2，ZHANG Jin-xia1，2，DAI Qi-hui1,ZHAO Jing-wen3
(1.Mining Engineer College，Hebei United University,Tangshan 063009,China;2.Hebei Province Mining Industry Development with Safe Technology Priority Laboratory,Tangshan 063009,China;3.No.5 Geological Brigade，Hebei Geology and Mineral Exploration Bureau, Tangshan 063000,China)

The main method of carbon retract from blast furnace sludge was got by flotation with diesel or coal oil as collector and 2#oil as foaming agent.But different flotation result was got for the different properties of blast furnace sludge.In this paper, orthogonal test was designed to research the effect of the main factors on the basis of the analysis of range.The results showed that pulp concentration and dosage of efficient flotation reagents have the maxium effect on the carbon content of concentrate and recovery.This research provides basis data for the application of similar blast furnace sludge to some extent.

blast furnace sludge；carbon flotation；orthogonal test analysis

2014-06-10

河北省自然科学基金项目“冶金尘泥有价元素赋存特征及高效清洁分离基础研究”资助(编号：E2015209117)；河北省高等学校科学研究计划项目“硅酸盐矿物硫酸溶解制备多孔SiO2产品的酸溶解机制研究”资助(编号：QN2015091)；唐山市科技计划项目“钢铁工业固体废弃物资源利用关键技术开发与示范”资助(编号：12130204A)

王玲(1977-)，女，博士，主要从事矿产资源综合利用的教学与科研工作。E-mail: wanglingts_@163.com。

TD943

A

1004-4051(2015)10-0145-04