响应面法优化超净煤制备中絮团的生成条件

发布时间：2019-09-26 00:00

【摘要】：为了研究超净煤制备工艺中各影响因素对絮团品质的影响,利用响应面法对影响絮团生产条件的各因素进行了分析和优化。在单因素试验的基础上,选取搅拌时间、搅拌速度、药剂用量进行了三因素三水平的中心组合试验,使用Expert Design软件进行分析计算,建立了以上3个因素对超净煤产率和灰分综合影响的数学模型。通过响应面法提取条件进行优化,确立了超净煤制备过程中絮团生成的最优条件,试验结果表明,各因素对产率和灰分的影响顺序如下:药剂用量搅拌时间搅拌速度。所得最佳工艺条件为:搅拌时间26 min,搅拌速度2 000 r/min,药剂用量0.51 m L。在此条件下预测超净煤产率为84.71%,灰分为0.82%,实测产率为84.51%,灰分为0.83%。
【图文】：

搅拌时间,灰分,产率

钥闯觯嘞嬖谑奔掁0，在絮凝过程初期，即t＜t0时，絮团度E随搅拌时间的增长呈线性上升;当絮凝过程进行到一定程度，即t＞t0时，絮凝过程明显发生破坏，随后经过一段时间，絮凝达到动力学平衡。表明搅拌时间直接影响了絮团度，在搅拌时间大于t0之后，絮团才开始明显遭到破坏，因此，搅拌时间是絮团生成过程的重要影响因素。设计单因素试验考察搅拌时间对超净煤产率和灰分的影响，试验条件如下:搅拌时间分别为5、15、25、35、45、55min，固定非极性油用量0.5mL，搅拌速度2000r/min，绘制产率和灰分曲线如图2所示。由图2可知，随着搅拌时间的增加，产率逐渐增加，在25min时为最大值，随后产率略有下降，最终趋于平稳。随着搅拌时间的增加，灰分逐渐降低，在25min时为最小值，此后有小幅度增加。由此可见，25min为最佳的搅拌时间。1—絮团的生长过程;2—絮团生成与碎裂平衡过程;3—絮团碎裂过程图1絮团生成和碎裂动力学曲线Fig.1Kineticcurvesofflocculation’sformationandfragmentation图2搅拌时间对产率和灰分的影响Fig.2Influenceofstirringtimeonyieldandash1.2.2搅拌速度Levich［12］采用流体的运动速度表示流场中单位质量的能量消耗，发现如果流体速度正比于搅拌速度，则矿粒的碰撞速度正比于搅拌速度的3/2次方。这意味着随着搅拌速度的增加，疏水絮团形成的速度增大。Warren［13］曾研究过搅拌器转速对白钨矿疏水絮凝效果的影响，认为只有在一定的高转速条件下，疏水絮凝才能显现出絮凝效果。YOkamo-to［14］根据搅拌槽二区模型研究悬浮液湍流场中的能量耗散，在此基础进一步研究，得出如下结论［15］:随着搅拌器转速的增加，搅拌槽中表征能量耗散的湍流微尺比逐渐减小，趋于平稳。?

搅拌速度,灰分,产率

2016年第2期煤炭科学技术第44卷要相对较高的转速。结合搅拌槽内流体的实际能量传输和分布情况，絮团并不是无限制地随着转速的增加而生长的，意味着存在着一个临界转速，在搅拌速度大于临界转速后，絮团的生长减缓或停止，絮团的结构甚至会被破坏。从能量输入和絮团形成的角度而言，研究搅拌速度具有重要意义。设计单因素试验考察搅拌速度对超净煤产率和灰分的影响，试验条件如下:搅拌速度分别为500、1000、1500、2000、2500、3000、3500r/min，固定非极性油用量为0.5mL，搅拌时间为25min，，绘制产率和灰分曲线如图3所示。由图3可知，随着搅拌速度的增加，产率呈现先增加后平稳最后略下降的趋势，在2000r/min时产率最高，灰分总体呈现先下降，然后基本一致的变化趋势。由此可见，2000r/min为最佳的搅拌速度。图3搅拌速度对产率和灰分的影响Fig.3Influenceofstirringspeedonyieldandash1.2.3药剂用量非极性油在絮团生成的过程中起到强化絮团疏水絮凝的作用。宋少先等［16］曾对矿物疏水絮团的粒度分布与非极性油药剂用量之间的关系进行研究，结果表明随着非极性油用量的变化，絮团的粒径和结构密实度发生显著变化，对后续浮选工艺有重要影响。分析其原因是非极性油在煤微粒表面粘附并铺展，使颗粒表面疏水性增强，有利于絮团的生成，并强化絮团的粒度和结构。宋少先等［17］曾利用倾斜板法测量矿粒间的最大粘着力，研究非极性油在矿粒间形成的油桥对矿粒间粘附力的影响，结果表明非极性油形成的油桥可以增加絮团抗破坏的能力。分析其原因是非极性油作用在颗粒之间，形成油桥，使其紧密连接，有利于絮团的长大，并增强絮团抗碎裂的能力。因此，非极性油用量是影响絮团品质的重要因素。设计单因素试验考察药剂用量对
【作者单位】：中国矿业大学(北京);
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51474221)
【分类号】：TD94

【参考文献】