半焦搖床分選脫灰的影響因素*(煤炭)
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半焦搖床分選脫灰的影響因素*(煤炭)
張靜非1,2 趙世永1 張 超1,2 肖 鵬1,2 楊會(huì)軍1,2
（1．西安科技大學(xué)，陜西省西安市，710054； 2．西部礦井開采及災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西省西安市，710054）
摘 要 為了解決煤炭熱解產(chǎn)物高效清潔利用的問題，應(yīng)用6-S搖床對(duì)半焦進(jìn)行脫灰試驗(yàn)，探究了搖床分選對(duì)半焦脫灰的影響因素，在試驗(yàn)過程中通過調(diào)節(jié)搖床床面傾角、沖程以及沖次，獲得了不同參數(shù)下的半焦產(chǎn)率以及脫灰率。試驗(yàn)結(jié)果表明，搖床在分選細(xì)粒半焦時(shí)，床面的傾角處于50～80的范圍為宜，同時(shí)，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(duì)分選不利。當(dāng)傾角為80、沖程為9 mm以及沖次為460次／min時(shí)，通過正交試驗(yàn)可以得到最優(yōu)分選條件。
關(guān)鍵詞 搖床 半焦 脫灰 影響因素 中圖分類號(hào) TD943
當(dāng)前煤炭資源作為我國的主體能源，在低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，對(duì)如何高效利用煤炭資源、大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)提出了更高的要求，煤炭資源及其附屬產(chǎn)品的綜合加工利用成為研究的熱點(diǎn)。半焦作為煤炭熱解后的產(chǎn)物之一，每年產(chǎn)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(duì)其進(jìn)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(chǎn)業(yè)鏈并提高企業(yè)效益。半焦經(jīng)脫灰之后多用于冶金、生產(chǎn)電石、制備水焦?jié){以及生產(chǎn)活性炭等。相關(guān)專家在半焦粉中添加粘結(jié)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(jié)劑的條件下，制備出強(qiáng)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(jié)劑后，經(jīng)過一定方法制備出了工業(yè)型焦；部分專家將半焦用酸改性之后，用來探究它對(duì)染料廢水的吸附性能。
目前國內(nèi)外主要運(yùn)用酸浸、堿浸或者酸堿聯(lián)合的辦法對(duì)煤炭進(jìn)行化學(xué)方法脫灰，但這種方法成本高、污染大且難以產(chǎn)業(yè)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(shí)現(xiàn)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(duì)半焦脫灰的影響因素對(duì)于提高半焦脫灰效果以及大力發(fā)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(yàn)中所用搖床的型號(hào)為6-S搖床，物料處于一個(gè)傾斜的床面，通過斜面水流的作用力、傾斜床面的不對(duì)稱往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及物料自身的重力使物料實(shí)現(xiàn)分選。
搖床主要有由傾斜床面、傳動(dòng)裝置以及給礦裝置構(gòu)成，床面下有可以調(diào)節(jié)傾角的裝置，通過調(diào)節(jié)傳動(dòng)裝置可以改變傾斜床面運(yùn)動(dòng)的沖程和沖次，物料在床面上的分布圖如圖1所示。
由圖1可以看出，搖床分選時(shí)床面上物料給料槽進(jìn)入傾斜床面，在水流作用、床面作用力以及重力作用下根據(jù)密度以及粒度將精礦、中礦以及尾礦分離，達(dá)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(yàn)中，適宜的入料量和入料濃度需要結(jié)合實(shí)際情況來決定。一般來說，入料量和入料濃度必須保持穩(wěn)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(duì)相互影響的因素，決定了搖床分選時(shí)床面運(yùn)動(dòng)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(yùn)送，達(dá)到按密度和粒度分選。當(dāng)分選細(xì)粒物料時(shí)，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(shí)則與細(xì)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(shí)際中具體調(diào)節(jié)，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(yùn)動(dòng)速度。一般分選細(xì)粒物料時(shí)，采用小坡度；分選粗粒則相反。
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
以3 mm以下的半焦為原料進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)前測(cè)得其灰分為10. 92%，試驗(yàn)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(guī)律。所用6-S搖床的傾角變化范圍為00～100、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(yàn)
當(dāng)沖程為9 mm、沖次為460次／min以及沖水量為0.2 L／s時(shí)，不同傾角的脫灰試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，精焦和中煤的產(chǎn)率和脫灰率隨傾角的變化圖如圖2和圖3所示。
由表1、圖2和圖3可以看出：
(1)隨著搖床傾角增大，精焦產(chǎn)率先減后增，在50～80之間，精焦脫灰率和產(chǎn)率相對(duì)較高，脫灰效果較好。
(2)隨著搖床傾角增大，中焦產(chǎn)率變化不大，同樣在50～80之間時(shí)，精焦脫灰率相對(duì)較高。
綜合考慮，傾角在50～80時(shí)，分選效果較好，傾角過小或者過大都會(huì)使分選脫灰效果變差，同時(shí)適度增大傾角能夠減少?zèng)_洗水的用量。
2.2搖床沖程單因素試驗(yàn)
當(dāng)傾角為80、沖次為460次／min以及沖水量為0.2 L／時(shí)，不同沖程的搖床脫灰試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2，精焦和中焦產(chǎn)率和脫灰率隨沖程的變化圖如圖4和圖5所示。
由表2、圖4和圖5可以看出：
(1)沖程逐漸增大時(shí)，精焦產(chǎn)率以及脫灰率都有所降低。當(dāng)沖程為9 mm時(shí)，分選效果最好，精焦產(chǎn)率和脫灰率分別為43%和43. 9%。
(2)隨著沖程的增大，中焦產(chǎn)率有所上升，但是導(dǎo)致了脫灰率下降。
總體而言，在分選物料時(shí)，沖程在較小值時(shí)，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(chǎn)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(dǎo)致了物料“過分選”，致使精焦產(chǎn)率有所降低，中焦的產(chǎn)率有增大，脫灰效果變差。
2.3 搖床沖次單因素試驗(yàn)
當(dāng)傾角為80、沖程為9 mm以及沖水量為0.2 L/s時(shí)，不同沖次的搖床脫灰試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3，精焦和中焦產(chǎn)率和脫灰率隨沖次的變化圖如圖6和圖7所示。
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(shì)，而產(chǎn)率略有下降。當(dāng)沖次為460次／min時(shí)，精焦的脫灰率也最大，為40. 3%，此時(shí)的精焦產(chǎn)率為38. 8%。
(2)逐漸增大沖次，中焦的脫灰率以及產(chǎn)率有所上升，但幅度不大。當(dāng)沖次為460次/min時(shí)，精焦產(chǎn)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(qiáng)，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(chǎn)率略有下降，但是脫灰率也有所提高。
3最優(yōu)試驗(yàn)條件探究
對(duì)原料半焦進(jìn)行正交試驗(yàn)，采用三因素三水平以便探究最優(yōu)試驗(yàn)條件。以精焦脫灰率為主要指標(biāo)，并輔以精焦產(chǎn)率選取最優(yōu)條件，試驗(yàn)數(shù)據(jù)選取因素水平見表4，正交試驗(yàn)結(jié)果見表5。
由表5可以看出，第7組試驗(yàn)的結(jié)果最好，由此可以得出當(dāng)傾角為80、沖程為9 mm以及沖次為460次／min時(shí)為最優(yōu)條件。此時(shí)的精焦產(chǎn)率為49. 3%，脫灰率達(dá)到了43.1%，產(chǎn)率和脫灰率相對(duì)較高。
進(jìn)一步分析傾角、沖程以及沖次對(duì)脫灰率的影響大小，進(jìn)行方差分析見表6。
由表6可以看出，對(duì)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?yàn)闆_次>傾角>沖程。
4結(jié)論
(1)搖床傾角在50～80時(shí)，分選效果較好，增大或者減小傾角都對(duì)脫灰不利。
(2)沖程和沖次是相互影響的兩個(gè)因素，物料分選時(shí)，小沖程和大沖次能夠保證物料在床面盡快松散，達(dá)到較好的分選脫灰效果。
(3)通過正交試驗(yàn)確定了最佳分選條件當(dāng)傾角為80、沖程為9 mm以及沖次為460次／min時(shí)，此時(shí)精焦脫灰率和產(chǎn)率相對(duì)較高，分選效果最好。
