康文澤,　沈永宇

(黑龍江科技學院 資源與環(huán)境工程學院, 哈爾濱 150027)

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細粒煤泥溶氣浮選實驗

康文澤,沈永宇

(黑龍江科技學院 資源與環(huán)境工程學院, 哈爾濱 150027)

針對細粒煤泥浮選效率低的問題，設計了一種新型溶氣浮選裝置。以七臺河煤樣為研究對象，進行了溶氣壓力、礦漿濃度和藥比為主要影響因素的溶氣浮選正交實驗，確定總用藥量為1.8 kg/t、溶氣壓力為0.4 MPa、礦漿濃度為20 g/L、藥比為3 ∶1的最優(yōu)操作條件；進行溶氣浮選與傳統(tǒng)浮選的對比實驗，分析兩種不同浮選產品的粒度組成。結果表明：相同的浮選實驗條件下，溶氣浮選與傳統(tǒng)浮選相比，精煤灰分降低了0.42%，浮選精煤產率、浮選完善指標、可燃體回收率分別提高了4.70%、5.18%、6.12%。細粒煤泥的溶氣浮選效果優(yōu)于傳統(tǒng)浮選。

細粒煤泥; 溶氣浮選; 粒度

根據(jù)我國國情,目前,煤炭占我國一次性能源消費的70%,未來50年,煤炭仍然占我國一次性能源消費的55%～60%[1-2]。因此,在相當長的一段時間內,煤炭將是我國的主要能源。隨著我國煤炭開采機械化水平的提高,產生的細粒粉煤也越來越多,加之煤炭洗選過程中又產生一定量的次生煤泥,無形中又增加了細粒煤的數(shù)量[3]。粉煤的分選難度大,利用效率低。而粉煤中粒度小于0.074 mm的細粒煤泥大多灰分較高,惡化煤泥的浮選效果[4-5]。如何充分利用細粒煤資源,提高細粒煤泥的浮選效率,成為亟待解決的現(xiàn)實問題[6]。針對細粒煤泥不易分選的特點[7],筆者以應用在廢水處理和油水分離方面的溶氣浮選技術為基礎[8-9],設計了一套用于細粒煤泥分選的溶氣浮選裝置,重點研究該裝置處理細粒煤泥的浮選效果。

1　實驗裝置與方法

1.1實驗原料及裝置

實驗用水為黑龍江科技學院自來水,pH 7.10,總硬度為179 mg/L。煤樣來源于黑龍江省七臺河,灰分為27.62%,水分為1.37%,揮發(fā)分為30.14%,黏結指數(shù)為70,膠質層厚度為15 mm,根據(jù)中國煤炭分類標準,該煤樣屬于1/3焦煤。浮選實驗使用的捕收劑為煤油,起泡劑為仲辛醇。

根據(jù)研究的特點,參照相關溶氣浮選資料[9-10],結合選煤專業(yè)知識,設計了溶氣浮選裝置,用于細粒煤泥的浮選實驗研究。溶氣浮選實驗裝置如圖1所示。

圖1　溶氣浮選實驗裝置Fig. 1　Dissolved air flotation device in laboratory

傳統(tǒng)浮選實驗采用XFD-1.5型單槽浮選機,槽容積為1.5 L,葉輪直徑為60 mm,葉輪轉速為1 910 r/min。浮選產物的粒度分析采用1064L型高精度激光粒度分析儀。

1.2實驗方法

將煤樣粗碎、細碎、研磨,采用干法篩分,直至煤樣全部通過0.074 mm孔徑篩為止,作為實驗用煤樣。

傳統(tǒng)浮選實驗中,除了特定的礦漿濃度為20 g/L,總用藥量為1.8 kg/t,藥比為3 ∶1以外,其他實驗條件嚴格按照GB/T 4757—2001《煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法》進行。產品的分析及其化驗遵循GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》國家標準。

溶氣浮選實驗中,首先,將煤樣與水混合均勻,加入捕收劑和起泡劑,將礦漿倒入溶氣罐,開啟循環(huán)泵。然后在密閉狀態(tài)下,采用小型空氣壓縮機對溶氣罐加壓,在一定的壓力下穩(wěn)壓5 min后,開啟出料口閥門和充氣泵,釋放加壓后的礦漿,同時刮泡。最后,將收集到的產品過濾、干燥、稱量、計算產率、測定灰分。

產品粒度檢測實驗采用高精度激光粒度儀,每次稱取試樣量0.10 g,放入分散池,在超聲波作用下分散60 s,測定粒度分布,實驗結果通過分析軟件處理后由計算機輸出。

2　實驗結果與討論

2.1最優(yōu)浮選操作條件

由于分選的煤樣粒度<0.074 mm,在用溶氣浮選裝置實驗時,首先進行的是單因素探索實驗。在總用藥量為1.8 kg/t的條件下,確定礦漿質量濃度A、藥比B、溶氣壓力C為影響細粒煤泥溶氣浮選的主要因素，并以此為基礎進行正交實驗,具體的因素水平見表1,以浮選完善指標、精煤產率、可燃體回收率為主要考核指標,實驗數(shù)據(jù)見表2。

表1正交實驗因素水平

Table 1Factor levels of orthogonal test

在煤炭的浮選過程中,主要以浮選完善指標和可燃體回收率作為評判浮選效果的標準。根據(jù)表2的結果判斷,最優(yōu)的浮選條件為A1B3C3,即礦漿質量濃度為20 g/L、藥比為3 ∶1、溶氣壓力為0.4 MPa,此時的浮選效果最好。

表2正交實驗數(shù)據(jù)

Table 2Data of orthogonal test %

2.2浮選效果對比實驗

為驗證溶氣浮選對于細粒煤泥的浮選效果,在最佳浮選條件下,進行溶氣浮選與傳統(tǒng)浮選對比實驗。傳統(tǒng)浮選除了壓力為常壓外,其他實驗條件與溶氣浮選相同,實驗結果見表3。

表3不同浮選方法的實驗結果

Fig. 3Experimental results of different ways of flotation %

從表3可以看出,溶氣浮選與傳統(tǒng)浮選相比,精煤灰分降低了0.42%,精煤產率、浮選完善指標和可燃體回收率分別提高了4.70%、5.18%和6.12%?？梢?對于細粒煤泥的分選,溶氣浮選效果優(yōu)于傳統(tǒng)浮選。

2.3粒度分析

利用激光粒度儀將傳統(tǒng)浮選、溶氣浮選的精煤和尾煤進行粒度分析,粒度測量結果見表4,粒度分布見圖2。

表4不同產品的粒度測量結果

Table 4Particle size measurement results of different products

圖2　不同產品的粒度分布Fig. 2　Particle size distribution of different products

由表4可以看出,傳統(tǒng)浮選尾煤的平均直徑為44.14 μm,灰分為39.88%;溶氣浮選尾煤的平均直徑為13.48 μm,灰分為41.66%。由此可以看出,溶氣浮選尾煤的粒度細、灰分高,說明溶氣浮選能更好地分離出高灰細泥,從尾煤的粒度、灰分分析,溶氣浮選的效果優(yōu)于傳統(tǒng)浮選。傳統(tǒng)浮選精煤的平均直徑為33.56 μm,灰分為9.60%;溶氣浮選精煤的平均直徑為41.25 μm,灰分為9.19%。從精煤的平均直徑來看,溶氣浮選的粒度比傳統(tǒng)浮選大,這主要是由于傳統(tǒng)浮選和溶氣浮選使用的原料煤是一樣的,粒度組成相同,溶氣浮選尾煤都是高灰分的細泥,粒度較粗的低灰分煤都成為了精煤,導致溶氣浮選精煤的平均直徑比傳統(tǒng)浮選大。溶氣浮選的精煤灰分比傳統(tǒng)浮選精煤灰分低也證實了這一點。

從圖2a、2b可以看出,傳統(tǒng)浮選精煤的粒度分布主要集中在30～60 μm之間,粒度小于30 μm顆粒只占總面積的5.7%。溶氣浮選精煤的粒度分布主要集中在10～80 μm之間,粒度分布寬,粒度小于30 μm顆粒占總面積的8.4%,高于傳統(tǒng)浮選的5.7%,說明溶氣浮選能回收更多的細粒精煤。分析圖2c、2d,傳統(tǒng)浮選尾煤的粒度分布主要集中在30～80 μm之間,粒度小于30 μm顆粒只占總面積的4.4%,而溶氣浮選尾煤的粒度分布主要集中在1～50 μm之間,粒度小于30 μm顆粒占總面積的42.5%,從粒度分布看溶氣浮選尾煤的粒度更細。綜合以上分析,細粒煤泥的溶氣浮選效果優(yōu)于傳統(tǒng)浮選。

3　結　論

(1)實驗確定了溶氣浮選的最佳操作參數(shù),即溶氣壓力0.4 MPa、礦漿質量濃度20 g/L、總用藥量1.8 kg/t、藥比3 ∶1。

(2)對七臺河煤樣進行浮選實驗,在相同的實驗條件下,溶氣浮選與傳統(tǒng)浮選相比,灰分降低了0.42%,浮選精煤產率、浮選完善指標和可燃體回收率分別提高了4.70%、5.18%和6.12%。

(3)與傳統(tǒng)浮選相比,溶氣浮選尾煤的粒度細、灰分高,精煤的粒級分布寬,小于30 μm的量多,精煤灰分低。研究證明,細粒煤泥的溶氣浮選效果優(yōu)于傳統(tǒng)浮選。

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(編輯徐巖)

Experiment of dissolved air flotation of fine coal

KANGWenze,SHENYongyu

(College of Resources & Environmental Engineering, Heilongjiang Institute of Science & Technology, Harbin 150027, China)

Aimed at addressing the lower flotation efficiency, as has been common in fine coals, this paper features the design of a novel dissolved air flotation device. The design process consists of performing the orthogonal test of dissolved air flotation, associated with the main influencing factors, such as saturation pressure, pulp concentration, and reagent ratio, depending on the coal sample from Qitaihe mine, determining the optimal operating conditions with the reagents consumption of 1.8 kg/t, the pressure of 0.4 MPa, pulp concentration of 20 g/L, and reagent ratio of 3 ∶1, conducting the comparison between dissolved air flotation method and the traditional flotation one, and analyzing two different flotation products size. The results show that, employed in the same flotation conditions, dissolved air flotation method gives a 0.42% lower clean coal ash content, a 4.70% higher flotation yield of clean coal, a 5.18% better flotation perfect indicator, and a 6.12% greater recovery of combustible body than does conventional flotation one. It follows that dissolved air flotation method compares favourably with the conventional flotation method.

fine coal; dissolved flotation; particle size

1671-0118(2012)03-0229-04

2012-05-02

國家自然科學基金項目(51144012);哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項資金項目(2009RFXXG030)

康文澤(1964-)，男，黑龍江省雞西人，教授，博士，研究方向：礦物加工及潔凈煤技術，E-mail:kwz010@163.com。

TD923.9

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