高灰细粒难浮煤泥的参数优化研究

杨海昌 武立俊 王烨敏

(山西工程技术学院矿业工程系,山西省阳泉市,045000)

高灰细粒难浮煤泥的参数优化研究

杨海昌 武立俊 王烨敏

(山西工程技术学院矿业工程系,山西省阳泉市,045000)

针对高灰细粒难浮煤泥的浮选效果提升,先后进行了捕收剂用量、药比、入料浓度、充气量、搅拌速度等各工艺参数的单因素优化试验和正交优化试验.试验结果表明,通过工艺参数的优化,可以降低精煤灰分,提高精煤产率,但浮选精煤的数量和效率仍有较大的提升空间;通过各参数对浮选效果的影响显著性分析可知,捕收剂用量和药比对浮选效果的影响最为显著.

高灰细泥 难浮煤泥 浮选效果 参数优化 正交试验

难浮煤泥的有效分选是目前国内外面临的一大难题,在能源日益枯竭的形势下,对难浮煤泥的浮选进行工艺、药剂、过程等方面的强化研究显得尤为迫切.

目前国内外已针对难浮煤泥的浮选问题展开了广泛的研究.然而,目前关于改善难浮煤泥浮选效果的研究处于理论研究阶段的较多,能够在浮选生产中进行普及的研究较少.在浮选生产过程中,很多工艺参数和操作参数都会影响最终的浮选效果.本文针对高灰细粒难浮煤泥,进行浮选参数的优化试验,研究各工艺参数对浮选效果的影响规律,通过工艺参数的优化,提高该类型煤泥的浮选效果.

1 试验过程

试验煤样为临涣选煤厂西区车间的入浮煤泥,煤种为低硫瘦煤,不考虑硫分的影响和脱硫效果的改善,结合现场的精煤灰分指标,本研究要求精煤灰分含量在11.00%以内.

入浮煤泥的筛分粒度组成见表1.主导粒级为-0.045 mm粒级,含量为40.11%,灰分为38.96%,远高于其它粒级的灰分.这部分超细粒级选择性较差,易产生机械夹带和水流夹带,通常是导致精煤质量下降的主要因素,从而导致煤泥难以浮选.对于较易浮选的中等粒级(0.25～0.074 mm)煤泥,含量仅为33.74%.

表1 入浮煤泥的粒度组成

浮选试验在XFD-1.5L实验室浮选机上进行.将煤样中粒级大于0.5 mm的部分脱除,根据GB/T 4757-2001,调浆2 min后加入捕收剂(煤油)混合2 min,加入起泡剂(杂醇)混合30 s后开始充气,刮泡3 min后分别收集精煤和尾煤,并进行过滤、烘干、称重、烧灰,计算各产品的产率和灰分.

2 试验结果与分析

2.1 捕收剂用量优化

分别在不同捕收剂用量下做小浮选试验,其他参数保持不变:药比为4∶1,入料浓度为60 g/L,充气量为0.25 m3/h,叶轮搅拌速度为1800 r/min.试验结果如图1所示.

图1 浮选完善指标、可燃体回收率和精煤灰分随捕收剂用量的变化情况

由图1可知,随着药剂用量的增加,可燃体回收率一开始迅速增加、随后趋于平稳并有所降低.这是由于部分煤粒表面被细泥覆盖,少量的药剂难以在煤粒表面形成连续油膜,导致煤粒表面疏水性改善效果不明显,从而在低药量下难以浮出;随着药剂用量的增加,相邻油滴互相合并,形成连续的油膜,从而提高煤粒表面的疏水性,使之能够粘附于气泡表面成为精煤产品,然而也使高灰细泥的夹带更为严重,导致精煤灰分也迅速增加;过量的药剂则使矿物的浮选受到抑制.

2.2 药比优化

在药比分别为2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1的条件下进行小浮选试验,其他参数条件不变:捕收剂用量为250 g/t,入料浓度为60 g/L,充气量为0.25 m3/h,叶轮搅拌速度为1800 r/min.试验结果如图2所示.

图2 浮选完善指标、可燃体回收率和精煤灰分随药比的变化情况

由图2可知,随着药比从2∶1增加到5∶1,可燃体回收率和精煤灰分均随之降低.这是由于随着药比的增加,起泡剂用量降低,致使气泡稳定性下降,从而导致煤粒的脱落.继续增大药比,可燃体回收率趋于平稳,精煤灰分有所增加;药比为5∶1时,精煤灰分达到极小值,即11.16%.

选取捕收剂用量分别为250 g/t、300 g/t、400 g/t,药比分别为4∶1、5∶1、6∶1,进行析因试验.试验结果如图3所示.综合考虑精煤灰分和浮选完善指标,选取捕收剂用量为300 g/t、药比为5∶1.

2.3 矿浆浓度优化

在入料浓度分别为60 g/L、70 g/L、80 g/L、90 g/L的条件下进行小浮选试验,其他试验条件不变:捕收剂用量为300 g/t,药比为5∶1,充气量为0.25 m3/h,叶轮搅拌速度为1800 r/min.试验结果如图4所示.

图3 药剂用量对浮选效果的影响

图4 入料浓度对浮选效果的影响

由图4可知,随着入料浓度从60 g/L增加到80 g/L,可燃体回收率、精煤灰分逐渐增加,但幅度较小;入料浓度增大至90 g/L时,可燃体回收率有所下降,精煤灰分增加幅度变大,浮选完善指标降低.这是由于较低的矿浆浓度有利于增加浮选药剂对细粒煤泥的选择性,而较高的矿浆浓度则会降低选择性.

2.4 充气量优化

在充气量分别为0.15 m3/h、0.20 m3/h、0.25 m3/h、0.30 m3/h、0.35 m3/h的条件下进行小浮选试验,其他试验条件不变:捕收剂用量为300 g/t,药比为5∶1,入料浓度为80 g/L,叶轮搅拌速度为1800 r/min.试验结果如图5所示.

图5 充气量对浮选效果的影响

由图5可知,随着充气量的增大,可燃体回收率迅速增加,精煤灰分先趋于平缓,后有所增加.这是由于随着气泡数量的增加,更多的煤粒粘附在气泡上浮出,但是充气量过大时,对矿浆的稳定造成了扰动,增加了高灰细泥的夹带.

2.5 搅拌速度优化

在搅拌速度分别为1500 r/min、1700 r/min、1900 r/min、2100 r/min、2300 r/min、2500 r/min、2700 r/min的条件下进行小浮选试验,其他试验条件保持不变:捕收剂用量为300 g/t,药比为5∶1,入料浓度为80 g/L,充气量为0.25 m3/h.试验结果如图6所示.

图6 搅拌速度对浮选效果的影响

由图6可知,随着搅拌速度的增加,可燃体回收率、浮选完善指标均先增加,而后有所下降,精煤灰分则逐渐增加.这是由于搅拌强度的增加使气泡尺寸不断减小,形成更多的微泡,而微泡更有利于浮选过程的进行,同时强的搅拌强度也可以促进捕收剂油滴在煤粒表面发生有效吸附;但是在较高搅拌强度下,矿浆扰动增加,且高灰细泥易发生团聚、覆盖,容易包裹在煤粒表面,从而导致精煤灰分的增加.

经过单因素优化试验后,在捕收剂用量为300 g/t、药比为5∶1、入料浓度为80 g/L、充气量为0.25 m3/h、搅拌速度为1700 r/min的试验条件下,精煤灰分低于11%,达到10.98%,精煤产率为43.62%,可燃体回收率为53.95%.

2.6 正交试验

为了进一步分析各因素对浮选结果的影响,设计16组正交试验.确定捕捉剂用量、药比、矿浆浓度、充气量、搅拌速度为5因素,每个因素设置4水平.正交试验设计表见表2.正交试验结果见表3.

表2 正交试验设计表

表3 正交试验结果 %

由表3可知,第6组试验为最优组合,此组的试验参数为:捕收剂用量为250 g/t、药比为4∶1、入料浓度为70 g/L、充气量为0.30 m3/h、搅拌速度为1900 r/min.试验结果显示,精煤灰分为10.97%,精煤产率为50.87%,浮选效果好于单因素优化后的试验结果,同时也好于现场月综合数据(现场浮选精煤平均灰分11.37%,平均产率49.90%).根据小浮沉试验结果,精煤灰分为10.97%时,理论精煤产率为58.00%,数量效率为87.71%.试验结果表明,通过参数优化,可以降低精煤灰分至达标水平,同时精煤产率也有略微的提高,但是浮选精煤的数量效率相对于100%依然有较大的提升空间;若需进一步提高该煤泥的浮选效果,则需从其它方向如新工艺、新型捕收剂、新型浮选设备等方面进一步研究.

2.6.1 精煤灰分正交试验分析

精煤灰分正交试验方差分析见表4.由表4可以看出,各因素对精煤灰分的影响大小顺序为:捕收剂＞药比＞浓度＞搅拌速度＞充气量,根据极差R和离差平方和Si,捕收剂和药比影响精煤灰分的显著性远高于其它参数.

表4 精煤灰分正交试验方差分析表

2.6.2 精煤可燃体回收率正交试验分析

可燃体回收率正交试验方差分析见表5由表5可以看出,各因素对精煤可燃体回收率的影响大小顺序为:捕收剂＞药比＞充气量＞浓度＞搅拌速度,根据极差R和离差平方和Si,捕收剂和药比影响精煤产率的显著性远高于其它参数.

表5 可燃体回收率正交试验方差分析表

2.6.3 浮选完善指标正交试验分析

浮选完善指标彪形大汉交试验分析见表6由表6可以看出,各因素对浮选完善指标的影响大小顺序为:捕收剂＞药比＞充气量＞搅拌速度＞浓度,根据极差R和离差平方和Si,捕收剂和药比影响浮选完善指标的显著程度远高于其它参数.

表6 浮选完善指标正交试验直观分析表

根据以上正交试验结果分析,捕收剂和药比对精煤灰分、精煤产率、浮选完善指标均有较为显著的影响,而其它因素的影响显著性相对较低.

3 结论

通过对高灰细粒难浮煤泥进行单因素优化试验和正交试验,得出以下结论:

(1)捕收剂用量的增加可以提高可燃体回收率,也导致精煤灰分的增加;药比的增加则降低可燃体回收率,精煤灰分随之先降低后增加;适当地增加入料浓度可以提高可燃体回收率,过高的入料浓度反而会降低可燃体回收率;增加充气量和搅拌速度均能提高可燃体回收率,同时带来精煤灰分的增加.

(2)通过参数优化,可以提高高灰细粒难浮煤泥的浮选效果,但浮选精煤数量效率还有较大的提升空间;若要进一步提高该类型难浮煤泥的浮选效果,还需从新工艺、新型药剂、新型设备等方面展开进一步研究.

(3)在各工艺参数中,捕收剂用量和药比对浮选效果的影响显著性最大,远高于其它参数,因此在现场的浮选操作中,对药剂用量的控制需要更加严谨.

[1] 桂夏辉,程敢,刘炯天等.异质细泥在煤泥浮选中的过程特征[J].煤炭学报,2012(2)

[2] 周成龙,彭耀丽,陈昱冉等.新型药剂对昔阳难浮煤泥浮选效果的改善及其机理研究[J].中国煤炭, 2016(4)

[3] 陈智超,李志红,樊民强.高细泥含量难浮煤泥的反、正两段浮选工艺[J].中国煤炭,2015(7)

[4] 屈进州.低阶煤活性油泡浮选行为与浮选工艺研究[D].徐州:中国矿业大学,2015

(责任编辑 陶 赛)

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

杨海昌(1991-),男,河南新乡人,助教,硕士研究生,主要研究方向为细粒煤分选。