半焦搖床分選脫灰的影響因素?

張靜非趙世永張 超肖 鵬楊會軍（.西安科技大學,陜西省西安市,70054; 2.西部礦井開采及災害防治教育部重點實驗室,陜西省西安市,70054）

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半焦搖床分選脫灰的影響因素?

張靜非1,2趙世永1張 超1,2肖 鵬1,2楊會軍1,2
（1.西安科技大學,陜西省西安市,710054; 2.西部礦井開采及災害防治教育部重點實驗室,陜西省西安市,710054）

摘要為了解決煤炭熱解產物高效清潔利用的問題,應用6－S搖床對半焦進行脫灰試驗,探究了搖床分選對半焦脫灰的影響因素,在試驗過程中通過調節搖床床面傾角、沖程以及沖次,獲得了不同參數下的半焦產率以及脫灰率。試驗結果表明,搖床在分選細粒半焦時,床面的傾角處于5°～8°的范圍為宜,同時,小沖程和大沖次能夠保證較好的分選效果,增大沖程或者減小沖次都對分選不利。當傾角為8°、沖程為9 mm以及沖次為460次/min 時,通過正交試驗可以得到最優分選條件。

關鍵詞搖床 半焦 脫灰 影響因素

當前煤炭資源作為我國的主體能源,在低碳經濟的大背景下,對如何高效利用煤炭資源、大力發展潔凈煤技術提出了更高的要求,煤炭資源及其附屬產品的綜合加工利用成為研究的熱點。半焦作為煤炭熱解后的產物之一,每年產量大但銷路一般。半焦富集了原煤的灰分,如果可以通過一定辦法對其進行提純凈化,不僅能高效清潔利用煤炭資源,而且可以拉長產業鏈并提高企業效益。半焦經脫灰之后多用于冶金、生產電石、制備水焦漿以及生產活性炭等。相關專家在半焦粉中添加粘結劑,將其加工為冶金型焦;還有專家將市政污泥與半焦粉摻和,在添加較少粘結劑的條件下,制備出強度和熱值都較高的型焦;另有專家在廢棄的半焦粉中添加粘結劑后,經過一定方法制備出了工業型焦;部分專家將半焦用酸改性之后,用來探究它對染料廢水的吸附性能。

目前國內外主要運用酸浸、堿浸或者酸堿聯合的辦法對煤炭進行化學方法脫灰,但這種方法成本高、污染大且難以產業化,而搖床分選主要是通過傾斜床面以及水流的作用力來實現分選脫灰,在煤炭的脫硫降灰方面具有較好的效果,因此探究搖床分選對半焦脫灰的影響因素對于提高半焦脫灰效果以及大力發展煤炭資源清潔高效利用有著重要意義。

1　搖床分選簡述

1.1作用原理

搖床分選屬于薄流膜分選過程,試驗中所用搖床的型號為6－S搖床,物料處于一個傾斜的床面,通過斜面水流的作用力、傾斜床面的不對稱往復運動以及物料自身的重力使物料實現分選。

搖床主要有由傾斜床面、傳動裝置以及給礦裝置構成,床面下有可以調節傾角的裝置,通過調節傳動裝置可以改變傾斜床面運動的沖程和沖次,物料在床面上的分布圖如圖1所示。

圖1　料在床面上的分布圖

由圖1可以看出,搖床分選時床面上物料給料槽進入傾斜床面,在水流作用、床面作用力以及重力作用下根據密度以及粒度將精礦、中礦以及尾礦分離,達到物料脫灰降硫的效果。

1.2影響因素

1.2.1入料量和入量濃度

在具體的搖床分選試驗中,適宜的入料量和入料濃度需要結合實際情況來決定。一般來說,入料量和入料濃度必須保持穩定,才能保證較好的分選效果,減少誤差,較正常的給料濃度一般為15%～30%。

1.2.2沖程與沖次

沖程和沖次是一對相互影響的因素,決定了搖床分選時床面運動的速度以及加速度,并且能夠使物料在床面上松散、分層及選擇性運送,達到按密度和粒度分選。當分選細粒物料時,小沖程和高沖次能夠獲得較好的分選效果;選別粗粒物料時則與細粒物料相反。

1.2.3沖洗水和橫向坡度

適宜的沖洗水需要在實際中具體調節,沖洗水以及橫向坡度能夠改變物料在傾斜床面上的松散情況和橫向的運動速度。一般分選細粒物料時,采用小坡度;分選粗粒則相反。

2　試驗結果與分析

以3 mm以下的半焦為原料進行試驗,在試驗前測得其灰分為10.92%,試驗中主要通過改變搖床傾角、沖程以及沖次來探究分選效果以及分選規律。所用6－S搖床的傾角變化范圍為0°～10°、沖程變化范圍為9～17 mm、沖次變化范圍為280～460次/min。

2.1搖床傾角單因素試驗

當沖程為9 mm、沖次為460次/min以及沖水量為0.2 L/s時,不同傾角的脫灰試驗數據見表1,精焦和中煤的產率和脫灰率隨傾角的變化圖如圖2和圖3所示。

表1　不同傾角的脫灰試驗數據

圖2　精焦產率和脫灰率隨傾角的變化圖

圖3　中焦產率和脫灰率隨傾角的變化圖

由表1、圖2和圖3可以看出:

（1）隨著搖床傾角增大,精焦產率先減后增, 在5°～8°之間,精焦脫灰率和產率相對較高,脫灰效果較好。

（2）隨著搖床傾角增大,中焦產率變化不大,同樣在5°～8°之間時,精焦脫灰率相對較高。

綜合考慮,傾角在5°～8°時,分選效果較好,傾角過小或者過大都會使分選脫灰效果變差,同時適度增大傾角能夠減少沖洗水的用量。

2.2搖床沖程單因素試驗

當傾角為8°、沖次為460次/min以及沖水量為0.2 L/時,不同沖程的搖床脫灰試驗數據見表2,精焦和中焦產率和脫灰率隨沖程的變化圖如圖4和圖5所示。

表2　不同沖程的搖床脫灰試驗數據

圖4　精焦產率和脫灰率隨沖程的變化圖

圖5　中焦產率和脫灰率隨沖程的變化圖

由表2、圖4和圖5可以看出:

（1）沖程逐漸增大時,精焦產率以及脫灰率都有所降低。當沖程為9 mm時,分選效果最好,精焦產率和脫灰率分別為43%和43.9%。

（2）隨著沖程的增大,中焦產率有所上升,但是導致了脫灰率下降。

總體而言,在分選物料時,沖程在較小值時,其脫灰效果較好。由于增大沖程,增大了水流的垂直分速度以及產生的上浮力,物料顆粒受到這些力的影響較大,不利于物料精確按密度和粒度分離,作用力的增大導致了物料“過分選”,致使精焦產率有所降低,中焦的產率有增大,脫灰效果變差。

2.3搖床沖次單因素試驗

當傾角為8°、沖程為9 mm以及沖水量為0.2 L/s時,不同沖次的搖床脫灰試驗數據見表3,精焦和中焦產率和脫灰率隨沖次的變化圖如圖6和圖7所示。

表3　不同沖次的搖床脫灰試驗數據

由表3、圖6和圖7可以得看出:

（1）隨著沖次的增大,精焦脫灰率隨著沖次增大也有上升的趨勢,而產率略有下降。當沖次為460次/min時,精焦的脫灰率也最大,為40.3%,此時的精焦產率為38.8%。

（2）逐漸增大沖次,中焦的脫灰率以及產率有所上升,但幅度不大。當沖次為460次/min時,精焦產率以及脫灰率分別為53.4%和27.4%。

總之隨著沖次變大,床面水流的懸浮能力增強,使物料能夠盡快按密度和粒度分散,但是由于增大沖次致使床面和水流的作用力增大,精焦容易受到干擾,產率略有下降,但是脫灰率也有所提高。

圖6　精焦產率和脫灰率隨沖次的變化圖

圖7　中焦產率和脫灰率隨沖次的變化圖

3　最優試驗條件探究

對原料半焦進行正交試驗,采用三因素三水平以便探究最優試驗條件。以精焦脫灰率為主要指標,并輔以精焦產率選取最優條件,試驗數據選取因素水平見表4,正交試驗結果見表5。

表4　因素水平

表5　正交試驗結果

由表5可以看出,第7組試驗的結果最好,由此可以得出當傾角為8°、沖程為9 mm以及沖次為460 次/min時為最優條件。此時的精焦產率為49.3%,脫灰率達到了43.1%,產率和脫灰率相對較高。

進一步分析傾角、沖程以及沖次對脫灰率的影響大小,進行方差分析見表6。

表6　方差分析

由表6可以看出,對原料半焦脫灰率影響最大的是沖次,其次是傾角,最后是沖程,即影響程度排序為沖次＞傾角＞沖程。

4　結論

（1）搖床傾角在5°～8°時,分選效果較好,增大或者減小傾角都對脫灰不利。

（2）沖程和沖次是相互影響的兩個因素,物料分選時,小沖程和大沖次能夠保證物料在床面盡快松散,達到較好的分選脫灰效果。

（3）通過正交試驗確定了最佳分選條件當傾角為8°、沖程為9 mm以及沖次為460次/min時,此時精焦脫灰率和產率相對較高,分選效果最好。

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（責任編輯王雅琴）

Influence factors of table separation on semi-coke deashing

Zhang Jingfei1,2,Zhao Shiyong1,Zhang Chao1,2,Xiao Peng1,2,Yang Huijun1,2
（1.Xi＇an University of Science and Technology,Xi＇an,Shaanxi 710054,China; 2.Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention,Ministry of Education, Xi＇an,Shaanxi 710054,China）

AbstractIn order to solve the issue of efficient clean and utilization on coal pyrolysis products,semi-coke deashing test was carried out by 6-S type table concentrator,the influence factors of table separation on semi-coke deashing was explored,and semi-coke yield and deashing rate under different parameters were achieved by adjusting the table dip angle,stroke and pump rate in the test process.The results showed that when the dip angle of table surface ranged from 5°to 8°,the effect of table separation on fine semi-coke was better,and small stroke and large pump rate were help to ensure better separation effect,while increasing the stroke and decreasing the pump rate were bad for separation. When the dip angle was 8°and the stroke was 9 mm and the pump rate was 460 times per minute,the optimal separation condition could achieved by orthogonal experiment.

Key wordstable concentrator,semi-coke,deashing,influence factor

中圖分類號TD943

文獻標識碼A

基金項目:?國家自然科學基金資助項目（51304156, 51504189）,新疆科技支撐資助項日（201333110）

作者簡介:張靜非（1993－）,男,甘肅隴南人,西安科技大學在讀研究生,主要從事安全科學與工程方面的研究。