基于正交試驗的浮選藥劑制度優(yōu)化

李 浩

(淮礦芬雷選煤工程技術(shù)(北京)有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232046)

龍口選煤廠生產(chǎn)能力4.0 Mt/a，隸屬于龍口市永暉能源有限公司，坐落在山東省龍口市龍口港區(qū)內(nèi)，占地約7.45 hm2，選煤廠屬用戶型煉焦煤選煤廠，現(xiàn)由淮礦芬雷選煤工程技術(shù)(北京)有限責(zé)任公司承包生產(chǎn)運(yùn)營。洗選工藝采用預(yù)先脫泥、50～1 mm有壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選、1～0.25 mm粗煤泥干擾床分選機(jī)分選、小于0.25 mm細(xì)煤泥浮選。該廠經(jīng)4臺XJM-S20浮選機(jī)一段浮選得到精煤和尾煤，為保證精煤產(chǎn)品G值(粘結(jié)指數(shù))，要求浮選精煤灰分在9.01%～9.50%之間。近期，由于入選原煤煤質(zhì)變化較大，浮選入料高灰細(xì)泥含量較高，浮選效果變差，導(dǎo)致浮選精煤灰分升高，重選為浮選“背灰”[1]。試驗選用龍口選煤廠入浮煤泥為研究對象，探索藥劑制度對浮選效果的影響，為高細(xì)泥含量的浮選降灰提質(zhì)尋找有效途徑，為指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)提供依據(jù)[2]。

1 原料性質(zhì)

煤樣采自龍口選煤廠浮選入料，煤種為1/3焦煤，煤泥小篩分試驗結(jié)果見表1。

由表1可知，入浮煤泥的主導(dǎo)粒級為小于0.045 mm粒度級，產(chǎn)率達(dá)到48.94%，該粒度級灰分為42.42%，比大于0.045 mm粒級灰分高24.44%。說明入浮煤泥中高灰細(xì)泥含量較高，其選擇性差，極易發(fā)生機(jī)械夾帶，嚴(yán)重污染精煤質(zhì)量[3]。

表1 浮選入料小篩分試驗

煤泥可選性曲線見圖1，浮選入料浮沉試驗結(jié)果見表2。

圖1 煤泥可選性曲線

表2 煤泥浮沉試驗結(jié)果

從浮沉資料和可選性曲線可看出，入浮煤泥的主導(dǎo)密度級為1.3～1.4 g/cm3，含量27.51%，灰分為10.12%；大于1.8 g/cm3密度級含量20.75%，灰分76.60%，該密度級應(yīng)為大量解離的脈石礦物[4]；1.5～1.6 g/cm3密度級產(chǎn)率為9.26%，灰分29.02%，說明有部分連生體礦物存在[5]。通過一次浮選得到合格浮選精煤和高灰尾礦較為困難。

2 浮選試驗研究

2.1 試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)

試驗采用1.5 L單槽浮選機(jī)，捕收劑和起泡劑取自龍口選煤廠，入浮濃度為80 g/ L。考慮到捕收劑和起泡劑2個因素間存在相互影響，單因素浮選試驗不易確定最佳藥劑量[6-7]，為此通過正交試驗尋找合適的藥劑制度。試驗選取捕收劑和起泡劑作為正交因素，正交試驗采用2因素3水平，正交因素及對應(yīng)的水平見表3，試驗結(jié)果見表4。

表3 正交因素水平

按2因素3水平設(shè)計正交試驗，試驗結(jié)果如表4所示。

表4 正交試驗結(jié)果

2.2 結(jié)果討論

2.2.1 浮選完善指標(biāo)

浮選完善指標(biāo)ηwf用于評價同一原煤不同分選條件的浮選效果，表征浮選的完善程度[8]。浮選完善指標(biāo)計算公式為：

式中，ηwf為浮選完善指標(biāo)，%；rj為浮選精煤產(chǎn)率，%；Aj為浮選精煤灰分，%；Ay為計算入浮煤泥灰分，%。

依據(jù)浮選完善指標(biāo)作為評價方案的指標(biāo)，各試驗浮選完善指標(biāo)見表5。根據(jù)正交試驗結(jié)果數(shù)據(jù)計算各因素各水平的浮選完善指標(biāo)總和與均值，得出各因素的極差值，具體見表6。由表6可以看出，因素B(起泡劑)對浮選完善指標(biāo)的影響較大，最佳藥劑制度為A2B2。

表5 浮選完善指標(biāo)計算結(jié)果

2.2.2 浮選精煤產(chǎn)率

生產(chǎn)實(shí)踐過程中，常以浮選精煤產(chǎn)率直觀表述浮選效果，因此通過浮選精煤產(chǎn)率對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[9-10]。根據(jù)正交試驗結(jié)果計算各因素各水平的浮選精煤產(chǎn)率總和與均值，得出各因素的極差值，具體見表7。由表7可以看出，仍是因素B(起泡劑)對浮選精煤產(chǎn)率的影響較大，最佳藥劑制度為A2B3?；诓僮鲗?shí)踐和試驗分析表明，當(dāng)捕收劑的用量一定時，增加起泡劑的用量可以顯著提高浮選泡沫的收率，進(jìn)而提高了浮選精煤產(chǎn)率。

表6 基于浮選完善指標(biāo)的正交數(shù)據(jù)分析

表7 基于精煤產(chǎn)率的正交數(shù)據(jù)分析

2.2.3 各因素影響分析

捕收劑除對顆粒產(chǎn)生捕收作用外，它還對氣泡穩(wěn)定性具有一定的影響。捕收劑用量較多時，會有較多的捕收劑分子吸附在氣液界面上，使得起泡劑分子疏離氣液界面，氣泡穩(wěn)定性下降，氣泡易兼并或破裂，浮選效果顯著變差。通過起泡劑的使用對捕收劑起乳化作用，使得油滴間相互碰撞、接觸的機(jī)會大大減少，阻礙了油滴間的兼并。在煤泥浮選中，起泡劑的使用提高了捕收劑的分散度，充分發(fā)揮了捕收劑的性能，有利于改善浮選效果，降低藥劑消耗量。

為便于指導(dǎo)浮選過程各因素調(diào)整，使浮選效果達(dá)到最佳狀態(tài)，有必要分析各因素對浮選完善指標(biāo)的影響。以浮選藥劑消耗為橫坐標(biāo)，浮選完善指標(biāo)為縱坐標(biāo)制作浮選完善指標(biāo)隨藥劑消耗的趨勢圖，如圖2所示。由圖2可以看出，隨著捕收劑用量增大，浮選完善指標(biāo)先顯著增加后下降，捕收劑用量過大或過小都不利于浮選完善指標(biāo)。從變化趨勢看，起泡劑用量增加，浮選完善指標(biāo)呈上升趨勢，達(dá)到一定值后開始緩慢下降。

圖2 浮選完善指標(biāo)隨藥劑消耗的趨勢

2.2.4 正交試驗數(shù)據(jù)綜合分析

根據(jù)以上分析可以看出，捕收劑用量過多會導(dǎo)致浮選效果變差，同時浮選精煤產(chǎn)率也未顯著增加。起泡劑用量增加后，浮選完善指標(biāo)增加較為明顯，達(dá)到峰值后緩慢下降，浮選精煤灰分增加幅度較大。采用浮選完善指標(biāo)分析正交試驗數(shù)據(jù)時，A2B2為最佳藥劑；而采用浮選精煤產(chǎn)率分析正交試驗數(shù)據(jù)時，A2B3為最佳藥劑制度。考慮到A2B2和A2B3 2種藥劑制度之間精煤產(chǎn)率差值較小，根據(jù)正交試驗結(jié)果，合理的藥劑制度為捕收劑0.26 kg/t干煤泥，起泡劑為0.15 kg/t干煤泥。

2.2.5 分布釋放浮選試驗

通過分步釋放浮選試驗，得到浮選精煤灰分小于9.50%時的最大理論精煤產(chǎn)率。根據(jù)分布釋放試驗數(shù)據(jù)繪制精煤產(chǎn)率—灰分曲線，如圖3所示。

圖3 分布釋放浮選試驗曲線

從圖3曲線可得，在浮選精煤灰分取9.20%時理論精煤產(chǎn)率是52.37%。通過正交試驗確定的最佳藥劑制度條件下，精煤灰分為9.21%，產(chǎn)率47.58%，計算得出浮選數(shù)量效率90.85%。進(jìn)一步說明通過正交試驗確定的最佳浮選藥劑制度是正確的，試驗數(shù)據(jù)可靠。

3 結(jié) 語

(1)起泡劑用量對浮選完善指標(biāo)和浮選精煤產(chǎn)率的影響顯著大于捕收劑用量。

(2)捕收劑用量過多會導(dǎo)致浮選效果變差，同時浮選精煤產(chǎn)率也未顯著增加。起泡劑用量增加后，浮選完善指標(biāo)增加較為明顯，達(dá)到峰值后緩慢下降，浮選精煤灰分增加幅度較大。

(3)通過浮選完善指標(biāo)和浮選精煤產(chǎn)率來評價浮選效果，得到最佳藥劑用量，在精煤灰分小于9.50%的前提下，浮選數(shù)量效率達(dá)到90.85%。