细粒煤浮选动力学特性研究.pdf

第3 2 卷第6 期 2 0 0 3 年】J 月 中国矿业大学学报 J o u r n a ] o lC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 2N o ．6 N O V ．2 0 0 3 文章编号1 0 0 01 9 6 4 2 0 0 3 0 60 6 9 40 4 细粒煤浮选动力学特性研究 陶有俊1 ，路迈西2 ，蔡 1 。中国矿业大学化工学院，江苏徐州2 2 1 0 0 8 } 2 璋1 ，匡亚莉1 ，赵跃民1 中国矿业大学化学与环境工程学院，北京1 0 0 0 8 3 摘要研究了不同密度级细粒煤泥浮选动力学特性和变化规律，讨论了浮选药剂添加量对浮选 速度的影响关系，建立了煤泥浮选速率常数 与煤泥的密度、捕收荆添加量及起泡荆添加量之间 的数学模型，并利用不同密度级的浮选速率常数和修正的连续浮选动力学模型对实际浮选生产 结果进行了预测，结果表明修正的连续浮选动力学模型可靠、预测精度高． 关键词煤泥；密度；动力学；速率常数 中图分类号T N9 1 1 ．7 3文献标识码A 细粒煤分选加工一直是煤炭工业的一个重大 课题，目前国内外普遍采用的是泡沫浮选技术．而 影响煤泥浮选结果的因素较多，在诸多因素中。煤 泥的密度组成对浮选行为及结果影响尤为重要．作 者通过大量的分批浮选试验和小浮沉试验，对0 ．5 ～0m m 级细粒煤的浮选动力学行为进行了研究， 从试验结果来看，不同密度级或不同粒度级的煤泥 的浮选动力学行为都是不同的，对最终煤泥浮选结 果的影响也是不同的． 近年来，国内外对浮选动力学的研究工作主要 偏向于金属矿物的研究，而对煤泥浮选动力学研究 不多．目前，我国浮选厂的设计或浮选生产过程的 预测、模拟，大多数只能根据经验或小浮沉试验结 果近似地确定分选指标，误差较大．提高浮选效果 的重要手段是实现浮选自动化，而对浮选动力学特 性的研究乃至建立一个能够反映煤泥浮选机理的 动力学模型仍是实现浮选自动化和进行实时控制 的关键，同时只有对浮选动力学特性及模型进行研 究，才能进一步揭示浮选机理，最终实现浮选过程 的自动控制口“] ． 浮选动力学是研究浮选泡沫产品随时间变化 的规律．动力学模型的基本形式为““1 d c ／d t 一～k “， 1 式中 为浮选速率常数；c 为矿浆浓度；￡为浮选 时间；n 为参数． 用回收率表示一级浮选动力学模型形式为[ 1 “1 r r 。。。 1 ～e “ ， 2 式中r 为对应￡时刻某种矿物组分的回收率；r 。。 为某组分的最大回收率． 1 分批浮选试验 1 ．1 试验方案 分批浮选试验采用4L 的X F D l 2 型浮选机， 捕收剂为F S 一2 0 2 ，起泡剂为G F ，试验按浮选机械 因素不变，入浮矿浆浓度在10 0g ／L 的条件下，进 行不同药剂制度下分批浮选试验，其试验步骤为 1 根据探索性试验得出的适合用药范围，做 不同药剂制度下的分批浮选试验，以研究不同药剂 添加量对煤泥浮选速度的影响； 2 对分批浮选试验精矿和尾矿进行小浮沉试 验，研究不同密度级煤泥浮选动力学行为； 3 对试验结果再进一步做粒度分析，以研究 不同粒度级煤泥浮选速率变化情况． 1 ．2 试验煤样 浮选试验煤样采用青龙山选煤厂的原生煤泥， 表1 和表2 分别为浮选人料小筛分和小浮沉试验 结果． 从煤泥的筛分组成来看，小于0 ．0 4 5m m 粒度 级的产率为2 6 ．0 3 ％，w A 为3 1 ．4 8 ％，比平均明 显偏高，说明入料中高灰细泥含量较大，这部分物 料将使得浮选的选择性变差，最终影响精煤的质 量．从浮沉组成来看，1 ．4 ～】．8 密度级的产率较 收稿日期，2 0 0 3 0 4 2 2 基金项目国家“九五”攻关课题项目 9 5 2 15 一0 1 0 5 0 2 作者茼介，陶有俊 1 9 6 4 ，男，安徽省滁州市人，中国矿业大学副教授，博士研究生，从事矿物加工工艺厦计算机应用方面的研究． 万方数据 第6 期 陶有俊等细粒煤浮选动力学特性研究 多，约占4 7 ．8 7 ％，中间密度物含量偏高，人料的可 浮性将不会太好． 表1 入料小筛分试验结果 T a b l e1T h es i z i n gt e s tr e s u l t sf o rf l o t a t i o nf e e d 表2 入料小浮沉试验结果 T a b l e2T h ed i f f e r e n td e n s i t yd i s t r i b u t i o n f o rf l o t a t i o nf e e d 2 试验结果与分析 2 ．1窄密度级煤泥浮选动力学特性 由式 2 可知，假定煤泥浮选过程中精煤最大 回收率r m 。。一1 0 0 ％，当分批浮选试验点在 l n r 。。／ r 。。r 与坐标上为一直线时，则说明该 物料的浮选行为可用一级动力学模型表示，该直线 的斜率即为浮选速率常数 值．作者对大量分批浮 选试验和小浮沉试验结果进行计算和作图分析，得 出以下结论1 对宽密度级和宽粒度级的混合煤 泥浮选而言，其浮选行为不符合一级动力学方程， 不同煤粒的浮选速率常数是变化的；2 窄密度级 煤泥浮选速率可近似用一个速率常数k 。来表示， 并且速率常数岛随着密度的增加而减小，这一结 果与煤泥浮选规律一致o ] ． 2 ．2 药剂添加量与浮选速率常数k 的关系 表3 给出了混合人料浮选时，不同药剂制度下 不同密度级煤泥浮选速率常数 值的选取．图1 为 不同密度级煤泥浮选速率常数E 值随浮选药剂用 量的变化情况．浮选药剂添加量有两种变化方式； 一是起泡剂用量不变，只改变捕收剂添加量；二是 药比不变，只改变总加药量．试验结果表明随着捕 收剂用量的增加或总加药量的增加，浮选速度加 快．从图1 中可以看出，大于1 ．8 密度级的速率常 数增加不明显，这是由于该组份物料主要是脉石颗 粒，浮选药剂对其作用不大，其速度常数增加的原 因是由于浮选药剂用量增加而增加了精矿中水的 回收，从而增加了水流的夹带作用． 表3 不同药剂制度下不同密度级煤泥浮选速率常数k 的取值 T a b l e3T h ec o n s t a n tko ff l o t a t i o nr a t ef o r d i f f e r e n td e n s i t ys l u r r yw i t hd i f f e r e n tr e a g e n t 试验譬 1234567 捕收剂／ k g t10 3 304 2O5 008 318 328 348 3 起泡剂／ k g t _ 1 o0 700 80100 17 0 17 01 70 17 密度级k ／m i n 药剂甩量／ k g t - L 药剂用量／ 蚝‘r 1 【a 1 超泡剂用量不变 b 药比不变 图1 不同密度级＆值与加药量之间的关系 F i g ．1 T h er e l a t i o nb e t w e e nt h ev a l u eko fd i f f e r e n td e n s i t yf r a c t i o na n dd o s a g eo ft h ef l o t a t i o nr e a g e n t 万方数据 中国矿业大学学报 第3 2 卷 图2 给出了精矿中大于1 ．8 密度级脉石回收 率r ，。与精矿中水的回收率r 女之间的关系，实验 结果表明减少浮选过程中水流的夹带作用可有效 地控制浮选精煤的灰分‘“． ‰7 ％ 图2 高灰细泥随水流夹带情况 F i g2 T h er e c o v e r yo f f i n ec l a yv e r s u se n t r a p m e n t o fw a t e rf l O w 2 ．3 浮选速率常数与煤泥粒度的关系 浮选实践表明，煤泥粒度对浮选速率的影响很 大口“] ，为了研究不同粒度煤泥的浮选行为，作者对 不同密度级的产品进行了粒度分析，以寻找粒度和 浮选速度之间的关系． 混合人料分批浮选试验结果表明窄粒级煤泥 的浮选动力学行为基本遵循一级动力学方程，随着 煤泥粒度减小，速率常数减小，只是小于4 1 ．2p t m 的浮选速率比7 4 ～4 1 ．2 “m 粒级稍高，分析其原 因认为在混合煤泥浮选中，宽粒级的浮选行为与 窄粒级浮选不同，混合浮选必然产生气泡争斗现 象，即可浮性好的煤粒抢先占据气泡，使得一些本 来窄级别浮选时能快速浮起的煤粒由于缺少气泡 而无法快速浮起．为此，作者还进行了分粒级的分 批浮选试验研究，图3 为窄粒级分批浮选试验结 果．结果表明窄粒级煤泥浮选行为基本与通常观 点一致，即粗粒浮选速度较慢，细粒速度又有所增 加，粒度居中的煤粒浮选速度最快．由于水流的夹 带作用，使得小于7 4 “m 的细粒较粗粒浮选速度 加快“] ，但从多组试验结果来看，粒度对浮选速度 的影响规律还有待进一步研究． 粒度／m m 图3 煤泥粒度与浮选速度的关系 F i g ．3 T h er e l a t i o nb e t w e e nt h ed l m ep a r t i c l es i z ea n d 1 1 0 t a t i o nr a t e 3 浮选速率常数模型 上述试验研究结果表明浮选速率常数和煤的 密度、浮选药剂用量有密切的相关关系，通过对试 验数据的计算分析，建立了速率常数 与煤泥密 度、捕收剂用量、起泡剂用量之间的多元非线性模 型‘” 盆d o 毗d 口2 c n 3 f 6 1 d 2 6 2 ，十6 3 厂 P 1 c f ， 3 式中d 为煤泥密度；c 为捕收剂用量，k g ／t ；f 为 起泡剂用量k g ／t ．n 。m ，口z 峨，b ，，b 。，b 。，自均为模型 参数． 通过对青龙山选煤厂大量试验数据的拟合，得 出的浮选速率常数模型为 { 一7 ．3 0 5 47 ．2 2 3 6 d 2 ．6 2 8 3 c 一1 3 ．5 5 2 5 f 1 ．8 3 3 7 d 2 O ．0 1 5 4 c 2 1 1 6 ．2 尸一1 ．4 6 4 5 c f ． 4 由式 4 可以看出模型中的捕收剂用量的二 次方的系数比一次方的系数小得多，说明捕收剂用 量与速率常数k 的线性相关性较好，而起泡剂用量 与速率常数k 基本上是二次方关系，并且捕收剂用 量和起泡剂用量之间有一定的交互作用，但影响不 大，试验结果与预测结果的均方差为0 ．3 7 47 ，可见 模型的预测精度较好． 4 浮选生产效果的预测 为了减少小型分批浮选试验与工业浮选生产 条件不同所造成的差异，作者采用了修正的连续浮 选动力学模型对浮选生产结果进行预测．通过对青 龙山选煤厂浮选机进行逐槽取样，并利用式 5 可 计算出各槽的实际精矿产率，即 t u ， A 。 一w A ， 。 W A 。 w A 。 1 式中w A ， ，w A 。 ，w A 。 分别为人料灰分、精煤 灰分和尾煤灰分的质量分数；F 为人料量；L 为精 煤产率． 利用已求得的相近条件下的不同密度级煤泥 浮选速率常数 值和实际浮选人料小浮沉资料，通 过采用修正的连续浮选动力学模型即可计算出各 室精煤产率 y 俨然1k F ，一莹‰ ， 6 “7 一 j P J 一1 t ’台“川’ ∽7 ∥ y ％， 7 耳 式中h ，i 为浮选槽数；j 为密度级号} Ⅳ为密度级 总数； ，为第J 个密度级浮选速率常数；o 为修正 系数；t ，为第i 个室修正浮选时间} B 为第j 个密 万方数据 第6 期陶有俊等细粒煤浮选动力学特性研究 度级人料量；％为第i 室第j 个密度级的精煤产 率；∥为第i 室精煤产率． 各室预测的精煤灰分的质量分数为 ～ y7 ．j w A ， w A ， 一。- 上F 一， 8 ∑y 。 J 一1 式中；n ， A ， 为第J 个密度级灰分的质量分数 w A i 为第i 室精煤灰分的质量分数． 模型中各槽实际浮选时间t ，是通过分批浮选 实验和浮选生产逐槽取样试验结果，用优化方法求 出，寻优目标函数为 ” n r a i n E 一∑ t 一∥ ∑[ Ⅲ A ， 一w A 3 ] ， 9 式中Z ，t 分别为第i 室精煤计算产率和实际产 率；w A D ，w A 。 分别为第i 室精煤计算灰分和实 际灰分的质量分数． 表4 给出了动力学模型的预测值和实际生产 结果及对比情况，从表中可以看出各室的精煤产 率和灰分误差的绝对值均小于1V o o 除第3 室外 ， 总精煤产率和灰分的误差分别为1 ．6 6 ％和 0 ．4 6 ％，预测结果是令人满意的． 表4 模型预测结果和浮选生产邂槽取样结果对比 T a b l e4 C o m p a r i s o no fc a c u l a t i o nr e s u l tb yt h em o d e la n dp r a c t i c a lr e s u l t 5 结论 1 窄密度级煤泥浮选行为可近似采用一级动 力学模型来描述； 2 煤泥浮选速率常数是与煤的矿物组成、浮 选工艺和加药制度等因素综合作用结果有关，其中 煤泥的密度组成对其浮选速率常数影响尤为显著， 并随着密度的增大而逐渐减小； 3 不同密度级煤泥浮选速率常数随捕收剂添 加量增加而呈增加趋势，其中小于1 ．8 密度级 值 增加明显； 4 大于1 ．8 密度级脉石的浮选行为主要受水 流的夹带作用影响，随浮选药剂用量的加大，水流 的夹带作用加强； 5 煤泥的粒度对浮选速度的影响也较明显， 其中粒度在0 ．1 2 5 ～0 ．2 5m m 级的浮选速度最快； 6 小于0 ．5m i l l 级浮选速率常数与煤泥密 度、捕收剂用量及起泡剂用量的关系数学模型可表 示为k a o 口1 d a 2 c a 3 f b l d 2 6 2 C 2 6 s 尸十e l c f ； 7 可利用修正的连续浮选动力学模型预测实 际浮选生产指标． 参考文献 [ 1 ] L y n c hAJ ．M i n e r a la n dc o a lf l o t a t i o nc i r c u i t st h e i r s i m u l a t i o na n dc o n t r o l [ M ] ．E l s e v i e rP r e s s ， A m s t e r d a m ，1 9 8 1 ．6 46 8 ． [ 2 ] M o x o nNT ，N i c o lSK ，h e n s l e yCN ，e ta 1 ．c h e m i e a lv a r i a b l e si nc o a r s ec o a lf l o t a t i o n [ J ] ．C o a l P r e p a r a t i o n i l 9 9 3 ， 1 2 1 5 2 6 ． [ 3 ] 蔡璋．浮游选煤与选矿[ M ] ．北京煤炭工业出版 社，1 9 9 1 ． [ 4 ] 冯绍灌．选煤数学模型[ M ] ．北京t 煤炭工业出版社， 1 9 9 0 ． [ 5 ] 陶有俊．煤泥浮选数学模型的研究[ D ] ．徐州中国矿 业大学综合系，1 9 9 2 ． [ 6 ] 陶有俊，刘文礼，路迈西．细粒煤浮选数学模型的研究 [ 刀．中国矿业大学学报，1 9 9 9 ，2 8 5 ，4 2 54 2 8 ． 下转第7 0 4 页 万方数据 7 0 4中国矿业大学学报第3 2 卷 A d v a n c e dP r o c e s sC o n t r o lf o rI n d u s t r i a l P r o c e s so fC o a lP r e p a r i n gP l a n t D I N GE n j i e l ，H EY a q u n 2 ，M AF a n g q i n 9 1 1 ．C o l l e g eo fI n f o r m a t i o na n dE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ．C h i n a ； 2 ．S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n ga n dT e c h n o l o g y ，C U M T ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a A b s t r a c t A d v a n c e dp r o c e s sc o n t r o l A P C i sf o r t h ep r o c e s s ，w h i c ht h ec o n v e n t i o n a lm e t h o dc a nn o t e f f e c t i v ee o n t r o lt h er e s u l t s ．T h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o ndD C Sw e r ed i s c u s s e d ．a n dt h es t r u c t u r e0 { i n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e mf o rc o a lp r e p a r i n gp l a n t sw a sp r e s e n t e d ．U s i n ga d v a n c e dc o n t r o lt h e o r ya n d t e c h n o l o g yt h eh u m a n l i k ei n t e l l i g e n tc o n t r o lf o rf l o a lp r o c e s s ，t h em u l t i v a r i a b l ef u z z yc o n t r o lf o rj i g g i n g p r o c e s s ，a n dt h eP I Dc o n t r o lb a s e do nn e u r a ln e t w o r kf o rc o a ls l u r r yc e n t r i f u g i n gp r o c e s sw e r ec a r r i e do u t ． A ni n t e l l i g e n tm e t h o df o rm o n i t o r i n gt h es t a t e so fe q u i p m e n ti nc o a lp r e p a r i n gp l a n t sw a sa l s op r e s e n t e d ．T h e A P Ch a sb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e di nac o a lp r e p a r i n gp l a n ti nY a n z h o uM i n i n gG r o u p ．I tc a nb r i n gg r e a t e c o n o m i cb e n e f i t ． K e yw o r d s a d v a n c e dp r o c e s sc o n t r o l ；f i e l db u sc o n t r o l } c o m p u t e rn e t w o r k s ；c o a lp r e p a r i n gp l a n ta u t o m a t i o n 责任编辑陈其泰 上接第6 9 7 页 S t u d yo ft h eD y n a m i c sC h a r a c t e r i s t i c sf o rF i n eC o a lF l o t a t i o n T A OY o u j u n l ，L UM a i x i 2 ，C A IZ h a n 9 1 ，K U A N GY a l i l ，Z H A OY u e m i n l 】．S c h o o lo fC h e m i c a lE n i e e r J n ga n dT e c h n o l o g y ，C U M T ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a 2 ．S c h o o lo fC h e m i c a la n dE n g v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，C U M T ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h er i o t a t i o nd y n a m i c sc h a r a c t e r i s t i c sa n dv a r i a t i o nl a wo ff i n ec o a l sw i t hd i f f e r e n td e n s i t i e sw e r e s t u d i e d ．T h er e l a t i o nb e t w e e nf l o t a t i o nr a t ea n dd o s a g eo ff l o t a t i o nr e a g e n tw a sa l s od i s c u s s e d ．A n dt h e m a t h e m a t i c sm o d e lo nt h er e l a t i o nb e t w e e nt h ef l o t a t i o 3r a t ec o n s t a n t f o rf i n ec o b la n dd i f f e r e n to p e r a t i o n v a r i a b l e sw a se s t a b l i s h e d ．I na d d i t i o n ，t h ep r a c t i c a li n d u s t r yf l o t a t i o nw a sp r e d i c t e db a s e do nt h ef l o t a t i o n r a t ec o n s t a n t o fs l u r r yw i t hd i f f e r e n td e n s i t ya n dt h ec o n t i n u o u sd y n a m i c sm o d e lo fc o a lf l o t a t i o n ．T h e r e s u l ts h o w st h a tc o r r e c t e dc o n t i n u o u sd y n a m i c sm o d e lo fc o a lf l o t a t i o ni sr e l i a b l e ．a n dt h ep r e d i c t i o na c c u r a c y i sg o o d ． K e yw o r d s s l u r r y ；d e n s i t y ；d y n a m i c s ；f l o t a t i o nr a t ec o n s t a n t 责任编辑邓群 万方数据