葉輪轉(zhuǎn)速對(duì)煤泥浮選效果及動(dòng)力學(xué)影響分析

張曉燕

(霍州煤電集團(tuán)公司 辛置煤礦，山西 霍州 031412)

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的階段，煤炭作為基礎(chǔ)能源，在能源消費(fèi)比例中仍占有舉足輕重的地位[1-2]。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越嚴(yán)，煤炭的清潔高效利用尤為重要，洗選加工是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔利用的第一步[3]。煤炭經(jīng)洗選后可以提高煤炭的質(zhì)量，減少污染物的排放，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源，同時(shí)增加了煤炭的利用率。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)煤炭洗選方式運(yùn)用最多的就是浮選[3]，尤其對(duì)細(xì)粒煤的洗選加工最有效。在浮選過(guò)程中，浮選條件和煤炭的顆粒性質(zhì)均會(huì)影響浮選效果[4-5]。因此，本文選擇粒度為0.5 mm以下的細(xì)粒煤為研究對(duì)象，通過(guò)調(diào)節(jié)浮選機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速，探究不同密度級(jí)細(xì)粒煤在葉輪轉(zhuǎn)速變化下的浮選效果及浮選動(dòng)力學(xué)特性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)煤樣及主要藥劑

試驗(yàn)煤樣經(jīng)破碎篩分后烘干，取粒度0.5 mm以下的煤樣裝于密封袋內(nèi)保存，置于干燥箱內(nèi)待用。

試驗(yàn)用的藥劑主要有：捕收劑煤油(化學(xué)純)，起泡劑仲辛醇(化學(xué)純)，均購(gòu)于京華化工有限公司。

1.2 試驗(yàn)裝置

本次試驗(yàn)采用自制充氣攪拌式浮選槽，結(jié)構(gòu)如圖1所示。試驗(yàn)參數(shù)為：規(guī)格為1 L，葉輪直徑50 mm，主軸轉(zhuǎn)速設(shè)為0～1 500 r/min，電磁充氣機(jī)充氣，玻璃轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)充氣量為0～1 000 L/h。具體裝置如圖2所示。

圖1 自制攪拌式浮選槽

圖2 浮選試驗(yàn)裝置

1.3 試驗(yàn)步驟及方法

試驗(yàn)步驟如下：

試驗(yàn)過(guò)程：將試驗(yàn)煤樣加入浮選槽中攪拌2 min，加入捕收劑煤油1 kg/t，攪拌1 min后加入起泡劑仲辛醇100 g/t，攪拌10 s，充氣量選擇400 L/h[6]，調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速400 r/min、600 r/min、800 r/min、1 000 r/min、1 200 r/min進(jìn)行浮選實(shí)驗(yàn)，刮泡產(chǎn)品時(shí)間間隔為0.5 min，浮選試驗(yàn)結(jié)束后收集精煤(1～6號(hào)6個(gè)精煤產(chǎn)品)及尾煤，烘干稱重，得到精煤、尾煤產(chǎn)率，求出精煤、尾煤灰分及可燃體回收率。利用數(shù)學(xué)模型對(duì)得到的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，探究浮選速率常數(shù)k值的變化規(guī)律。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同葉輪轉(zhuǎn)速對(duì)細(xì)粒煤浮選效果的影響

不同轉(zhuǎn)速下煤泥浮選結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同葉輪轉(zhuǎn)速對(duì)煤泥浮選的影響

從表1可以看出，葉輪轉(zhuǎn)速增加，細(xì)粒煤泥浮選后精煤產(chǎn)率及可燃體回收率也隨之增大。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速?gòu)?00 r/min增加到1 200 r/min時(shí)，精煤產(chǎn)率從27.88%上升到68.21%，可燃體回收率從37.48%增到76.58%，且葉輪轉(zhuǎn)速增加后，精煤灰分也相應(yīng)增加。這是因?yàn)槿~輪轉(zhuǎn)速的增加增大了浮選槽內(nèi)流體的湍流程度，提高了充分懸浮的煤泥與浮選槽內(nèi)氣泡接觸的概率，這樣就增加了礦粒與氣泡粘附概率及碰撞概率[6]，利于浮選。

2.2 不同葉輪轉(zhuǎn)速下細(xì)粒煤浮選動(dòng)力學(xué)分析

將破碎篩分后粒徑為0.5 mm以下的煤樣，用不同濃度(1.3～1.7 kg/L)的氯化鋅重液對(duì)其做浮沉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 0.5 mm煤泥浮沉試驗(yàn)結(jié)果

將不同密度級(jí)的細(xì)粒煤進(jìn)行浮選，再次調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速為400 r/min、600 r/min、800 r/min和1 000 r/min，每30 s收集一次產(chǎn)品，求得累積回收率。將試驗(yàn)結(jié)果用origin軟件進(jìn)行擬合處理，處理結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同密度級(jí)煤泥浮選特性曲線

圖4 細(xì)粒煤浮選速率常數(shù)k隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系

從圖4可以看出，隨著葉輪轉(zhuǎn)速的增加，速率常數(shù)呈先增大后減小的趨勢(shì)。低轉(zhuǎn)速時(shí)，不同密度級(jí)的煤泥速率常數(shù)差別較大，低密度級(jí)(小于1.6 kg/L)的煤泥速率常數(shù)較高，高密度級(jí)(大于1.6 kg/L)煤泥速率常數(shù)較低。隨著葉輪轉(zhuǎn)速的增加，各密度級(jí)煤泥的速率常數(shù)均增大，在轉(zhuǎn)速為600 r/min時(shí)，高密度級(jí)的煤泥速率常數(shù)迅速增大，且繼續(xù)增加葉輪轉(zhuǎn)速后，速率常數(shù)變化不明顯。其余密度級(jí)的煤泥在葉輪轉(zhuǎn)速達(dá)到1 000 r/min時(shí)，速率常數(shù)均發(fā)生明顯的降低。因此，對(duì)于高密度級(jí)煤泥，葉輪轉(zhuǎn)速設(shè)定為600 r/min即可達(dá)到最佳速率常數(shù)，低密度級(jí)煤泥最佳葉輪轉(zhuǎn)速可設(shè)為800 r/min。

3 結(jié) 語(yǔ)

1) 葉輪轉(zhuǎn)速的增加可以提高煤泥浮選的精煤產(chǎn)率及可燃體回收率，但灰分也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的增加，故葉輪轉(zhuǎn)速不能太大；

2) 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及浮選動(dòng)力學(xué)模型可以得出，試驗(yàn)煤樣符合一級(jí)浮選動(dòng)力學(xué)模型；

3) 葉輪轉(zhuǎn)速較低時(shí)，不同密度級(jí)煤泥浮選速率常數(shù)差別較大；隨著葉輪轉(zhuǎn)速的增加，速率常數(shù)呈先增大后減小的趨勢(shì)。

4) 對(duì)于低密度級(jí)煤泥，葉輪轉(zhuǎn)速為800 r/min時(shí)，浮選速率常數(shù)最佳；高密度級(jí)煤泥，葉輪轉(zhuǎn)速設(shè)定600 r/min時(shí)，浮選速率常數(shù)可達(dá)到最佳。