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        高灰細(xì)粒煤泥正交優(yōu)化浮選實(shí)驗(yàn)

        2024-01-09 09:50:30申世鈺李帥王懷法祁占海
        礦產(chǎn)綜合利用 2023年6期
        關(guān)鍵詞:精煤收劑煤樣

        申世鈺 ,李帥 ,王懷法 ,2,祁占海

        (1.太原理工大學(xué),礦業(yè)工程學(xué)院,山西 太原 30024;2.礦物加工科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100000;3.中鈺泰德煤炭有限公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

        隨著機(jī)械化采煤程度的提高和礦井開(kāi)采的不斷深入,高灰細(xì)泥也隨之增加,精煤灰分高、尾煤灰分低、粗粒精煤損失大等已經(jīng)成為許多選煤廠浮選過(guò)程的共性問(wèn)題[1-3]。

        于躍先等[4]通過(guò)對(duì)細(xì)泥夾帶機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn):影響高灰細(xì)泥夾帶的主要因素為細(xì)泥粒度、起泡劑用量和礦漿濃度。宋云霞等[5]研究表明:一次浮選的精煤灰分高,產(chǎn)率低,尾煤灰分低,很難滿足生產(chǎn)要求。Taki Güler 等[6]發(fā)現(xiàn),粒徑越細(xì),夾帶程度越高,同時(shí)還受起泡劑類(lèi)型的影響。Sripriya R 和Oats W J 等研究表明,細(xì)泥礦物的存在降低了煤的可燃體回收率并影響精煤灰分[7-8]。張曉鵬[9]認(rèn)為在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中,應(yīng)針對(duì)煤質(zhì)的變化情況,調(diào)整合適的油比、充氣量和攪拌速度,減少高灰細(xì)泥對(duì)浮選精煤的污染。

        異質(zhì)細(xì)泥遇水易泥化成微米級(jí)礦物黏附于氣泡與煤粒表面形成細(xì)泥罩蓋,由此引起了煤泥浮選的一系列問(wèn)題[10-11]。提高精煤質(zhì)量和可燃體回收率是當(dāng)前提高浮選效率的關(guān)鍵所在,本論文將以內(nèi)蒙古鄂爾多斯市凱達(dá)礦的難浮煤泥為研究對(duì)象,在正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了精煤再選工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

        1 煤樣性質(zhì)與實(shí)驗(yàn)方法

        1.1 煤樣性質(zhì)分析

        (1)煤樣礦物組成分析

        本實(shí)驗(yàn)選取的煤樣來(lái)自內(nèi)蒙古鄂爾多斯市凱達(dá)礦,采用X 射線衍射儀SmartLab 在Cu 靶、管電壓40 kV、管電流40 mA、衍射角度為2~45°的衍射條件下進(jìn)行了全巖礦物分析,XRD 和結(jié)果見(jiàn)圖1 和表1。

        表1 煤樣礦物組成分析結(jié)果/%Table 1 Timed-release analysis results of coal sample

        圖1 煤樣X(jué)RDFig.1 X-ray diffraction pattern of coal sample

        由圖1 和表1 可知,煤樣中脈石礦物主要為石英和由高嶺石、伊利石、蒙脫石組成的粘土礦物。其中石英的含量最大,意味著精煤與脈石礦物間存在著較大斥力,通過(guò)選擇合適的工藝可有效實(shí)現(xiàn)分離;粘土礦物的含量為40.4%,這會(huì)導(dǎo)致該煤樣在浮選過(guò)程中容易泥化。

        (2)煤樣篩分分析

        對(duì)煤樣進(jìn)行篩分分析,結(jié)果見(jiàn)表2。

        表2 煤樣篩分分析Table 2 Coal sample screening analysis

        由表2 可知,-0.045 mm 粒級(jí)的產(chǎn)率和灰分分別達(dá)到了59.43%、61.42%,說(shuō)明該煤樣為高灰細(xì)粒煤。其余各粒級(jí)的產(chǎn)率相差不大,在9.12%~11.37%之間。+0.125 mm 粒級(jí)的灰分明顯較低,為4.28%,這說(shuō)明煤泥中的粗顆粒需要最大程度地實(shí)現(xiàn)回收。

        1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和藥劑

        (1)實(shí)驗(yàn)儀器。XFD-1 型單槽浮選機(jī)(1 L),主軸轉(zhuǎn)速0~2600 r/min,刮板轉(zhuǎn)速為0~30 r/min;

        (2)實(shí)驗(yàn)藥劑。本次研究實(shí)驗(yàn)藥劑為:FDJ(一種新型非極性烴類(lèi)捕收劑)+Q1(一種新型醇類(lèi)起泡劑)。

        1.3 實(shí)驗(yàn)方法

        (1)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是利用正交表來(lái)安排與分析多因素實(shí)驗(yàn)的一種設(shè)計(jì)方法[12]。它是在實(shí)驗(yàn)因素的全部水平組合中,挑選出部分具有代表性的水平組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過(guò)對(duì)這部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析了解全面實(shí)驗(yàn)的情況,確定因素主次順序、較佳水平和較優(yōu)條件。

        (2)浮選實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格按照GB/T 4757-2013《煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選實(shí)驗(yàn)方法》要求執(zhí)行,以可燃體回收率和浮選完善指標(biāo)作為浮選效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)GB/T 34164-2017《選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法》中的可燃體回收率計(jì)算公式為:

        其中,ε為浮選精煤可燃體回收率/%;Ay為浮選入料灰分/%;Aj為浮選精煤灰分/%;γj為浮選精煤實(shí)際產(chǎn)率/%。

        浮選完善指標(biāo)的計(jì)算公式為:

        其中,ηWf為浮選完善指標(biāo)/%;γj為浮選精煤實(shí)際產(chǎn)率/%;Ay為浮選入料灰分/%;Aj為浮選精煤灰分/%。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 煤泥浮選正交實(shí)驗(yàn)研究

        影響煤泥浮選效果的主要因素有浮選礦漿濃度、捕收劑用量、起泡劑用量、充氣量、葉輪轉(zhuǎn)速等,為了考查這些因素及其水平,在前期單因素探索實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。其中礦漿濃度固定為60 g/L,其他的因素水平安排見(jiàn)表3,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4、5。

        表3 因素水平Table 3 Factor level table

        表4 正交實(shí)驗(yàn)安排及分析Table 4 Orthogonal test arrangement and analysis

        結(jié)合表4 和圖2,分析各個(gè)因素對(duì)指標(biāo)的影響情況:

        圖2 各指標(biāo)隨因素水平的變化Fig.2 Changes of various indicators with factor levels

        (1)各因素影響的主次順序?yàn)椋浩鹋輨┯昧?捕收劑用量>葉輪轉(zhuǎn)速>充氣量。

        (2)起泡劑用量D 對(duì)各指標(biāo)的影響。由表4可知,對(duì)可燃體回收率和浮選完善指標(biāo)來(lái)說(shuō),起泡劑用量的極差都是最大的,即起泡劑用量是最大的影響因素,從圖2 可以看出,明顯取值800較好。

        (3)充氣量B 對(duì)各指標(biāo)的影響。由表4 可知,對(duì)于兩個(gè)指標(biāo)來(lái)說(shuō),充氣量的極差都是最小的,即為影響最小的因素;從圖2 可以看出,充氣量取值0.175 較好。

        (4)捕收劑用量C 對(duì)各指標(biāo)的影響。由表4可知,對(duì)于兩個(gè)指標(biāo)來(lái)說(shuō),捕收劑用量的極差都是第二大的,即次要影響的因素;從圖2 可以看出,捕收劑用量取值1600 較好。

        (5)葉輪轉(zhuǎn)速A 對(duì)各指標(biāo)的影響。由表4 可知,對(duì)于兩個(gè)指標(biāo)來(lái)說(shuō),轉(zhuǎn)速的極差都是第三大的,即第三影響的因素;從圖2 可以看出,對(duì)于可燃體回收率來(lái)說(shuō),取值2000 較好;但對(duì)于浮選完善指標(biāo)來(lái)說(shuō),取值1800 較好。

        通過(guò)以上分析,得出較好的實(shí)驗(yàn)方案有兩組:A2B2C3D3和A3B2C3D3。而這兩組都不在正交實(shí)驗(yàn)的9 組實(shí)驗(yàn)安排中,因此需要補(bǔ)做,其結(jié)果見(jiàn)表4 和表5。經(jīng)比較得出較優(yōu)的方案為A2B2C3D3,即較佳條件為:葉輪轉(zhuǎn)速1800 r/min、充氣量0.175 m3/(m2/min)、捕收劑用量1600 g/t、起泡劑用量800 g/t。浮選結(jié)果為:精煤產(chǎn)率61.85%、灰分20.20%,尾煤產(chǎn)率38.15%、灰分76.81%。還可以看出,當(dāng)可燃體回收率和浮選完善指標(biāo)達(dá)極大時(shí),精煤的灰分偏大,同時(shí)考慮到脈石礦物中石英的含量較大,此時(shí)對(duì)精煤進(jìn)行精選實(shí)驗(yàn)將非常有意義。

        表5 正交實(shí)驗(yàn)各組結(jié)果Table 5 Orthogonal experimental results

        2.2 “一粗一精”浮選實(shí)驗(yàn)研究

        由圖3 可知,采用“一粗一精”浮選工藝流程對(duì)正交實(shí)驗(yàn)的較優(yōu)方案進(jìn)行進(jìn)一步研究,一段粗選加藥,二段精選不加藥;一段粗選提高回收率,二段精選確保精煤灰分和產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

        表6 “一粗一精”浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of one roughing and one cleaning flotation test

        圖3 “一粗一精”浮選工藝流程Fig.3 Process of one roughing and one cleaning flotation test

        由表6 可知,A2B2C3D3方案經(jīng)過(guò)“一粗一精”工藝流程,可以得到產(chǎn)率49.41%、灰分8.70%的精煤和產(chǎn)率50.59%、灰分74.15%的尾煤,有效地降低高灰細(xì)泥對(duì)精煤浮選效果的影響。

        3 結(jié)論

        (1)煤樣的主導(dǎo)粒級(jí)為-0.045 mm,其產(chǎn)率和灰分分別為59.43%、61.42%。XRD 分析結(jié)果表明煤樣中脈石礦物以石英和粘土礦物為主。

        (2)實(shí)驗(yàn)中各因素影響浮選結(jié)果的主次順序?yàn)椋浩鹋輨┯昧?捕收劑用量>葉輪轉(zhuǎn)速>充氣量;正交實(shí)驗(yàn)所得的較優(yōu)方案為A2B2C3D3,得到了產(chǎn)率61.85%、灰分20.20%的精煤和產(chǎn)率38.15%、灰分76.81%的尾煤。

        (3)在起泡劑用量800 g/t、捕收劑用量1600 g/t、礦漿濃度60 g/L、葉輪轉(zhuǎn)速1800 r/min、充氣量0.175 m3/(m2/min)的條件下,通過(guò)“一粗一精”浮選工藝流程,得到了產(chǎn)率49.41%、灰分8.70%的精煤和產(chǎn)率50.59%、灰分74.15%的尾煤?!耙淮忠痪备∵x工藝能有效地降低高灰細(xì)泥對(duì)該煤樣浮選的影響,確保了精煤灰分和產(chǎn)率。

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