康文泽,　沈永宇

(黑龙江科技学院 资源与环境工程学院, 哈尔滨 150027)



细粒煤泥溶气浮选实验

康文泽,沈永宇

(黑龙江科技学院 资源与环境工程学院, 哈尔滨 150027)

针对细粒煤泥浮选效率低的问题，设计了一种新型溶气浮选装置。以七台河煤样为研究对象，进行了溶气压力、矿浆浓度和药比为主要影响因素的溶气浮选正交实验，确定总用药量为1.8 kg/t、溶气压力为0.4 MPa、矿浆浓度为20 g/L、药比为3 ∶1的最优操作条件；进行溶气浮选与传统浮选的对比实验，分析两种不同浮选产品的粒度组成。结果表明：相同的浮选实验条件下，溶气浮选与传统浮选相比，精煤灰分降低了0.42%，浮选精煤产率、浮选完善指标、可燃体回收率分别提高了4.70%、5.18%、6.12%。细粒煤泥的溶气浮选效果优于传统浮选。

细粒煤泥; 溶气浮选; 粒度

根据我国国情,目前,煤炭占我国一次性能源消费的70%,未来50年,煤炭仍然占我国一次性能源消费的55%～60%[1-2]。因此,在相当长的一段时间内,煤炭将是我国的主要能源。随着我国煤炭开采机械化水平的提高,产生的细粒粉煤也越来越多,加之煤炭洗选过程中又产生一定量的次生煤泥,无形中又增加了细粒煤的数量[3]。粉煤的分选难度大,利用效率低。而粉煤中粒度小于0.074 mm的细粒煤泥大多灰分较高,恶化煤泥的浮选效果[4-5]。如何充分利用细粒煤资源,提高细粒煤泥的浮选效率,成为亟待解决的现实问题[6]。针对细粒煤泥不易分选的特点[7],笔者以应用在废水处理和油水分离方面的溶气浮选技术为基础[8-9],设计了一套用于细粒煤泥分选的溶气浮选装置,重点研究该装置处理细粒煤泥的浮选效果。

1　实验装置与方法

1.1实验原料及装置

实验用水为黑龙江科技学院自来水,pH 7.10,总硬度为179 mg/L。煤样来源于黑龙江省七台河,灰分为27.62%,水分为1.37%,挥发分为30.14%,黏结指数为70,胶质层厚度为15 mm,根据中国煤炭分类标准,该煤样属于1/3焦煤。浮选实验使用的捕收剂为煤油,起泡剂为仲辛醇。

根据研究的特点,参照相关溶气浮选资料[9-10],结合选煤专业知识,设计了溶气浮选装置,用于细粒煤泥的浮选实验研究。溶气浮选实验装置如图1所示。

图1　溶气浮选实验装置Fig. 1　Dissolved air flotation device in laboratory

传统浮选实验采用XFD-1.5型单槽浮选机,槽容积为1.5 L,叶轮直径为60 mm,叶轮转速为1 910 r/min。浮选产物的粒度分析采用1064L型高精度激光粒度分析仪。

1.2实验方法

将煤样粗碎、细碎、研磨,采用干法筛分,直至煤样全部通过0.074 mm孔径筛为止,作为实验用煤样。

传统浮选实验中,除了特定的矿浆浓度为20 g/L,总用药量为1.8 kg/t,药比为3 ∶1以外,其他实验条件严格按照GB/T 4757—2001《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》进行。产品的分析及其化验遵循GB/T 212—2008《煤的工业分析方法》国家标准。

溶气浮选实验中,首先,将煤样与水混合均匀,加入捕收剂和起泡剂,将矿浆倒入溶气罐,开启循环泵。然后在密闭状态下,采用小型空气压缩机对溶气罐加压,在一定的压力下稳压5 min后,开启出料口阀门和充气泵,释放加压后的矿浆,同时刮泡。最后,将收集到的产品过滤、干燥、称量、计算产率、测定灰分。

产品粒度检测实验采用高精度激光粒度仪,每次称取试样量0.10 g,放入分散池,在超声波作用下分散60 s,测定粒度分布,实验结果通过分析软件处理后由计算机输出。

2　实验结果与讨论

2.1最优浮选操作条件

由于分选的煤样粒度<0.074 mm,在用溶气浮选装置实验时,首先进行的是单因素探索实验。在总用药量为1.8 kg/t的条件下,确定矿浆质量浓度A、药比B、溶气压力C为影响细粒煤泥溶气浮选的主要因素，并以此为基础进行正交实验,具体的因素水平见表1,以浮选完善指标、精煤产率、可燃体回收率为主要考核指标,实验数据见表2。

表1正交实验因素水平

Table 1Factor levels of orthogonal test

在煤炭的浮选过程中,主要以浮选完善指标和可燃体回收率作为评判浮选效果的标准。根据表2的结果判断,最优的浮选条件为A1B3C3,即矿浆质量浓度为20 g/L、药比为3 ∶1、溶气压力为0.4 MPa,此时的浮选效果最好。

表2正交实验数据

Table 2Data of orthogonal test %

2.2浮选效果对比实验

为验证溶气浮选对于细粒煤泥的浮选效果,在最佳浮选条件下,进行溶气浮选与传统浮选对比实验。传统浮选除了压力为常压外,其他实验条件与溶气浮选相同,实验结果见表3。

表3不同浮选方法的实验结果

Fig. 3Experimental results of different ways of flotation %

从表3可以看出,溶气浮选与传统浮选相比,精煤灰分降低了0.42%,精煤产率、浮选完善指标和可燃体回收率分别提高了4.70%、5.18%和6.12%。可见,对于细粒煤泥的分选,溶气浮选效果优于传统浮选。

2.3粒度分析

利用激光粒度仪将传统浮选、溶气浮选的精煤和尾煤进行粒度分析,粒度测量结果见表4,粒度分布见图2。

表4不同产品的粒度测量结果

Table 4Particle size measurement results of different products

图2　不同产品的粒度分布Fig. 2　Particle size distribution of different products

由表4可以看出,传统浮选尾煤的平均直径为44.14 μm,灰分为39.88%;溶气浮选尾煤的平均直径为13.48 μm,灰分为41.66%。由此可以看出,溶气浮选尾煤的粒度细、灰分高,说明溶气浮选能更好地分离出高灰细泥,从尾煤的粒度、灰分分析,溶气浮选的效果优于传统浮选。传统浮选精煤的平均直径为33.56 μm,灰分为9.60%;溶气浮选精煤的平均直径为41.25 μm,灰分为9.19%。从精煤的平均直径来看,溶气浮选的粒度比传统浮选大,这主要是由于传统浮选和溶气浮选使用的原料煤是一样的,粒度组成相同,溶气浮选尾煤都是高灰分的细泥,粒度较粗的低灰分煤都成为了精煤,导致溶气浮选精煤的平均直径比传统浮选大。溶气浮选的精煤灰分比传统浮选精煤灰分低也证实了这一点。

从图2a、2b可以看出,传统浮选精煤的粒度分布主要集中在30～60 μm之间,粒度小于30 μm颗粒只占总面积的5.7%。溶气浮选精煤的粒度分布主要集中在10～80 μm之间,粒度分布宽,粒度小于30 μm颗粒占总面积的8.4%,高于传统浮选的5.7%,说明溶气浮选能回收更多的细粒精煤。分析图2c、2d,传统浮选尾煤的粒度分布主要集中在30～80 μm之间,粒度小于30 μm颗粒只占总面积的4.4%,而溶气浮选尾煤的粒度分布主要集中在1～50 μm之间,粒度小于30 μm颗粒占总面积的42.5%,从粒度分布看溶气浮选尾煤的粒度更细。综合以上分析,细粒煤泥的溶气浮选效果优于传统浮选。

3　结　论

(1)实验确定了溶气浮选的最佳操作参数,即溶气压力0.4 MPa、矿浆质量浓度20 g/L、总用药量1.8 kg/t、药比3 ∶1。

(2)对七台河煤样进行浮选实验,在相同的实验条件下,溶气浮选与传统浮选相比,灰分降低了0.42%,浮选精煤产率、浮选完善指标和可燃体回收率分别提高了4.70%、5.18%和6.12%。

(3)与传统浮选相比,溶气浮选尾煤的粒度细、灰分高,精煤的粒级分布宽,小于30 μm的量多,精煤灰分低。研究证明,细粒煤泥的溶气浮选效果优于传统浮选。

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(编辑徐岩)

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

国家自然科学基金项目(51144012);哈尔滨市科技创新人才研究专项资金项目(2009RFXXG030)

康文泽(1964-)，男，黑龙江省鸡西人，教授，博士，研究方向：矿物加工及洁净煤技术，E-mail:kwz010@163.com。

TD923.9

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