鄂爾多斯某選煤廠低階煤泥浮選試驗(yàn)研究*

譚麗，張君杰，王建忠，秦海濱，榮令坤

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)與煤碳學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014000；2.廣西大學(xué) 資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西 南寧 530000；3.內(nèi)蒙古中鈺泰德煤炭有限公司塔拉壕選煤廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

煤化程度影響煤泥可浮性.焦煤、1/3焦煤、肥煤、氣煤可浮性最好，無(wú)煙煤、瘦煤、可浮性次之.這些煤種工業(yè)上都可采用常規(guī)浮選，且經(jīng)濟(jì)效益明顯[1,2].低變質(zhì)程度的褐煤、不粘煤、長(zhǎng)焰煤、弱粘煤可浮性很差.一方面是由于煤粒表面含氧官能團(tuán)多，表面疏水性差；另一方面是由于低階煤泥孔隙度發(fā)達(dá)，孔隙吸油帶來(lái)藥劑損耗[3].所以低階煤泥基本上無(wú)法用常規(guī)藥劑浮選，且分選后經(jīng)濟(jì)效益微薄，造成低階煤泥堆積嚴(yán)重，環(huán)境壓力極大.為減少煤泥數(shù)量，小于25 mm粒級(jí)低階煤一般不洗選，導(dǎo)致其分選下限高，入選比例普遍低于40%.低階煤浮選技術(shù)已成為制約大力提高動(dòng)力煤洗選比例的技術(shù)瓶頸[4].

為解決鄂爾多斯某選煤廠煤泥經(jīng)濟(jì)效益低的問(wèn)題，本文以可燃體回收率作為浮選效果的主要評(píng)判指標(biāo)，從藥劑制度和浮選條件兩個(gè)方面，探索低階煤泥浮選提質(zhì)的可行性[5-7].

1 煤泥特性分析

鄂爾多斯某選煤廠是一座處理量15.0 Mt/a特大型動(dòng)力煤選煤廠，工藝流程為+13 mm塊煤采用重介淺槽分選，13-3 mm末煤采用重介旋流器分選，-3 mm粉煤不洗選，煤泥水經(jīng)分級(jí)旋流器0.15 mm分級(jí)，粗煤泥不分選，細(xì)煤泥濃縮后采用壓濾機(jī)脫水處理.試驗(yàn)煤樣采自壓濾機(jī)濾餅[8].

1.1 工業(yè)分析及元素分析

對(duì)試驗(yàn)煤泥煤樣進(jìn)行工業(yè)分析和元素分析，結(jié)果如表1所示.

表1 煤泥工業(yè)分析與元素分析結(jié)果表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

通過(guò)表1數(shù)據(jù)并結(jié)合該選煤廠設(shè)計(jì)資料可知：煤樣煤種為不粘煤，屬于低階煙煤，目前該廠煤泥處置方式為低價(jià)銷售，每噸煤泥以10～25元的價(jià)格出售，經(jīng)濟(jì)效益很低.根據(jù)煤炭資源評(píng)價(jià)灰分分級(jí)，該煤樣灰分為36.56%，屬于中高灰分；根據(jù)煤炭資源評(píng)價(jià)硫分分級(jí)，該煤樣干燥基全硫?yàn)?.35%，屬于特低硫分.

1.2 粒度組成分析

對(duì)試驗(yàn)煤樣進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示.

表2 煤泥粒度分析試驗(yàn)結(jié)果表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

由表2可知，煤樣中適宜浮選的0.250～0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率為31.71%，平均灰分27.34%；-0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率為57.73%，平均灰分為42.24%，其中-0.045 mm細(xì)泥產(chǎn)率為4.23%，灰分為46.44%.煤樣粒度組成偏細(xì)，灰分較高，且有一定的泥化現(xiàn)象，在一定程度上對(duì)浮選不利.

2 藥劑制度試驗(yàn)研究

2.1 藥劑制度正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

藥劑制度的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選取捕收劑種類、捕收劑用量、起泡劑種類、起泡劑用量4個(gè)因素.捕收劑種類和起泡劑種類選擇為使用最普遍、價(jià)格最便宜的煤油、柴油、仲辛醇與2號(hào)油；為擴(kuò)大試驗(yàn)探索范圍，捕收劑與起泡劑用量2個(gè)因素，每因素選取4個(gè)水平，因素水平表如表3所示.

表3 藥劑制度因素水平表

根據(jù)正交試驗(yàn)的因素和水平，選取混合水平正交試驗(yàn)表L16(42×29)進(jìn)行試驗(yàn).試驗(yàn)采用粗選流程，其他浮選條件控制如表4所示，正交表的表頭設(shè)計(jì)和試驗(yàn)結(jié)果列于表5.

2.2 藥劑制度正交試驗(yàn)的直觀分析

對(duì)表5正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析，即極差分析，極差R越大，表示因素的數(shù)值在試驗(yàn)范圍內(nèi)的變化，會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)指標(biāo)在數(shù)值上更大的變化，所以極差最大的那一列，就是因素的水平對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響最大的因素，也就是最主要的因素.由表5可知，RB>RD>RA>RC，所以各因素從主到次的順序?yàn)椋築起泡劑用量，D起泡劑種類，A捕收劑用量，C捕收劑種類.

試驗(yàn)指標(biāo)為可燃體回收率，數(shù)值越大越好，所以各因素優(yōu)水平應(yīng)是每個(gè)因素的組內(nèi)平均值最大的值對(duì)應(yīng)的那個(gè)水平，故優(yōu)方案為A4B4C2D2.將因素水平作為橫坐標(biāo)，以其試驗(yàn)指標(biāo)的組內(nèi)平均值為縱坐標(biāo)，畫出因素A，因素B，因素C，因素D與指標(biāo)的趨勢(shì)圖，如圖1所示.

表5 藥劑制度正交試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果表

2.3 藥劑制度正交試驗(yàn)的方差分析

由于直觀分析法不能估計(jì)誤差的大小，不能精確的估計(jì)各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的重要程度，所以對(duì)藥劑制度正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，其結(jié)果見(jiàn)表6.

表6 藥劑制度方差分析表

由表6可知，F(xiàn)AF0.01(3，7)=8.45，F(xiàn)D>F0.01(1，7)=12.2，所以因素A捕收劑用量、因素C捕收劑種類對(duì)可燃體回收率均無(wú)影響，因素B起泡劑用量、因素D起泡劑種類對(duì)可燃體回收率均有高度顯著性影響.

3 浮選條件試驗(yàn)研究

為了考察礦漿濃度、攪拌速度和充氣量等浮選操作條件對(duì)浮選效果的影響，本文利用正交試驗(yàn)表L9(34)進(jìn)行3因素3水平浮選條件正交試驗(yàn)研究，分析各試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的重要程度，并確定最優(yōu)的浮選條件，因素水平見(jiàn)表7所示.

表7 浮選條件因素水平表

試驗(yàn)采用之前探索得到的最佳藥劑制度，即捕收劑為柴油、起泡劑為2號(hào)油、捕收劑用量為1 600 g/t、起泡劑用量為1 000 g/t.L9(34)正交表的表頭設(shè)計(jì)和試驗(yàn)結(jié)果列于表8.

表8 浮選條件正交尋優(yōu)試驗(yàn)安排及試驗(yàn)結(jié)果表

3.1 浮選條件正交試驗(yàn)的直觀分析

由表8可知，RB>RA>RC，所以各因素對(duì)浮選效果的影響從主到次的順序?yàn)椋築主軸轉(zhuǎn)速，A礦漿濃度，C充氣量，優(yōu)方案為A1B3C2.將因素水平作為橫坐標(biāo)，以其試驗(yàn)指標(biāo)的組內(nèi)平均值為縱坐標(biāo)，畫出因素A、因素B、因素C與指標(biāo)的趨勢(shì)圖，如圖2所示.

3.2 浮選條件正交試驗(yàn)的方差分析

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，其分析結(jié)果見(jiàn)表9所示.

表9 浮選條件方差分析表

由表9可知，F(xiàn)A，F(xiàn)B，F(xiàn)C

4 驗(yàn)證試驗(yàn)

用藥劑制度和浮選條件正交試驗(yàn)所得到的最優(yōu)方案，進(jìn)行浮選試驗(yàn)，以作驗(yàn)證.藥劑制度為捕收劑為柴油、起泡劑為2號(hào)油、捕收劑用量為1 600 g/t、起泡劑用量為1 000 g/t，浮選條件為礦漿濃度為60 g/L、主軸轉(zhuǎn)速為2 100 r/min、充氣量為0.2 m3/h，試驗(yàn)結(jié)果如表10所示.

表10 最優(yōu)方案驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表

由表10可知，最優(yōu)方案試驗(yàn)得到可燃體回收率為91.29%，比藥劑制度正交試驗(yàn)中第4號(hào)試驗(yàn)結(jié)果74.17，浮選條件正交試驗(yàn)中第9號(hào)試驗(yàn)結(jié)果87.38均好，所以可以認(rèn)為最終得到的試驗(yàn)方案是真正的優(yōu)方案.

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)鄂爾多斯某選煤廠不粘煤煤泥進(jìn)行浮選試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：

(1)浮選條件因素對(duì)浮選指標(biāo)可燃體回收率沒(méi)有顯著影響，而藥劑制度中起泡劑種類和用量則對(duì)可燃體回收率有顯著影響，捕收劑種類和用量對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)無(wú)顯著影響.

(2)對(duì)于低階煤泥，可以通過(guò)優(yōu)化浮選藥劑制度和浮選條件，達(dá)到較高的可燃體回收率，同時(shí)精煤的產(chǎn)率和發(fā)熱量都處于較高的水平.