基于正交试验的浮选药剂制度优化

李 浩

(淮矿芬雷选煤工程技术(北京)有限责任公司，安徽 淮南 232046)

龙口选煤厂生产能力4.0 Mt/a，隶属于龙口市永晖能源有限公司，坐落在山东省龙口市龙口港区内，占地约7.45 hm2，选煤厂属用户型炼焦煤选煤厂，现由淮矿芬雷选煤工程技术(北京)有限责任公司承包生产运营。洗选工艺采用预先脱泥、50～1 mm有压三产品重介质旋流器分选、1～0.25 mm粗煤泥干扰床分选机分选、小于0.25 mm细煤泥浮选。该厂经4台XJM-S20浮选机一段浮选得到精煤和尾煤，为保证精煤产品G值(粘结指数)，要求浮选精煤灰分在9.01%～9.50%之间。近期，由于入选原煤煤质变化较大，浮选入料高灰细泥含量较高，浮选效果变差，导致浮选精煤灰分升高，重选为浮选“背灰”[1]。试验选用龙口选煤厂入浮煤泥为研究对象，探索药剂制度对浮选效果的影响，为高细泥含量的浮选降灰提质寻找有效途径，为指导现场生产提供依据[2]。

1 原料性质

煤样采自龙口选煤厂浮选入料，煤种为1/3焦煤，煤泥小筛分试验结果见表1。

由表1可知，入浮煤泥的主导粒级为小于0.045 mm粒度级，产率达到48.94%，该粒度级灰分为42.42%，比大于0.045 mm粒级灰分高24.44%。说明入浮煤泥中高灰细泥含量较高，其选择性差，极易发生机械夹带，严重污染精煤质量[3]。

表1 浮选入料小筛分试验

煤泥可选性曲线见图1，浮选入料浮沉试验结果见表2。

图1 煤泥可选性曲线

表2 煤泥浮沉试验结果

从浮沉资料和可选性曲线可看出，入浮煤泥的主导密度级为1.3～1.4 g/cm3，含量27.51%，灰分为10.12%；大于1.8 g/cm3密度级含量20.75%，灰分76.60%，该密度级应为大量解离的脉石矿物[4]；1.5～1.6 g/cm3密度级产率为9.26%，灰分29.02%，说明有部分连生体矿物存在[5]。通过一次浮选得到合格浮选精煤和高灰尾矿较为困难。

2 浮选试验研究

2.1 试验设计与数据

试验采用1.5 L单槽浮选机，捕收剂和起泡剂取自龙口选煤厂，入浮浓度为80 g/ L。考虑到捕收剂和起泡剂2个因素间存在相互影响，单因素浮选试验不易确定最佳药剂量[6-7]，为此通过正交试验寻找合适的药剂制度。试验选取捕收剂和起泡剂作为正交因素，正交试验采用2因素3水平，正交因素及对应的水平见表3，试验结果见表4。

表3 正交因素水平

按2因素3水平设计正交试验，试验结果如表4所示。

表4 正交试验结果

2.2 结果讨论

2.2.1 浮选完善指标

浮选完善指标ηwf用于评价同一原煤不同分选条件的浮选效果，表征浮选的完善程度[8]。浮选完善指标计算公式为：

式中，ηwf为浮选完善指标，%；rj为浮选精煤产率，%；Aj为浮选精煤灰分，%；Ay为计算入浮煤泥灰分，%。

依据浮选完善指标作为评价方案的指标，各试验浮选完善指标见表5。根据正交试验结果数据计算各因素各水平的浮选完善指标总和与均值，得出各因素的极差值，具体见表6。由表6可以看出，因素B(起泡剂)对浮选完善指标的影响较大，最佳药剂制度为A2B2。

表5 浮选完善指标计算结果

2.2.2 浮选精煤产率

生产实践过程中，常以浮选精煤产率直观表述浮选效果，因此通过浮选精煤产率对试验数据进行分析[9-10]。根据正交试验结果计算各因素各水平的浮选精煤产率总和与均值，得出各因素的极差值，具体见表7。由表7可以看出，仍是因素B(起泡剂)对浮选精煤产率的影响较大，最佳药剂制度为A2B3。基于操作实践和试验分析表明，当捕收剂的用量一定时，增加起泡剂的用量可以显著提高浮选泡沫的收率，进而提高了浮选精煤产率。

表6 基于浮选完善指标的正交数据分析

表7 基于精煤产率的正交数据分析

2.2.3 各因素影响分析

捕收剂除对颗粒产生捕收作用外，它还对气泡稳定性具有一定的影响。捕收剂用量较多时，会有较多的捕收剂分子吸附在气液界面上，使得起泡剂分子疏离气液界面，气泡稳定性下降，气泡易兼并或破裂，浮选效果显著变差。通过起泡剂的使用对捕收剂起乳化作用，使得油滴间相互碰撞、接触的机会大大减少，阻碍了油滴间的兼并。在煤泥浮选中，起泡剂的使用提高了捕收剂的分散度，充分发挥了捕收剂的性能，有利于改善浮选效果，降低药剂消耗量。

为便于指导浮选过程各因素调整，使浮选效果达到最佳状态，有必要分析各因素对浮选完善指标的影响。以浮选药剂消耗为横坐标，浮选完善指标为纵坐标制作浮选完善指标随药剂消耗的趋势图，如图2所示。由图2可以看出，随着捕收剂用量增大，浮选完善指标先显著增加后下降，捕收剂用量过大或过小都不利于浮选完善指标。从变化趋势看，起泡剂用量增加，浮选完善指标呈上升趋势，达到一定值后开始缓慢下降。

图2 浮选完善指标随药剂消耗的趋势

2.2.4 正交试验数据综合分析

根据以上分析可以看出，捕收剂用量过多会导致浮选效果变差，同时浮选精煤产率也未显著增加。起泡剂用量增加后，浮选完善指标增加较为明显，达到峰值后缓慢下降，浮选精煤灰分增加幅度较大。采用浮选完善指标分析正交试验数据时，A2B2为最佳药剂；而采用浮选精煤产率分析正交试验数据时，A2B3为最佳药剂制度。考虑到A2B2和A2B3 2种药剂制度之间精煤产率差值较小，根据正交试验结果，合理的药剂制度为捕收剂0.26 kg/t干煤泥，起泡剂为0.15 kg/t干煤泥。

2.2.5 分布释放浮选试验

通过分步释放浮选试验，得到浮选精煤灰分小于9.50%时的最大理论精煤产率。根据分布释放试验数据绘制精煤产率—灰分曲线，如图3所示。

图3 分布释放浮选试验曲线

从图3曲线可得，在浮选精煤灰分取9.20%时理论精煤产率是52.37%。通过正交试验确定的最佳药剂制度条件下，精煤灰分为9.21%，产率47.58%，计算得出浮选数量效率90.85%。进一步说明通过正交试验确定的最佳浮选药剂制度是正确的，试验数据可靠。

3 结 语

(1)起泡剂用量对浮选完善指标和浮选精煤产率的影响显著大于捕收剂用量。

(2)捕收剂用量过多会导致浮选效果变差，同时浮选精煤产率也未显著增加。起泡剂用量增加后，浮选完善指标增加较为明显，达到峰值后缓慢下降，浮选精煤灰分增加幅度较大。

(3)通过浮选完善指标和浮选精煤产率来评价浮选效果，得到最佳药剂用量，在精煤灰分小于9.50%的前提下，浮选数量效率达到90.85%。