基于正交試驗的浮選藥劑制度優化

李 浩

(淮礦芬雷選煤工程技術(北京)有限責任公司，安徽 淮南 232046)

龍口選煤廠生產能力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內，占地約7.45 hm2，選煤廠屬用戶型煉焦煤選煤廠，現由淮礦芬雷選煤工程技術(北京)有限責任公司承包生產運營。洗選工藝采用預先脫泥、50～1 mm有壓三產品重介質旋流器分選、1～0.25 mm粗煤泥干擾床分選機分選、小于0.25 mm細煤泥浮選。該廠經4臺XJM-S20浮選機一段浮選得到精煤和尾煤，為保證精煤產品G值(粘結指數)，要求浮選精煤灰分在9.01%～9.50%之間。近期，由于入選原煤煤質變化較大，浮選入料高灰細泥含量較高，浮選效果變差，導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，為高細泥含量的浮選降灰提質尋找有效途徑，為指導現場生產提供依據[2]。

1 原料性質

煤樣采自龍口選煤廠浮選入料，煤種為1/3焦煤，煤泥小篩分試驗結果見表1。

由表1可知，入浮煤泥的主導粒級為小于0.045 mm粒度級，產率達到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泥含量較高，其選擇性差，極易發生機械夾帶，嚴重污染精煤質量[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果見表2。

圖1 煤泥可選性曲線

表2 煤泥浮沉試驗結果

從浮沉資料和可選性曲線可看出，入浮煤泥的主導密度級為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%，該密度級應為大量解離的脈石礦物[4]；1.5～1.6 g/cm3密度級產率為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 試驗設計與數據

試驗采用1.5 L單槽浮選機，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，正交因素及對應的水平見表3，試驗結果見表4。

表3 正交因素水平

按2因素3水平設計正交試驗，試驗結果如表4所示。

表4 正交試驗結果

2.2 結果討論

2.2.1 浮選完善指標

浮選完善指標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]。浮選完善指標計算公式為：

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

依據浮選完善指標作為評價方案的指標，各試驗浮選完善指標見表5。根據正交試驗結果數據計算各因素各水平的浮選完善指標總和與均值，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)對浮選完善指標的影響較大，最佳藥劑制度為A2B2。

表5 浮選完善指標計算結果

2.2.2 浮選精煤產率

生產實踐過程中，常以浮選精煤產率直觀表述浮選效果，因此通過浮選精煤產率對試驗數據進行分析[9-10]。根據正交試驗結果計算各因素各水平的浮選精煤產率總和與均值，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)對浮選精煤產率的影響較大，最佳藥劑制度為A2B3。基于操作實踐和試驗分析表明，當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，進而提高了浮選精煤產率。

表6 基于浮選完善指標的正交數據分析

表7 基于精煤產率的正交數據分析

2.2.3 各因素影響分析

捕收劑除對顆粒產生捕收作用外，它還對氣泡穩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。

為便于指導浮選過程各因素調整，使浮選效果達到最佳狀態，有必要分析各因素對浮選完善指標的影響。以浮選藥劑消耗為橫坐標，浮選完善指標為縱坐標制作浮選完善指標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。從變化趨勢看，起泡劑用量增加，浮選完善指標呈上升趨勢，達到一定值后開始緩慢下降。

圖2 浮選完善指標隨藥劑消耗的趨勢

2.2.4 正交試驗數據綜合分析

根據以上分析可以看出，捕收劑用量過多會導致浮選效果變差，同時浮選精煤產率也未顯著增加。起泡劑用量增加后，浮選完善指標增加較為明顯，達到峰值后緩慢下降，浮選精煤灰分增加幅度較大。采用浮選完善指標分析正交試驗數據時，A2B2為最佳藥劑；而采用浮選精煤產率分析正交試驗數據時，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率差值較小，根據正交試驗結果，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率。根據分布釋放試驗數據繪制精煤產率—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%，產率47.58%，計算得出浮選數量效率90.85%。進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，試驗數據可靠。

3 結 語

(1)起泡劑用量對浮選完善指標和浮選精煤產率的影響顯著大于捕收劑用量。

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

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