半焦摇床分选脱灰的影响因素*(煤炭)

半焦摇床分选脱灰的影响因素*(煤炭)

张静非^1,2  赵世永¹  张  超^1,2  肖  鹏^1,2  杨会军^1,2

（1．西安科技大学，陕西省西安市，710054； 2．西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室，陕西省西安市，710054）

摘  要  为了解决煤炭热解产物高效清洁利用的问题，应用6-S摇床对半焦进行脱灰试验，探究了摇床分选对半焦脱灰的影响因素，在试验过程中通过调节摇床床面倾角、冲程以及冲次，获得了不同参数下的半焦产率以及脱灰率。试验结果表明，摇床在分选细粒半焦时，床面的倾角处于5⁰～8⁰的范围为宜，同时，小冲程和大冲次能够保证较好的分选效果，增大冲程或者减小冲次都对分选不利。当倾角为8⁰、冲程为9 mm以及冲次为460次／min时，通过正交试验可以得到最优分选条件。

关键词  摇床  半焦  脱灰  影响因素    中图分类号  TD943  

    当前煤炭资源作为我国的主体能源，在低碳经济的大背景下，对如何高效利用煤炭资源、大力发展洁净煤技术提出了更高的要求，煤炭资源及其附属产品的综合加工利用成为研究的热点。半焦作为煤炭热解后的产物之一，每年产量大但销路一般。半焦富集了原煤的灰分，如果可以通过一定办法对其进行提纯净化，不仅能高效清洁利用煤炭资源，而且可以拉长产业链并提高企业效益。半焦经脱灰之后多用于冶金、生产电石、制备水焦浆以及生产活性炭等。相关专家在半焦粉中添加粘结剂，将其加工为冶金型焦；还有专家将市政污泥与半焦粉掺和，在添加较少粘结剂的条件下，制备出强度和热值都较高的型焦；另有专家在废弃的半焦粉中添加粘结剂后，经过一定方法制备出了工业型焦；部分专家将半焦用酸改性之后，用来探究它对染料废水的吸附性能。

    目前国内外主要运用酸浸、碱浸或者酸碱联合的办法对煤炭进行化学方法脱灰，但这种方法成本高、污染大且难以产业化，而摇床分选主要是通过倾斜床面以及水流的作用力来实现分选脱灰，在煤炭的脱硫降灰方面具有较好的效果，因此探究摇床分选对半焦脱灰的影响因素对于提高半焦脱灰效果以及大力发展煤炭资源清洁高效利用有着重要意义。

1  摇床分选简述

1.1  作用原理

    摇床分选属于薄流膜分选过程，试验中所用摇床的型号为6-S摇床，物料处于一个倾斜的床面，通过斜面水流的作用力、倾斜床面的不对称往复运动以及物料自身的重力使物料实现分选。

    摇床主要有由倾斜床面、传动装置以及给矿装置构成，床面下有可以调节倾角的装置，通过调节传动装置可以改变倾斜床面运动的冲程和冲次，物料在床面上的分布图如图1所示。

 

    由图1可以看出，摇床分选时床面上物料给料槽进入倾斜床面，在水流作用、床面作用力以及重力作用下根据密度以及粒度将精矿、中矿以及尾矿分离，达到物料脱灰降硫的效果。

1.2  影响因素

1. 2.1  入料量和入量浓度

    在具体的摇床分选试验中，适宜的入料量和入料浓度需要结合实际情况来决定。一般来说，入料量和入料浓度必须保持稳定，才能保证较好的分选效果，减少误差，较正常的给料浓度一般为15%～30%。

1.2.2  冲程与冲次

    冲程和冲次是一对相互影响的因素，决定了摇床分选时床面运动的速度以及加速度，并且能够使物料在床面上松散、分层及选择性运送，达到按密度和粒度分选。当分选细粒物料时，小冲程和高冲次能够获得较好的分选效果；选别粗粒物料时则与细粒物料相反。

1.2.3  冲洗水和横向坡度

    适宜的冲洗水需要在实际中具体调节，冲洗水以及横向坡度能够改变物料在倾斜床面上的松散情况和横向的运动速度。一般分选细粒物料时，采用小坡度；分选粗粒则相反。

2试验结果与分析

    以3 mm以下的半焦为原料进行试验，在试验前测得其灰分为10. 92%，试验中主要通过改变摇床倾角、冲程以及冲次来探究分选效果以及分选规律。所用6-S摇床的倾角变化范围为00～100、冲程变化范围为9～17 mm、冲次变化范围为280～460次／min。

2.1  摇床倾角单因素试验

    当冲程为9 mm、冲次为460次／min以及冲水量为0.2 L／s时，不同倾角的脱灰试验数据见表1，精焦和中煤的产率和脱灰率随倾角的变化图如图2和图3所示。

    

由表1、图2和图3可以看出：

    (1)随着摇床倾角增大，精焦产率先减后增，在5⁰～8⁰之间，精焦脱灰率和产率相对较高，脱灰效果较好。

    (2)随着摇床倾角增大，中焦产率变化不大，同样在5⁰～8⁰之间时，精焦脱灰率相对较高。

    综合考虑，倾角在5⁰～8⁰时，分选效果较好，倾角过小或者过大都会使分选脱灰效果变差，同时适度增大倾角能够减少冲洗水的用量。

2.2摇床冲程单因素试验

    当倾角为8⁰、冲次为460次／min以及冲水量为0.2 L／时，不同冲程的摇床脱灰试验数据见表2，精焦和中焦产率和脱灰率随冲程的变化图如图4和图5所示。

 

    由表2、图4和图5可以看出：

    (1)冲程逐渐增大时，精焦产率以及脱灰率都有所降低。当冲程为9 mm时，分选效果最好，精焦产率和脱灰率分别为43%和43. 9%。

    (2)随着冲程的增大，中焦产率有所上升，但是导致了脱灰率下降。

    总体而言，在分选物料时，冲程在较小值时，其脱灰效果较好。由于增大冲程，增大了水流的垂直分速度以及产生的上浮力，物料颗粒受到这些力的影响较大，不利于物料精确按密度和粒度分离，作用力的增大导致了物料“过分选”，致使精焦产率有所降低，中焦的产率有增大，脱灰效果变差。

2.3  摇床冲次单因素试验

    当倾角为8⁰、冲程为9 mm以及冲水量为0.2 L/s时，不同冲次的摇床脱灰试验数据见表3，精焦和中焦产率和脱灰率随冲次的变化图如图6和图7所示。

 

    由表3、图6和图7可以得看出：

    (1)随着冲次的增大，精焦脱灰率随着冲次增大也有上升的趋势，而产率略有下降。当冲次为460次／min时，精焦的脱灰率也最大，为40. 3%，此时的精焦产率为38. 8%。    

(2)逐渐增大冲次，中焦的脱灰率以及产率有所上升，但幅度不大。当冲次为460次/min时，精焦产率以及脱灰率分别为53. 4%和27. 4%。

    总之随着冲次变大，床面水流的悬浮能力增强，使物料能够尽快按密度和粒度分散，但是由于增大冲次致使床面和水流的作用力增大，精焦容易受到干扰，产率略有下降，但是脱灰率也有所提高。

3最优试验条件探究

    对原料半焦进行正交试验，采用三因素三水平以便探究最优试验条件。以精焦脱灰率为主要指标，并辅以精焦产率选取最优条件，试验数据选取因素水平见表4，正交试验结果见表5。

 

    由表5可以看出，第7组试验的结果最好，由此可以得出当倾角为8⁰、冲程为9 mm以及冲次为460次／min时为最优条件。此时的精焦产率为49. 3%，脱灰率达到了43.1%，产率和脱灰率相对较高。

    进一步分析倾角、冲程以及冲次对脱灰率的影响大小，进行方差分析见表6。

 

    由表6可以看出，对原料半焦脱灰率影响最大的是冲次，其次是倾角，最后是冲程，即影响程度排序为冲次>倾角>冲程。

4结论

    (1)摇床倾角在5⁰～8⁰时，分选效果较好，增大或者减小倾角都对脱灰不利。

    (2)冲程和冲次是相互影响的两个因素，物料分选时，小冲程和大冲次能够保证物料在床面尽快松散，达到较好的分选脱灰效果。

    (3)通过正交试验确定了最佳分选条件当倾角为8⁰、冲程为9 mm以及冲次为460次／min时，此时精焦脱灰率和产率相对较高，分选效果最好。