叶轮转速对煤泥浮选效果及动力学影响分析

张晓燕

(霍州煤电集团公司 辛置煤矿，山西 霍州 031412)

在我国经济迅速发展的阶段，煤炭作为基础能源，在能源消费比例中仍占有举足轻重的地位[1-2]。随着国家对环境保护的要求越来越严，煤炭的清洁高效利用尤为重要，洗选加工是实现煤炭清洁利用的第一步[3]。煤炭经洗选后可以提高煤炭的质量，减少污染物的排放，保护环境，节约能源，同时增加了煤炭的利用率。目前国内外对煤炭洗选方式运用最多的就是浮选[3]，尤其对细粒煤的洗选加工最有效。在浮选过程中，浮选条件和煤炭的颗粒性质均会影响浮选效果[4-5]。因此，本文选择粒度为0.5 mm以下的细粒煤为研究对象，通过调节浮选机叶轮转速，探究不同密度级细粒煤在叶轮转速变化下的浮选效果及浮选动力学特性。

1 实验部分

1.1 试验煤样及主要药剂

试验煤样经破碎筛分后烘干，取粒度0.5 mm以下的煤样装于密封袋内保存，置于干燥箱内待用。

试验用的药剂主要有：捕收剂煤油(化学纯)，起泡剂仲辛醇(化学纯)，均购于京华化工有限公司。

1.2 试验装置

本次试验采用自制充气搅拌式浮选槽，结构如图1所示。试验参数为：规格为1 L，叶轮直径50 mm，主轴转速设为0～1 500 r/min，电磁充气机充气，玻璃转子和调节阀调节充气量为0～1 000 L/h。具体装置如图2所示。

图1 自制搅拌式浮选槽

图2 浮选试验装置

1.3 试验步骤及方法

试验步骤如下：

试验过程：将试验煤样加入浮选槽中搅拌2 min，加入捕收剂煤油1 kg/t，搅拌1 min后加入起泡剂仲辛醇100 g/t，搅拌10 s，充气量选择400 L/h[6]，调节叶轮转速400 r/min、600 r/min、800 r/min、1 000 r/min、1 200 r/min进行浮选实验，刮泡产品时间间隔为0.5 min，浮选试验结束后收集精煤(1～6号6个精煤产品)及尾煤，烘干称重，得到精煤、尾煤产率，求出精煤、尾煤灰分及可燃体回收率。利用数学模型对得到的试验结果进行拟合，探究浮选速率常数k值的变化规律。

2 结果与讨论

2.1 不同叶轮转速对细粒煤浮选效果的影响

不同转速下煤泥浮选结果见表1。

表1 不同叶轮转速对煤泥浮选的影响

从表1可以看出，叶轮转速增加，细粒煤泥浮选后精煤产率及可燃体回收率也随之增大。当叶轮转速从400 r/min增加到1 200 r/min时，精煤产率从27.88%上升到68.21%，可燃体回收率从37.48%增到76.58%，且叶轮转速增加后，精煤灰分也相应增加。这是因为叶轮转速的增加增大了浮选槽内流体的湍流程度，提高了充分悬浮的煤泥与浮选槽内气泡接触的概率，这样就增加了矿粒与气泡粘附概率及碰撞概率[6]，利于浮选。

2.2 不同叶轮转速下细粒煤浮选动力学分析

将破碎筛分后粒径为0.5 mm以下的煤样，用不同浓度(1.3～1.7 kg/L)的氯化锌重液对其做浮沉试验，试验结果见表2。

表2 0.5 mm煤泥浮沉试验结果

将不同密度级的细粒煤进行浮选，再次调节叶轮转速为400 r/min、600 r/min、800 r/min和1 000 r/min，每30 s收集一次产品，求得累积回收率。将试验结果用origin软件进行拟合处理，处理结果如图3所示。

图3 不同密度级煤泥浮选特性曲线

图4 细粒煤浮选速率常数k随转速的变化关系

从图4可以看出，随着叶轮转速的增加，速率常数呈先增大后减小的趋势。低转速时，不同密度级的煤泥速率常数差别较大，低密度级(小于1.6 kg/L)的煤泥速率常数较高，高密度级(大于1.6 kg/L)煤泥速率常数较低。随着叶轮转速的增加，各密度级煤泥的速率常数均增大，在转速为600 r/min时，高密度级的煤泥速率常数迅速增大，且继续增加叶轮转速后，速率常数变化不明显。其余密度级的煤泥在叶轮转速达到1 000 r/min时，速率常数均发生明显的降低。因此，对于高密度级煤泥，叶轮转速设定为600 r/min即可达到最佳速率常数，低密度级煤泥最佳叶轮转速可设为800 r/min。

3 结 语

1) 叶轮转速的增加可以提高煤泥浮选的精煤产率及可燃体回收率，但灰分也会发生相应的增加，故叶轮转速不能太大；

2) 根据试验结果及浮选动力学模型可以得出，试验煤样符合一级浮选动力学模型；

3) 叶轮转速较低时，不同密度级煤泥浮选速率常数差别较大；随着叶轮转速的增加，速率常数呈先增大后减小的趋势。

4) 对于低密度级煤泥，叶轮转速为800 r/min时，浮选速率常数最佳；高密度级煤泥，叶轮转速设定600 r/min时，浮选速率常数可达到最佳。