细粒赤铁矿精矿沉降效果影响因素实验研究

胡宗岗; 芦川; 张芹

doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2023.02.011

细粒赤铁矿精矿沉降效果影响因素实验研究

1.
武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北　武汉　430081

2.
中国宝武钢铁集团有限公司武钢有限炼铁厂，湖北　武汉　430080

基金项目: 国家自然科学基金面上项目（50974099）

详细信息

作者简介: 胡宗岗（1997-），男，硕士研究生，从事细粒赤铁矿浮选精矿絮凝沉降研究

通讯作者: 张芹（1966-），女，教授，硕士研究生导师，从事矿物加工理论与工艺研究

中图分类号: TD985

收稿日期: 2022-03-29

刊出日期: 2023-04-25

Experimental Research on Influence Factors of Fine-grained Hematite Flotation Concentrate Based on Orthogonal Test

1.
College of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, Hubei, China

2.
China Baowu Steel Group Corporation Limited, Wuhan, Hubei, China

More Information

Corresponding author: Zhang Qin, zq81219074@163.com

Received Date: 29 March 2022

Publish Date: 25 April 2023

摘要

摘要:
本文以细粒赤铁矿精矿作为研究对象，为探究铁精矿在实际生产浓密脱水阶段产生的浓密池溢流损失严重等问题，通过澄清层分界面平均沉降速度、上清液浊度和单位沉降面积等研究指标，考查细粒赤铁矿精矿的入料浓度、絮凝剂分子量、絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度等因素对细粒赤铁矿精矿絮凝沉降的影响。设计正交实验探究细粒赤铁矿精矿絮凝沉降影响因素的实验研究。借助SPSS26统计软件对实验结果展开分析。研究结果表明：影响因素对平均沉降速度影响程度大小顺序为：絮凝剂单耗>絮凝剂溶液浓度>入料浓度>絮凝剂分子量；对上清液浊度影响程度大小顺序为：絮凝剂单耗>絮凝剂溶液浓度>入料浓度>絮凝剂分子量；对单位沉降面积影响程度大小顺序为：絮凝剂溶液浓度>入料浓度>絮凝剂单耗>絮凝剂分子量。综合考虑，在本实验中细粒赤铁矿精矿絮凝沉降效果较优条件为：絮凝剂分子量为1500万、入料浓度为10%、絮凝剂单耗为60 g/t、絮凝剂溶液浓度为0.10%。
- 赤铁矿 /
- 絮凝剂 /
- 絮凝沉降 /
- 正交实验 /
- 方差分析
Abstract:
This paper takes the fine-grained hematite concentrate as the research object. In order to explore the serious overflow loss of the thickening tank in the actual production of thickening and dehydration, the average sedimentation velocity of the clarification layer interface, supernatant turbidity and the unit sedimentation area and other research indicators were used to investigate the effects of fine-grained hematite concentrate feed concentration, flocculant molecular weight, flocculant unit consumption, and flocculant solution concentration on the flocculation and sedimentation of fine-grained hematite concentrate. An experimental study on the influencing factors of flocculation and sedimentation of fine-grained hematite concentrate was designed by designing an orthogonal test. The test results were analyzed with the help of SPSS26 statistical software. The research results show that the order of the influence factors on the average settling velocity is: flocculant unit consumption > flocculant solution concentration > feed concentration > flocculant molecular weight; the order of influence on supernatant turbidity is: flocculant unit consumption > flocculant solution concentration > feed concentration > flocculant molecular weight; the order of the degree of influence on the unit settling area is: flocculant solution concentration > feed concentration > flocculant unit consumption > flocculant molecular weight. Considering comprehensively, the optimal conditions for the flocculation and sedimentation effect of fine-grained hematite concentrate in this experiment are: the molecular weight of the flocculant is 15 million, the feed concentration is 10%, the unit consumption of the flocculant is 60 g/t, and the concentration of the flocculant solution is 0.10%.
- Hematite /
- Flocculant /
- Flocculation and sedimentation /
- Orthogonal test /
- Variance analysis

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图 1 澄清层界面随沉降时间变化曲线

Figure 1.

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图 2 实验各组平均沉降速度

Figure 2.

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图 3 实验各组上清液浊度

Figure 3.

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图 4 实验各组单位沉降面积

Figure 4.

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表 1 试样化学多元素分析/%

Table 1. Sample chemical multi-element analysis

TFe	SiO₂	Al₂O₃	S	P	Mn	Zn	CaO
64.80	4.80	1.572	0.018	0.043	0.151	0.003	0.013

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表 2 试样粒度分析

Table 2. Sample particle size analysis

粒径/μm	+74	-74～+38	-38～+15	-15～+10	-10～+5	-5
产率/%	3.76	18.44	21.78	10.45	17.33	28.24

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表 3 正交实验因素与水平

Table 3. Orthogonal test factors and levels

水平	因素
水平	入料浓度/%	絮凝剂分子量/万	絮凝剂单耗/（g·t^-1）	絮凝剂溶液浓度/%
1	10	900	40	0.05
2	15	1300	50	0.10
3	20	1500	60	0.15
4	25	1800	70	0.20

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表 4 正交实验方案(L16（4⁵）)

Table 4. Orthogonal text scheme (L16（4⁵）)

实验序号	入料浓度/%	絮凝剂分子量/万	絮凝剂单耗/（g·t^-1）	絮凝剂溶液浓度/%
1	10	900	40	0.05
2	10	1300	50	0.10
3	10	1500	60	0.15
4	10	1800	70	0.20
5	15	900	50	0.15
6	15	1300	40	0.20
7	15	1500	70	0.05
8	15	1800	60	0.10
9	20	900	60	0.20
10	20	1300	70	0.15
11	20	1500	40	0.10
12	20	1800	50	0.05
13	25	900	70	0.10
14	25	1300	60	0.05
15	25	1500	50	0.20
16	25	1800	40	0.15

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表 5 方差分析主体间效应检验

Table 5. ANOVA test for between-subject effects

源	因变量	Ⅲ类平方和	自由度	均方	F	显著性
修正模型	平均沉降速度	2807.378a	12	233.948	5.081	0.103
	浊度	513718.030b	12	42809.860	9.727	0.043
	单位沉降面积	76.210c	12	6.351	5.966	0.084
截距	平均沉降速度	1622.132	1	1622.132	35.232	0.010
	浊度	1299999.030	1	1299999.03	295.378	0.000
	单位沉降面积	109.512	1	109.512	102.868	0.002
入料浓度	平均沉降速度	830.377	3	276.792	6.012	0.087
	浊度	20810.092	3	6936.697	1.576	0.359
	单位沉降面积	3.208	3	1.069	1.004	0.499
絮凝剂分子量	平均沉降速度	1437.730	3	479.243	10.409	0.043
	浊度	473620.192	3	157873.397	35.871	0.008
	单位沉降面积	63.421	3	21.140	19.858	0.018
絮凝剂单耗	平均沉降速度	448.076	3	149.359	3.244	1.180
	浊度	6215.792	3	2071.931	0.471	0.724
	单位沉降面积	8.391	3	2.797	2.627	0.224
絮凝剂溶液浓度	平均沉降速度	91.195	3	30.398	0.660	0.629
	浊度	13072.242	3	4357.414	0.990	0.503
	单位沉降面积	1.190	3	0.397	0.373	0.781
误差	平均沉降速度	138.126	3	46.024
	浊度	13203.422	3	4401.141
	单位沉降面积	3.194	3	1.065
总计	平均沉降速度	4567.636	16
	浊度	1826920.77	16
	单位沉降面积	188.915	16
修正后总计	平均沉降速度	2945.504	15
	浊度	526921.739	15
	单位沉降面积	79.404	15
注：a.R²=0.953(调整后R²=0.766)；b.R²=0.975(调整后R²=0.875)；c.R²=0.960(调整后R²=0.799)。

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表 6 单因素分析（入料浓度）

Table 6. Univariate analysis (Feed concentration)

考查指标	入料浓度/%	平均值	标准偏差	95%置信区间
考查指标	入料浓度/%	平均值	标准偏差	下限	上限
平均沉降速度	10	21.156	21.640	-13.278	55.591
	15	11.765	14.152	-10.754	34.285
	20	3.871	3.554	-1.784	9.527
	25	3.483	4.879	-4.282	11.248
浊度	10	284.400	239.448	-96.615	665.415
	15	340.450	196.502	27.771	653.129
	20	239.875	212.538	-98.321	578.071
	25	275.450	166.082	11.177	539.723
单位沉降面积	10	2.463	3.294	-2.780	7.705
	15	3.383	3.126	-1.590	8.357
	20	2.339	1.246	0.357	4.320
	25	2.280	1.795	-0.576	5.137

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表 7 单因素分析（絮凝剂分子量）

Table 7. Univariate analysis (Flocculant molecular weight)

考查指标	分子量/万	平均值	标准偏差	95%置信区间
考查指标	分子量/万	平均值	标准偏差	下限	上限
平均沉降速度	900	1.092	0.718	-0.049	2.234
	1200	3.466	3.185	-1.603	8.535
	1500	25.405	19.700	-5.942	56.752
	1800	10.312	10.190	-5.902	26.527
浊度	900	557.500	47.543	481.849	633.151
	1200	288.500	91.879	142.301	434.699
	1500	202.300	76.527	80.529	324.071
	1800	91.875	34.768	36.551	147.199
单位沉降面积	900	5.763	1.672	3.102	8.423
	1200	2.843	1.444	0.545	5.141
	1500	0.604	0.402	-0.036	1.243
	1800	1.255	0.534	0.404	2.106

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表 8 单因素分析（絮凝剂单耗）

Table 8. Single factor analysis (Unit consumption of flocculant)

考查指标	单耗/（g·t^-1）	平均值	标准偏差	95%置信区间
考查指标	单耗/（g·t^-1）	平均值	标准偏差	下限	上限
平均沉降速度	40	3.459	3.410	-1.967	8.885
	50	6.333	3.986	-0.009	12.676
	60	15.897	23.430	-21.385	53.178
	70	14.587	16.000	-10.873	40.046
浊度	40	318.750	250.570	-79.963	717.463
	50	269.575	207.577	-60.727	599.877
	60	273.450	180.876	-14.364	561.264
	70	278.400	187.027	-19.201	576.001
单位沉降面积	40	3.763	2.894	-0.842	8.368
	50	2.703	2.912	-1.930	7.337
	60	1.917	1.484	-0.443	4.278
	70	2.081	2.149	-1.390	5.450

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表 9 单因素分析（絮凝剂溶液浓度）

Table 9. Univariate analysis (Flocculant solution concentration)

考查指标	溶液浓度/%	平均值	标准偏差	95%置信区间
考查指标	溶液浓度/%	平均值	标准偏差	下限	上限
平均沉降速度	0.05	10.022	14.726	-13.411	33.455
	0.10	7.031	4.527	-0.331	14.394
	0.15	13.710	24.413	-25.137	52.557
	0.20	9.513	10.823	-7.710	26.735
浊度	0.05	299.325	232.968	-71.380	670.030
	0.10	236.000	196.673	-76.951	548.951
	0.15	297.200	184.342	3.871	590.529
	0.20	307.650	210.586	-27.440	642.740
单位沉降面积	0.05	2.785	3.117	-2.175	7.745
	0.10	2.254	1.721	-0.485	4.993
	0.15	2.957	2.876	-1.619	7.533
	0.20	2.469	2.263	-1.132	6.071

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