（矿物加工工程专业论文）聚硅酸铁制备及在倾斜式浮选柱选煤中的应用.pdf

论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 聚硅酸铁制备及在倾斜式浮选柱选煤中的应用 矿物加工工程 李凤呜 王水利 摘要 ( 签名) 尘& 垒 ( 签名) 一z 妒坦1 无机高分子化合物是近年来絮凝剂研究领域的一个热点，其中的聚硅酸铁是一个主 要的研究对象，主要应用于废水处理，煤泥水处理，有的研究者将其应用于煤的洗选， 并证明有一定的效果。但无机絮凝剂存在的一个较大问题是稳定性问题，目前的做法是 添加别的元素用以提高其稳定性。本论文在不添加其它元素的情况下，通过本身制各工 艺条件的优化，使原液的保存时间由一般的l 2 个月延长到9 个月以上，提高了其稳 定性。 将自制的无机高分子絮凝剂聚硅酸铁作为倾斜式浮选柱选煤的浮选添加剂，研究了 其对煤浮选效果的影响，证明其可以在一定程度上提高产率1 3 左右，对降灰有一定效 果，对脱硫有一定负面影响。 细粒煤的洗选是选煤行业的难点，跳汰、重介这些主要的选煤方法都有一个分选下 限的问题。细粒煤中煤与矿物质的解离比较充分，为脱硫和降灰提供了良好的条件，重视 和提高细粒煤的分选效果是降低总精煤硫分、灰分和减少燃煤污染的重要途径之一。细 粒煤在大多数选煤厂中占有很大的比重，且狄分仅比合格精煤高2 - - 一4 个百分点，对这部 分煤根据各自的性质选择合适的方法进行有效的分选，将具有良好的经济和社会效益。本 论文利用自制设备“倾斜式浮选柱”对细粒煤进行脱硫降灰处理，讨论了不同因素对浮选 效果的影响，通过正交实验选择最佳工艺，用最佳工艺经过3 次浮选得到灰分接近2 的洁净煤。 关键词：聚合硅酸铁；倾斜式浮选柱；洁净煤；产率 研究类型：应用研究 s u b j e c t ：p r e p a r a t i o no fp o l y - s i l i c a t e f e r r i ca n di t sa p p l i c a t i o ni nc o a l f l o t a t i o nb yt i l t t y p ef l o t a t i o nc o l u m n s p e c i a l t y ：m i n e r a lp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g n a m e：l if e n g m i n g i n s t r u c t o r ：w a n gs h u il i a b s t r a c t ( s i g n a t ur e ) ( s i g n a t u r e ) i nr e c e n ty e a r s ，i n o r g a n i cm a c r o m o l e c u l ec o m p o u n di sah o t s p o to ff l o c c u l a n tr e s e a r c h a r e a , o fw h i c ht h ep o l y s i l i c a t e f e r r i ci sam a j o ro b j e c to fs t u d y ，m a i n l yu s e di nw a s t e w a t e r t r e a t m e n t ，b l a c kw a t e rt r e a t m e n t ，a n de v e nc o a lp r e p a r a t i o nb ys o m er e s e a r c h e r s ，a n ds h o w e d s o m er e s u l t sf r o mt h e m h o w e y e r ，o n em o r es e v e r ep r o b l e mo fi n o r g a n i cf l o c c u l a n t sw h i c h h a v ee x i s t e di st h e i rs t a b i l i t y t h ec u r r e n tp r a c t i c ei sa p p e n d i n go t h e re l e m e n t st oi ts oa st o e n h a n c ei t ss t a b i l i t y i nt h i ss t u d y ，w i t h o u ta p p e n d i n go t h e re l e m e n t s ，b u tb yo p t i m i z i n gi t s p r e p a r a t i o nc o n d i t i o n s ，t h es t o r a g el i f eo fp o l y - s i l i c a t e - f e r r i cl i q u i dw a sp r o l o n g e df r o m t h e g e n e r a l1t o2m o n t h st o9m o n t h so rm o r e ，s oi t ss t a b i l i t yw a s e n h a n c e d h e r e ，i n o r g a n i cm a c r o m o l e c u l ef l o c c u l a n tp o l y - s i l i c a t e - f e r r i cw h i c hw a sm a d e db ym y o w nw a sa p p l i e dt oc o a lf l o t a t i o na saf l o t a t i o na d d i t i v e ，i t se f f e c t so nt h ei m p a c to fc o a l f l o t a t i o nw a ss t u d i e d i th a sb e e np r o v e dt h a tp o l y s i l i c a t e - f e r r i cc a l li n c r e a s eo f13p e r c e n t t h ey i e l d ，h a ss o m er i g h te f f e c t so na s hd o f f i n g ，b u th a ss o m en e g a t i v ei m p a c t so n d e s u l f u r i z a t i o n f i n ec o a lt r e a t m e n ti st h en o d u so fc o a lp r e p a r a t i o ni n d u s t r y j i g g i n g ，d e n s e m e d i u - ms e p a r a t i o na n ds oo n ，a l lt h e s em a j e rc o a lp r e p a r a t i o nm e t h e d sh a v eap r o b l e mt h a t i st h el o w e r1 i m i to fs e p a r a t i o n d i s s o c i a t i o no fm i n e r a l sf r o mc o a li ss u f f i c i e n ti nf i n e c o a l ，s oi tp r o v i d e sag o o dc o n d i t i o nf o rt h ed e s u l f u r i z a t i o na n da s hd e b a s i n g a t t a c - h i n gi m p o r t a n c et oa n de n h a n c i n gt h es e p a r a t ei m p a c to ff i n e c o a lp r e p a r a t i o ni so n e o ft h ei m p o r t a n tw a y sb yw h i c ht or e d u c et h es u l f u ra n da s hc o n t e n to ft h et o t a l c l e a nc o a l ，a n dt od e b a s et h ep o l l u t i o ng r a d eo ft h ec o a lc o m b u s t i o n f i n ec o a li si nal a r g ep r o p o r t i o ni nt h em a j o r i t yo fc o a lp r e p a r a t i o np l a n t e s ，b u ti t sa s hc o n t e n ti s o n l y2t o4p e r c e n t a g eh i g h e rt h a nt h ee l i g i b l ec l e a nc o a l e f f e c t i v ep r e p a r a t i o na i m e da tt h i sp a r tc o a lb ya p p r o p r i a t em e t h o d sb a s e dt h e i ro w nn a t u r e ，w i l lh a v eg o o de c o n o m i ca m ds o c i a lb e n e f i t s i nt h i sp a p e r ，f i n ec o a l i sd e a l e dw i t ht h r o u g hd e s u l f u r i z a t i o na n da s hd e b a s i n gw i t ht h eu s eo fh o m e - m a d ee q u i p m e n t ”t i l t - t y p e f l o t a t i o nc o l u m n ”，t h ee f f e c t so fd i f f e r e n tf a c t o r so nt h ei m p a c to ff l o t a t i o n w a sd i s c u s s e d t h eb e s t t e c h n o l o g yi s s e l e c t e dt h r o u g ht h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t ，c l e a n e dc o a lw h o s ea s hc o n t e n ti sc l o s et o2 i sg a i n e dt h r o u g ht h eb e s tt e c h n o l o g y a f t e r3t i m e sf l o t a t i o np r o c e s s k e yw o r d s ：p o l y - s i l i c a t e - f e r r i c o u t p u t t h e s i s ：a p p l i e ds t u d y t i l t t y p ef l o t a t i o nc o l u m n c l e a nc o a l 妻料技夫学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：套l 虱呜日期：哆- 6 厂 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期问 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：毋l 孔呜 指导教师签名： 2 小卅 叫年f 角咖 1 绪论 1 绪论 1 1 无机高分子絮凝剂的研究现状及其应用 在污水中投加混凝剂后，污水中的胶体会失去稳定性，并通过胶体本身布朗运动进 行碰撞而形成尺寸较小的“微絮体”，称“凝聚”；微絮体通过水力或机械搅拌，进一步聚 集成肉眼可见到的大“絮凝体”，这一过程称为“絮凝”。从加药开始直至最终形成絮凝体 ( 俗称“矾花，) 的整个过程，称“混凝”。混凝过程是水处理工艺中最广泛、最普遍、同 时也是最重要的单元操作技术之一，随着人们对混凝剂性能及机理的研究的不断深入， 混凝剂已由低分子向高分子、由单一组分起作用向多组分协同作用的方向发展。现在发 展起来的絮凝剂包括：有机高分子絮凝剂、无机高分子絮凝剂以及生物絮凝剂。 根据混凝剂的组成，一般将其分成无机混凝剂和有机混凝剂；再根据它们分子量的 高低、官能团的特性及官能团离解后所带电荷的性质，将其进一步分为高分子、低分子、 阳离子型、阴离子型和非离子型混凝剂。 无机高分子混凝剂是在传统的铝盐和铁盐混凝剂的基础上发展起来的一类新型水 处理药剂，由于这类药剂比传统药剂具有适应性强、无毒、并可成倍提高效能且廉价的 优点，近年得到迅速和广泛的应用，已经逐步发展成为水处理的主流药剂，在我国已逐 步形成系列：阳离子型、阴离子型、复合型( 见表1 1 ) 。 表1 1 无机高分子混凝剂统计表 西安科技大学硕士学位论文 1 2 聚硅酸铁( p s f ) 制备的基本原理和过程 1 2 1 聚硅酸的生成原理 活化硅酸属阴离子型无机高分子电解质，其最大的优点在于其毒性很小而且价格低 廉，具有很强的吸附架桥能力。活化硅酸是以水玻璃为原料，用各种活化剂进行处理得 到的。水玻璃的活化，首先是用酸或强酸弱碱盐中和其碱度至p h 值9 以下，使其生成 硅酸，硅酸缩聚，经氧基桥联形成聚合硅酸，它是带有负电荷的无机高分子阴离子。水 玻璃活化之后，要进行熟化，让聚合反应继续进行，最终生成硅酸凝胶。硅酸凝胶不再 具有吸附架桥能力。为了延缓或中断聚合反应，在熟化适当时间后把溶液稀释，并在一 定时间内投加使用。 硅酸溶液中各种离子、分子的量随p h 的不同而变化，具体数值如表1 2 【1 1 所示。 表1 2 硅酸溶液中各种离子、分子的量随p h 的变化 分子或离f 形态 h ：s i 0 4 ：h s i 0 4 一 h j s i 0 4h 。s i 0 4 1 ) h 值 9 9 0 1 0 “9 9 0 x1 0 。9 9 0 1 0 一1 4 9 0 9 1 0 一9 i t ) xi o 一：9 0 9 1 0 _ o 1 3 5 1 h ) 1 0 一5 0 0 x1 0 15 0 ( j xj o 一4 1 2 9 o o l o 一：9 0 1 1 0 - 19 0 1 l o 一3 l l 8 9 0 i o 3 9 0 i 1 0 19 o lx1 0 ： 1 0 5 0 0 xi o l5 0 0 1 0 1 9 9 1 坶l o 一：9 0 9 ) c l o l 8 9 1 ) 9 l o 一39 0 9 1 0 一i 7 i 。0 0 1 0 39 9 9 1 0 一 6 i 0 0 1 0 4l 。o o1 0 0 l o 一。 5 1 0 0 xl o s1 0 01 0 0 x1 0 “1 1 4 1 o o 1 0 呻 1 0 0 i 0 0 1 0 。 3 1 o o xi o 一7 i 0 0i 0 0 1 0 5 2 i o o l o 一8l ，0 0 1 0 0 1 0 4 l 根据溶液的不同酸碱性，硅酸在溶液中聚合有两种不同的机制【2 】。( 1 ) 在微碱性、中 性和微酸性区域，硅酸存在的形式主要有h 3 s i 0 4 - 和h 4 s i 0 4 ，硅酸聚合主要是硅酸分子 和硅酸负离子间所进行的四配位氧联反应。生成的产物可按照同样的机制进一步聚合成 三聚体直至高聚物。在碱性区域， h 3 s i 0 4 【h 4 s i 0 4 】，硅酸聚合速度取决于 h 4 s i 0 4 】浓 度，随着 h 4 s i 0 4 】浓度的增大而增大，此时，随着p h 值的降低，h 3 s i 0 4 - 质子化成为h 4 s i 0 4 的浓度将逐渐增高，硅酸的聚合凝胶速度加快，凝胶时间越来越短；在微酸性区域， 【h 3 s i 0 4 - o lh o o h 淤i l n 名，l o h h o o h i： h o ) h i 由于反应中不释放o h 。，所以聚合初级阶段，硅酸溶液p h 值不增加，随着聚硅酸 组分的增多，聚硅酸的电离常数均比单硅酸的大，且随聚合度的增高而增加，释放质子 能力增强，从而使溶液的p h 逐渐降低【3 】。当溶液p h 在1 5 4 5 时，两种聚合方式( a ) 、 ( b ) 同时进行；当溶液p h 4 5 时，聚合方式按( a ) 进行；当溶液p 2 7 0 2 7 0 2 7 0 2 7 0 2 3 聚合硅酸铁的检测表征 将聚硅酸铁溶液在室温下凉干，研磨成粉状，然后进行扫红外光谱分析、描电镜观 察、x 射线衍射分析。 据付英3 2 1 的研究，无论是敞开固化还是封闭固化，固化对p s f 的性能影响都较小， 总体上固化后性能有所降低，但可以通过追加投料量弥补固化的负面效应。 2 3 1 聚合硅酸铁的红外检测表征 上述4 种不同铁硅摩尔比的实验品红外检测见图2 1 。从图中可以看出，不同铁、 硅摩尔比的p s f 的红外图谱形态大体相同，在相同或相近的峰位，吸收强度不同，总体 讲出现以下峰位： ( 1 ) 3 6 0 3 c m 以窄强吸收峰，为游离的o h 的伸缩振动峰； ( 2 ) 3 3 4 0 - - - 3 5 0 0c m 1 强宽吸收峰带，随着铁硅( 摩尔比) 增大，吸收强度增大，峰位变宽，为与f e ”相连的o h 基团、吸附水分子及硅酸中的配位水分子的o h 基团的伸缩振动峰，说明铁与聚硅酸发 生反应，生成多羟基的f e s i 复合聚合物，铁量的增加，形成的f e o h 量增加，故吸收 强度增大； ( 3 ) 1 6 3 5c m 一处的中等强度窄吸收峰，随铁硅( 摩尔比) 减小，峰位稍微变 大，为水的o h 的弯曲振动吸收峰，说明样品中有水分存在； ( 4 ) 1 2 7 0 - - - 9 6 0c m 1 宽强 吸收带，9 7 8 c m 、11 3 5c m d 分别是f e o s i 、f e s i 的伸缩振动峰，11 0 0c m 。1 是s i - o 基 团的伸缩振动峰。在铁硅( 摩尔比) 为2 0 的图谱上吸收强度弱于其它情况，这是由于铁 量相对较少，形成的f e s i ，f e o s i 键数量较少所致，随着铁量的增加，形成的f e s i ， f e o s i 数量增加，吸收强度增大( 5 ) 6 5 2c m 。1 中强窄吸收峰，在铁硅( 摩尔比) 为2 0 的图谱上表现不明显，为f e o h 的弯曲振动峰；( 6 ) 5 9 2 , - , 6 1 1e m ，随铁硅( 摩尔比) 的增大，峰位向小的方向移动，铁硅( 摩尔比) 为2 5 时为6 1 1 、铁硅( 摩尔比) 为3 0 时为 6 1 0 、铁硅( 摩尔比) 为4 5 时为5 9 6 ，为f e o 基团的伸缩振动峰1 3 列； ( 7 ) 5 1 1 5 1 6c m 1 吸收峰，在铁硅( 摩尔比) 为4 5 的谱图上为4 7 4c m 。1 为f e o 基团的伸缩振动峰。 1 4 2 聚硅酸铁制备 ( a ) 摩尔比为2 0 的p s f 红外光谱图( b ) 摩尔比为2 5 的p s f 红外光谱图 固国 ( c ) 摩尔比为3 0 的p s f 红外光谱图 ( d ) 摩尔比为4 5 的p s f 红外光谱图 图2 1 聚硅酸铁的红外吸收光谱图 2 3 2 聚合硅酸铁的x 射线衍射检测 通过对f e s i = 2 0 、f e s i = 3 0 二个样品的x 射线衍射数据的分析( 见图2 2 ) ，没有 发现硫酸铁的衍射峰，说明它已经参与了反应。同时可以看到虽然这二个样品铁含量不 同，但x 射线衍射峰相同，说明生成了相同的物质。此外图谱中可见n a 3 f e ( s 0 4 ) 3 ( h 2 0 ) 3 及少量s i 0 2 1 5 西安科技大学硕士学位论文 譬 ：薹 量 叁 呈 兰 1 02 03 04 0 5 06 07 0 2 t h e t a d e g ( a ) f e s i = 2 0 的聚合硅酸铁的x 射线衍射谱图 e 三圄 1 uz 03 04 00 uo u，u 2 t h e t a d e g ( b ) f e s i = 3 0 的聚合硅酸铁的x 射线衍射谱图 图2 2 聚合硅酸铁的x 射线衍射谱图 2 3 3 聚合硅酸铁的扫描电镜表征 聚硅酸铁的扫描电镜照片见图2 3 ，从图中可以看出，随着铁量的增加，固形物的形 貌更加清晰，而且呈现一向延伸。活性硅酸是硅酸凝胶的动力学中间产物，由于本实验中 与f e 3 十反应的是较低聚合度( 聚合度为3 0 左右) 的活性硅酸，有许多活性很强的端基 o h ，活性硅酸对f e 3 + 有很强的吸附络合作用，二者反应能生成稳定性比较强的络合物。 1 6 o 筋 ：2 伯 5 2 聚硅酸铁帝】备 至于聚硅酸铁的形貌特征，可以作以下解释：s i o f e 键的稳定性较好，配位体的络 合一离解平衡倾向于络合方向，形态变大f e f e 键的形成速度快并且与s i 旺f e 键的形成可能会有相互促进作用，而s i o s i 键( 活性硅酸聚合) 形成速度慢并且可能 会与s i o f e 键的形成有相互阻碍作用，当f e 升数目较少时，硅酸聚合是主要反应， 生成的s i os i - o s i o s i 键较多，少数f 一与端基o h 或o 络合，硅铁成键的 方式可以表示为：s i o f e o s i o s i 。由于s i o f e 键与s i o s i 键的相 互阻碍作用，参与络合的f e 3 + 较少，络合向各个方向发展当f e 数目较多时，能最大 程度地与端基o f f 反应，硅铁成键的方式可以表示为：s i 0 一f e 一_ c l f e _ o s 1 f e _ 舢f e 与s i o f e 的相互促进使样品瞬时生成大量以s i o f e _ 畦f e o s i 键络合的物种，分子量很大，络合在个方向进行，形成一向延伸。 a ) f e s i = 2 0 ( 放大3 0 0 0 倍)( b ) f e d s i - 一25 ( 放大3 0 0 0 倍) ( c ) f e s i - 30 ( 放大3 0 0 0 倍) f d l f e s i = 45 ( 放大3 0 0 0 倍) 兰圭至兰垄耋翟：茎竺尘三 ( e ) f e s i = 20 ( 放大1 0 0 0 倍)( o f e s i - 。25 ( 放大1 0 0 0 倍 ( g ) f e s i = 30 ( 放人1 0 0 0 倍)帅) f e s i = 45 ( 放大1 0 0 0 倍) 圈2 3 自然固化的聚硅酸铁的扫描电镜照片 2 4 聚合硅酸铁稳定性增强机理的探讨 硅酸的聚合过程：硅酸在水溶液中可以有四种存在形式，它们是：h 4 s i o th ，s i 0 4 h 2 s i 0 4 2 。h 5 s i o g ，当p h 值在2 - 1 0 之间时，溶液中主要存在的是h 3 s i 0 4 , h 4 s i 0 4 在这一 p h 值范围内，硅酸的聚合反应速度较快，尤其当p h 值接近7 的时候，溶液中几乎全部 是上述二种离子，此时硅酸的聚合反应速度最快，由此可知此二离子是影响硅酸聚合反 应速度的主要因素。其聚合反应式是： 2 聚硅酸铁制备 o ho h il h o s i o h + h o s i o il o ho h o ho h ii h o s i o s i o 一+ h 2 0 li o ho h o ho h il h o s i o h + h o s i 一0 一一 ll o ho h o ho h ii h 0 一s i o s i o h+0 h ii o ho h 生成的二聚硅酸负离子，能够与中性的硅酸分子或二聚硅酸分子进一步聚合，生成聚合 度较高的多聚硅酸分子，直至最终硅酸溶液变成胶冻为止。 向硅酸溶胶中引入某些金属离子，一方面可以阻止或减缓硅酸溶胶的z e t a 电位，增 强电中和并压缩胶粒双电层而产生混凝作用；另一方面含有金属离子的硅酸溶胶体系 中，物质的主要存在形态为水解的自由离子( 金属盐水解而得) 、单体和低聚羟基化合物， 使得一部分金属盐或金属盐水解的自由离子可与共存的聚硅酸上的羟基氧形成配位键， 发生螯合( 络合) 反应生成金属硅聚合物，减缓了聚硅酸的进一步聚合，使得聚合硅酸的 稳定性明显提高。金属离子f e 3 + 、a l ”对硅酸溶液的聚合胶凝具有抑制作用，它们的加 入明显延长了聚硅酸的胶凝时间，说明这两种金属离子是比较好的硅酸阻凝n t 3 5 j 。f e 3 + 的缓凝效果比a 1 3 + 的好很多。 当硅酸溶液中的硅原子数量加大时，由于聚合核中心数目的增多，因此聚合的进程加 快，聚硅酸的稳定性下降，因此当硅的浓度降低时，体系的稳定性增强，这也就是二氧化 硅浓度低的聚硅酸铁稳定性大的原因。 在添加硫酸铁之前，硅酸的聚合度不能过大，因为聚合度大时，体系的胶凝速度必 然加快，所以适度的聚合度对提高稳定性有积极意义。 1 9 西安科技大学硕士学位论文 3 倾斜式浮选柱用于细粒煤浮选的工艺研究 细粒煤的洗选是煤炭洗选加工中的难题，随着开采深度和难度的加大，细粒煤含量 会不断增加，目前煤炭常规浮选工艺的粒度下限在4 0 u m 以上f 3 6 1 ，本文利用自制的倾斜 式浮选柱对不同粒度的粉煤进行了不同工艺条件下的浮选实验，找出了最佳工艺，制备出 灰分小于3 的洁净煤。洁净煤的应用包括煤代油，高级碳材料，煤质碳黑，制备活性炭3 7 】 世 号手o 3 1 试验部分 3 1 1 倾斜式浮选柱设计及其原理 倾斜式浮选柱的原理图如图3 1 所示。浮选柱体为长方体形，尺寸为9 c m * 6 c m * 3 0 c m ， 柱体截面为圆边的矩形，6 c m 这一边平行地面，柱体偏离垂直地面方向大约2 0 度。将 经过充气充分搅拌的矿浆放入浮选柱中，通入气体，产生气泡，气泡将疏水的煤粒带到 泡术层，经刮泡器刮入精矿收集桶，矿浆在柱体内呈上下双向流动，在液面处，亲水的 灰分被下降流带到柱体下部，实现矿与非矿的分离。喷淋水不断的刷洗泡末层，下降流 将洗刷下来的脉石矿物带走。 鉴于上述，倾斜式浮选柱的特点可以归结为：( 1 ) 在泡末层与矿浆液面交界靠近精矿 出口处，有一股向下的液体流，它将亲水的脉石矿物强行带出泡术层，同时将喷淋水冲 刷下来的未与气泡黏附的矿物颗粒带走，强化喷淋水作用，提高精煤质量。( 2 ) 循环矿 浆连续不断地经过气泡发生器处，使得未与气泡黏附的有用矿物发生接触，有利于提高 产率。( 3 ) 在垂直柱体最长边的这个方向上，通过调节柱体倾斜角度，使上升流的厚度小 于下降流的厚度，矿浆上升的过程中，不断的有下降流将脉石矿物及未与气泡黏附的颗 粒带出上升流。( 4 ) 在尾矿出口的下方向处，环流水力几乎为零，粗颗粒及脉石矿物不参与 循环 3 1 2 倾斜式浮选柱用于王家沟细粒煤浮选的试验 ( 1 ) 实验条件的确定 影响浮选的因素有：搅拌因素，药剂制度( 用量，加药顺序及地点，不同药剂的比 例等) ，刮泡时间，物料粒度，p h 值，矿浆浓度，气量，气泡尺寸，浮选机本身的功能， 药剂与矿浆接触时间，原料的性质。由于影响浮选的因素比较多，本实验仅对煤粉粒度、 加气量、药剂用量和比例以及搅拌时间采用正交试验法进行探讨，而对其它影响因素采 用单因素法并结合实验条件预先予以确定，并不再加以讨论。这些因素包括：浮选 2 0 3 倾斜式浮选柱用于细粒煤浮选的工艺研究 药剂：捕收剂选用煤油，起泡剂为仲辛醇。刮泡时间：经过前期实验，以1 0 m i n 为好， 太短影响产率；太长不会提高产率，反而影响脱灰率。p h 值：由于酸碱对设备有腐 蚀，因此本实验采用自来水，不加酸碱。矿浆浓度：借鉴前人的结论，超细粉浮选 浓度以5 为好。气泡尺寸：因实验条件所限，气泡尺寸大约为0 8 m m 。浮选机 本身的因素：通过前期的实验，浮选柱高度加大，产率下降，脱灰率上升，最后确定高 度为3 0 c m ；倾斜度过大或过小，都会导致矿浆循环不畅，最后确定为2 0 0 。 清水 j l f 精 f 矿浆搅拌 7 i 矿 厂 ， 路线 倾斜式浮选柱原理图 的实验，对其它一些规程和参数确定如下。 选择：制备洁净煤，需要选择不易泥化的易选煤种，经过前期的实验，选 择神家沟煤矿的长焰不粘煤作为本次实验的原料，虽然灰分含量最高，但不易泥化，2 l 西安科技大学硕士学位论文 属于易选煤种。其工业分析及元素分析结果见表1 。药剂种类和配比的选择：捕收剂 是煤油，起泡剂为仲辛醇，捕收剂与起泡剂比例及用量由后续实验确定。将粉煤倒入 水中搅拌，搅拌过程中通入一定量的气体，控制气量的多少，以使搅拌能顺利进行。当 煤与水混合均匀后，加入煤油，搅拌3 m i n ，加入起泡剂 3 8 】，开始计时；到时间后放入 浮选柱，同时通入气体，进行分选。 ( 2 ) j 下交实验 家沟煤的工业分析和元素分析见表3 1 表3 1 王家沟煤的工业分析和元素分析表 王家沟煤的破碎解离特征见表3 2 表3 2 球磨时间( m i n ) 与粒度( m ) 的关系表 时间 筹迭 1 02 03 04 0 d 4 ，3 】 3 8 71 8 31 6 41 4 7 d 3 ，2 】 1 9 38 3 7 36 8 d 5 03 4 41 5 41 4 61 3 9 下面通过正交实验确定粒度、气量、药剂用量和比例、搅拌时间等因素对产率和脱 灰效果的影响。j 下交试验采用4 因素3 水平，l 9 ( 3 4 ) 正交表。4 因素分别取煤粉粒度( 舢， 气量及气泡发生器位置( b ) ，捕收剂( 煤油) 和起泡剂( 仲辛醇) 的用量和比例( c ) 以及 搅拌时间( d ) ；每个因素选3 个水平( 见表3 3 ) 。浮选效果通过回收率和脱灰率来考核。 表3 3 因素水平表 ab c d 弋孝 粒度( 球磨时间)气量及气泡发生煤油( k g t ) 搅拌时间 水平( m i n )器位置( m l m i n )( r a i n ) 1 51 0 0 0 下1 51 0 2 1 06 0 0 下 2 52 0 31 5 1 0 0 0 上 3 53 0 指捕收剂用鼍，煤油8 泡n = 5 ：1 。 2 2 3 倾斜式浮选柱用于细粒煤浮选的工艺研究 试验方案见表3 4 ，其中气泡发生器位置的“上、下”指气泡发生器距离浮选柱底部 的距离，“下”大约距离底部2 c m 处，“上大约距离底部6 c m 处 表3 4 试验方案 3 1 3 倾斜式浮选柱用于店房台细粒煤浮选的试验 店房台煤的工业分析见下表3 5 表3 5 店房台煤的工业分析 另外，测得其硫含量为2 3 4 经过前期实验，证明粒度过粗影响产出率，球磨1 0 分钟以后产出率基本稳定，故选定 球磨1 0 分钟的物料作为以下实验用料未做特别说明，实验条件同前 下面通过正交实验确定抑制剂用量和种类，刮泡时间，捕收剂用量等因素对产率和脱 硫效果的影响，由于店房台煤的灰分含量很低，在此不加以讨论 正交试验采用4 因素3 水平，l 9 ( 3 4 ) 正交表。4 因素分别取抑制剂用量( a ) ，抑制剂 种类0 3 ) ，刮泡时间( c ) ，捕收剂用量( d ) ；每个因素选3 个水平，浮选效果通过回收率和 脱硫率来考核，因素水平表见表3 6 西安科技大学硕士学位论文 表3 6 因素水平表 沁索 abcd 乎 抑制剂用量( g t ) 抑制剂种类 刮泡时i f i ( m i n )煤油( k g t ) 一 l6 0 0 重铬酸钾 1 01 5 2 8 0 0高锰酸钾1 5 2 0 31 0 0 0 氧化钙 2 02 5 煤油起泡n = 5 ：1 。 试验方案见表3 7 表3 7 试验方案 3 2 结果分析 王家沟煤和店房台煤的正交试验分析方法采用多指标正交设计中的加权综合评分 法1 3 9 1 ，相关的计算方法和过程见附录1 和附录2 ，计算结果见表3 8 、表3 1 0 试验结果有 以下特点：从直接分析来看，第4 号实验分值最高，最优水平组合为a 2 b l c 2 d 3 因 素主次顺序为a c b d 根据正交实验设计的均匀可比性质，各因素的好水平组合起来就 是最优水平组合，最优组合为a 2 b l c 2 d 2 。 综合优选，进行第二批实验，虽然a 2 最优，但是与a 3 并无明显区别，因此还应当实 验粒度更细的粉料；b l c 2 为下一步实验的最优方案；虽然d 2 最优，但是d 为最次要 的因素，几乎可以不予考虑，从节约成本和提高效率的角度考虑，选用d l 作为下一步 的实验方案。因此下一步实验球磨2 0 m i n ，3 0 m i n ，4 0 m i n 的粉料。其它参数为b l c 2 d 1 。 实验结果见表3 9 。综合评分结果与各因素的关系见图3 2 3 倾斜式浮选柱用于细粒煤浮选的工艺研究 3 1 0 3 0 0 2 9 0 2 8 0 2 7 0 2 6 0 2 5 0 厂 、 3 0 0 2 9 5 2 9 0 2 8 5 2 8 0 2 7 5 a 1 a 2 a 3 人 7 。 c 2c 3 3 0 0 2 9 5 2 9 0 2 8 5 2 8 0 。 2 9 3 2 9 2 2 9 1 2 9 0 2 8 9 2 8 8 b lb 2 b 3 、 y 图3 2 综合评分和因素水平关系图 表3 8 王家沟煤的正交实验结果 d 2d 3 实 实验因素 实验结果 验 脱灰同收 编 脱灰 率加回收率加 综合 号 abcd 权综 率 权综 率( ) 评分 合评 ( ) 合评 分值分值 1( 1 0 0 0 ll( 5 ) l( 1 5 ) 1 ( 1 0 )4 6 81 4 5 18 0 81 2 9 32 7 4 4 下) 212 ( 6 0 0 卜)2 ( 2 5 )2 ( 2 0 )5 7 01 7 6 76 1 79 8 72 7 5 4 3( 1 0 0 0 3 1 3 ( 3 5 )3 ( 3 0 )5 3 51 6 5 9 6 1 69 8 62 6 4 4 上) 42 ( 1 0 )l235 9 51 8 4 58 0 51 2 8 83 1 3 3 5223l6 2 61 9 4 15 9 59 5 22 8 9 3 623l26 1 41 9 0 36 8 81 1 0 13 0 0 4 73 ( 1 5 )l3 25 6 41 7 4 8 7 8 41 2 5 43 0 0 3 832l 36 6 02 0 4 65 5 98 9 42 9 4 0 93321 5 9 91 8 5 77 4 7 1 1 9 5 3 0 5 2 k l 8 1 4 28 8 7 98 6 8 88 6 8 8 k 2 9 0 2 98 5 8 78 9 3 98 7 6 1 k 3 8 9 9 58 7 0 08 5 4 08 7 1 7 平均k l 2 7 1 42 9 6 02 8 9 62 8 9 6 平均k 2 3 0 1 o2 8 6 22 9 8 02 9 2 0 、f 均k 3 2 9 9 82 9 0 02 8 4 72 9 0 6 r2 9 69 81 3 32 4 西安科技大学硕士学位论文 表3 9 第二批实验结果表 超纯煤的制备一般要经过三到四次浮选1 4 0 1 ，从本实验结果可以看出，经过三次浮选， 可以得到灰分含量小于3 的洁净煤，每个批次的回收率都稳定在7 0 - 一8 5 左右，对于 球磨1 0 m i n 的粉料，经过三次分选，最终回收率为5 1 6 ，对于球磨4 0 m i n 的粉料，经 过三次分选，最终回收率为5 1 9 ，而用煤制备活性炭的回收率在1 5 时就已经达到预 期目的【4 1 1 ，因此本实验具有较高的经济效益。 店房台煤试验结果分析：从直接分析来看，第5 号实验分值最高，最优水平组合 为a 2 8 2 c 3 d l 因素主次顺序为b d c a 根据正交实验设计的均匀可比性质，各因素的 好水平组合起来就是最优水平组合，其最优组合为a l b 2 c l d l 综合优选，进行第二批实验 利用找到的最优组合进行实验，测得脱硫率4 3 ，8 5 3 3 倾斜式浮选柱用于细粒煤浮选的工艺研究 表3 1 0 店房台煤的正交实验结果 抑制剂刮泡全硫 全硫 回收同收 试验编抑制剂捕收剂脱硫综合 时间 脱硫 率 率( 呦 号 用量( 克 种类 ( k g t ) 率得评分 吨)( r a i n ) 率( ) ( ) 得分 分( ) 重铬酸 x l l6 0 01 51 53 7 51 1 2 57 9 31 4 7 52 6 0 钾 高锰酸 x l 26 0 02 023 6 51 0 9 58 4 61 5 7 42 6 6 9 钾 x l 36 0 0 氧化钙 2 52 52 3 57 0 57 1 11 3 2 22 0 2 7 重铬酸 x l 48 0 02 02 52 7 58 2 57 3 51 3 6 72 1 9 2 钾 高锰酸 x l 58 0 02 51 53 71 118 4 21 5 6 62 6 7 6 钾 x l 68 0 0 氧化钙 1 524 01 2 05 7 71 0 7 32 2 7 3 重铬酸 x l 71 0 0 02 523 2 59 7 57 0 91 3 1 92 2 9 4 钾 高锰酸 x l 81 0 0 01 52 53 3 51 0 0 58 1 91 5 2 32 5 2 8 钾 x l 91 0 0 0 氧化钙 2 01 53 6 51 0 9 57 2 91 3 5 62 4 5 1 k 17 2 9 6 7 0 9 7 4 07 7 2 7 k 27 1 4 17 8 77 3 17 2 3 6 k 37 2 7 36 7 5 7 0 0 6 7 4 8 平均k l2 4 3 22 3 62 4 72 5 7 6 平均k 2 2 3 82 6 22 4 42 4 1 2 平均l ( 3 2 4 2 42 2 52 3 3 2 2 4 9 r5 23 7 31 3 53 2 7 西安科技大学硕士学位论丈 4 1 试验部分 4 聚合硅酸铁在煤浮选中应用的试验研究 4 1 1 粉煤灰和粉煤沉降速度定性观察实验 将粉煤灰和粉煤分别加入到不同p h 的水中，观察其沉降速度，然后加入p s f ，观 察沉降速度的变化，具体结果见表4 1 。 表4 1 粉煤灰和粉煤沉降速度定性观察实验表 预先配 水量加入 物料 附加措 ( 毫物料重量 p f s s 沉降 说明效果备注 制的p h 用量 速度 旌 升)名称 ( 克) 在碱性 加入p f s s 粉煤 环境中 加入2沉降极 加速了粉 1 1 12 0 00 8 0 滴较快利于粉滴快( 小于 灰 煤灰的沉 煤灰沉 p f s s 1 分钟) 淀 淀 在中性 加入p f s s 7 5 7 ( 自 2 0 0 粉煤 环境中加入2 未加速粉 来水) 灰 0 80 滴中不利于滴中速 煤灰的沉 粉煤灰 p f s s 淀 沉淀 在酸性 在酸性环 粉煤 环境中加入2 境中粉煤 2 0 52 0 00 8 0 滴慢粉煤灰滴不沉 灰灰难以沉 难以沉 p f s s 淀 淀 在碱性 加入2 强碱环境 天元 环境中 下p f s s 不 1 1 72 0 020 滴不沉滴不沉 能使煤团粉煤粉煤难 p f s s 以沉淀聚 在中性 加入2 中性环境 7 5 7 ( 自 2 0 0 天元 20 滴不沉 环境中 滴很快 下p f s s 促 来水) 粉煤粉煤难 p f s s 进煤粉团 以沉淀聚 在酸性 加入2 酸性环境 天元环境中 下p f s s 促 2 22 0 0 2 0 滴快滴很快 进煤粉团粉煤利丁：粉 p f s s 煤沉淀聚 2 8 4 聚合硅酸铁在煤浮选中应用的试验研究 4 1 2 聚合硅酸铁用于天元煤的浮选实验 天元煤的工业分析和元素分析见下表4 2 表4 2 天元煤的工