新型藥劑對(duì)昔陽(yáng)難浮煤泥浮選效果的改善及其機(jī)理研究?

周成龍彭耀麗,2陳昱冉金明國(guó)（.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,江蘇省徐州市,226; 2.煤炭加工與高效潔凈利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇省徐州市,226）

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新型藥劑對(duì)昔陽(yáng)難浮煤泥浮選效果的改善及其機(jī)理研究?

周成龍1彭耀麗1,2陳昱冉1金明國(guó)1
（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,江蘇省徐州市,221116; 2.煤炭加工與高效潔凈利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇省徐州市,221116）

摘要針對(duì)昔陽(yáng)難浮煤泥,采用新型藥劑和煤油分別對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室浮選試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)新型藥劑用量為1800 g/t時(shí),精煤產(chǎn)率可達(dá)到53.85%。采用紅外光譜對(duì)昔陽(yáng)煤樣、煤油和新型藥劑中的化學(xué)基團(tuán)進(jìn)行表征,結(jié)果表明昔陽(yáng)煤樣中含有大量的含氧官能團(tuán)以及Si類礦物和高嶺土等氧化礦物,煤樣灰分高且受到氧化,煤泥可浮性差,采用煤油等傳統(tǒng)烴類油難以實(shí)現(xiàn)高效浮選回收;新型藥劑相比煤油含有大量的－OH和－C－O－C－等含氧類基團(tuán),這些含氧基團(tuán)可與煤樣表面的含氧基團(tuán)發(fā)生弱氫鍵鍵合作用,從而增加新型藥劑在煤樣表面的吸附作用。采用接觸角測(cè)定儀對(duì)原煤、煤油作用后和新型藥劑作用后的煤樣進(jìn)行接觸角測(cè)定,結(jié)果表明煤樣與新型藥劑接觸后,接觸角增加,疏水性和可浮性得到顯著改善。

關(guān)鍵詞新型藥劑 難浮煤泥 浮選 紅外光譜 接觸角

1　前言

隨著煤炭機(jī)械化開采程度的提高,原煤中的粉煤量急劇增加,目前已達(dá)25%左右,加之洗選過程中產(chǎn)生的次生煤泥,使得細(xì)粒級(jí)煤泥量進(jìn)一步增大,浮選作為回收細(xì)粒煤泥最有效的手段,針對(duì)浮選的研究越來越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。但是對(duì)于低階煤和氧化煤等難浮煤泥,常規(guī)烴類油捕收劑難以實(shí)現(xiàn)高效的浮選回收,從而造成煤炭資源的浪費(fèi)。因此,需要開發(fā)新型藥劑來改善難浮煤泥的浮選效果。有專家采用生物柴油、氧化柴油和DCT捕收劑可較好地改善太西氧化煤的浮選回收;還有專家通過添加少量的十二胺用于大同低階煤的浮選,精煤產(chǎn)率提高了7.11%;國(guó)外專家則選擇了煤油＋乳化劑（一種羥肟酸）＋非離子表面活性劑對(duì)褐煤進(jìn)行浮選試驗(yàn),取得了較好的效果。

本文針對(duì)國(guó)投昔陽(yáng)能源有限責(zé)任公司白羊嶺煤礦選煤廠的難浮煤泥,使用新型藥劑作為浮選藥劑,試圖提高精煤的回收率,減少煤炭資源的浪費(fèi),并采用紅外光譜和接觸角對(duì)煤樣和藥劑以及藥劑與煤樣作用后的情況進(jìn)行分析,試圖揭示新型藥劑改善昔陽(yáng)難浮煤泥浮選效果的機(jī)理。

2　煤樣性質(zhì)分析

新型藥劑是一種密度為0.91 g/cm3的黃褐色液體,水中可溶,主要成分為2－乙基乙醇、己酸丁酯、3－甲基4－庚酮、已基乙醛等,具有酯類醇香,無刺激性氣味。

試驗(yàn)煤樣采自國(guó)投昔陽(yáng)能源有限責(zé)任公司白羊嶺煤礦選煤廠,按照GB/T477－2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》對(duì)煤樣進(jìn)行了篩分試驗(yàn),結(jié)果見表1。

表1　煤樣篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表1可以看出,煤樣中小于0.045 mm粒級(jí)煤粉的產(chǎn)率為61.23%,小于0.25 mm粒級(jí)的煤粉產(chǎn)率為97.77%,表明煤樣的粒度組成偏細(xì),煤樣灰分為33.96%,屬中高灰分煤泥。

按照GB/T212－2008《煤的工業(yè)分析方法》對(duì)煤樣進(jìn)行工業(yè)分析,煤樣中Mad為1.07%、Aad33.52%、Vad為13.93%以及FCad為51.48%,可以判斷該煤樣為無煙煤。

3　試驗(yàn)條件及結(jié)果

試驗(yàn)主要裝置為XFD－1.5L單槽浮選機(jī)、過濾機(jī)和馬弗爐。按照《煤粉（泥）實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》（GB/T 4757－2001）對(duì)煤樣進(jìn)行浮選試驗(yàn)。試驗(yàn)條件如下:礦漿濃度為60 g/L、浮選槽容積為1.5 L、葉輪輪速為1900 r/min、充氣量為0.25 m3/（m2·min）以及礦漿預(yù)攪拌時(shí)間為2 min,與捕收劑接觸2 min以及與起泡劑接觸30 s,刮泡時(shí)間為3 min。浮選藥劑有常規(guī)藥劑煤油和仲辛醇、新型藥劑。試驗(yàn)流程如下:

（1）使用常規(guī)浮選藥劑（煤油＋仲辛醇）對(duì)煤樣進(jìn)行探索試驗(yàn),評(píng)價(jià)常規(guī)浮選藥劑對(duì)煤樣的分選效果;

（2）采用新型藥劑對(duì)煤樣進(jìn)行浮選試驗(yàn),評(píng)價(jià)對(duì)煤樣的分選效果。

3.1常規(guī)藥劑浮選結(jié)果

采用常規(guī)藥劑進(jìn)行浮選試驗(yàn)過程中,產(chǎn)生的氣泡量較少、氣泡易破裂且不穩(wěn)定,刮出的精煤少且精煤產(chǎn)率低,常規(guī)浮選藥劑浮選試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可以看出,隨著煤油用量增加,精煤產(chǎn)率增大,但最大的精煤產(chǎn)率僅為35.84%,此時(shí)煤油用量為3600 g/t,仲辛醇用量為1200 g/t。結(jié)果表明,采用常規(guī)藥劑對(duì)該煤樣進(jìn)行浮選時(shí),藥劑的捕收效果較差,形成泡沫的穩(wěn)定性差,精煤回收率低,導(dǎo)致精煤的損失。

3.2新型藥劑浮選效果

單獨(dú)添加新型藥劑作為浮選藥劑,試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3可以看出,隨著新型藥劑用量的增大,精煤產(chǎn)率、精煤灰分和浮選完善指標(biāo)均呈增大趨勢(shì)。當(dāng)藥劑用量為1500 g/t時(shí),精煤產(chǎn)率就可達(dá)53.12%,可燃體回收率為70.20%,尾煤灰分為57.44%。隨著藥劑用量繼續(xù)增加,精煤產(chǎn)率和可燃體回收率持續(xù)增大,但是增加的趨勢(shì)變緩。同時(shí)在試驗(yàn)中觀察可知,單獨(dú)采用新型藥劑進(jìn)行浮選與采用常規(guī)浮選藥劑相比,浮選槽內(nèi)的氣泡量明顯增多,泡沫穩(wěn)定性更好,泡沫產(chǎn)品的浮出量大于采用常規(guī)浮選藥劑時(shí)的泡沫產(chǎn)品浮出量。由此可見,新型藥劑不但具有不收性能,還具有起泡性能。

表2　常規(guī)藥劑浮選試驗(yàn)結(jié)果

表3　新型藥劑浮選試驗(yàn)效果

4　機(jī)理探究

4.1樣品紅外光譜分析

將原煤煤樣、煤油和新型藥劑采用傅里葉變換紅外光譜儀及顯微紅外系統(tǒng)（FTIR）進(jìn)行檢測(cè),得出紅外光譜曲線,分析煤樣的表面性質(zhì)和煤油以及新型藥劑的化學(xué)組分,探究藥劑與煤樣的作用機(jī)理,昔陽(yáng)煤泥FTIR譜圖如圖1所示。

圖1　昔陽(yáng)煤泥FTIR譜圖

由圖1中可以看出,700～900 cm－1處為苯環(huán)或芳香性C－H吸收峰,C－C基團(tuán)具有一定的疏水性,但其面積較小;1033 cm－1處吸收峰可以表征為Si－O,3693 cm－1、3654 cm－1和3620 cm－1處的吸收峰,表明煤泥中含有高嶺土等灰分成分,且兩部分吸收峰面積較大,表明煤樣灰分較高,與工業(yè)分析一致。Si類礦物和高嶺土都屬于氧化礦物,表現(xiàn)為較強(qiáng)的親水性;1098 cm－1處吸收峰為C－O－C基團(tuán),3412 cm－1處為－OH基團(tuán),表面煤樣含有較多的含氧基團(tuán),同時(shí)3000 cm－1附近所代表的脂肪烴等特征吸收峰表現(xiàn)得較為平滑,說明煤樣受到一定程度的氧化作用,碳?xì)鋫?cè)鏈?zhǔn)艿窖醯墓?。煤樣含有較多的含氧官能團(tuán)和含氧類礦物質(zhì)多,這些因素是造成昔陽(yáng)煤泥難浮的主要原因。

煤油和新型藥劑譜圖分別如圖2和圖3所示。

由圖2和圖3中可以看出,煤油和新型藥劑在3000 cm－1附近峰值相似,在2961 cm－1、2930 cm－1、2871 cm－1、292 cm－1和2857 cm－1處為C－C、CH3和CH2的伸縮振動(dòng),這些官能團(tuán)可與煤樣表面的疏水性官能團(tuán)互相作用。圖3中除了有與煤油類似的峰值,還富有大量的含氧基團(tuán); 3445 cm－1處為－OH伸縮振動(dòng),1000～1300 cm－1處振動(dòng)峰值較多且面積較大,該區(qū)域?yàn)椋瑿－OC－伸縮振動(dòng)區(qū)域,－OH和－C－O－C－等含氧基團(tuán)可與煤樣表面的含氧基團(tuán)發(fā)生弱氫鍵鍵合作用,提高了藥劑與煤樣的吸附作用,從而提高了煤樣的整體疏水性。

圖2　煤油FTIR譜圖

圖3　新型藥劑FTIR譜圖

4.2煤樣接觸角測(cè)試

通過實(shí)驗(yàn)室小浮沉實(shí)驗(yàn)獲得煤樣中低于1.5 g/cm3低灰部分,用酒精清洗煤樣表面浮沉藥劑后烘干,取烘干煤樣作為1號(hào)樣品（原煤）,取烘干煤樣分別與煤油（3600 g/t）和新型藥劑（1500 g/t）在浮選機(jī)內(nèi)攪拌2 min后、濃度為60 g/L、轉(zhuǎn)速為1900 r/min且過濾后室溫晾干作為2號(hào)樣品（原煤＋煤油）、3號(hào)樣品（原煤＋新型藥劑）。將3份樣品在50 KPa壓力下保壓55 s壓片成型,用懸滴法測(cè)量樣品的接觸角,測(cè)量結(jié)果如圖4所示。

圖4　煤樣接觸角測(cè)試圖

由圖4可以看出,原煤中低于1.5 g/cm3低灰部分的接觸角為36°,疏水性較差,不易被氣泡粘附;煤樣與煤油作用后接觸角變?yōu)?8°,變化幅度不大,煤樣疏水性提高不明顯;煤樣與新型藥劑作用后接觸角變?yōu)?1°,疏水性有顯著提升,容易被

氣泡粘附到泡沫層中,因此新型藥劑可以顯著提高

昔陽(yáng)難浮煤樣的精煤產(chǎn)率。

5　結(jié)論

通過昔陽(yáng)煤樣與煤油和新型藥劑的浮選試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn),新型藥劑可以顯著提高精煤產(chǎn)率。對(duì)樣品和藥劑進(jìn)行接觸角測(cè)試和紅外光譜分析,得出結(jié)論如下:

（1）昔陽(yáng)煤樣中含有較多的Si類礦物和高嶺土等氧化礦物且灰分較高,煤樣表面含有大量的含氧官能團(tuán),因此煤樣親水性強(qiáng),可浮性差。

（2）煤油和新型藥劑中都含有C－C、CH3和CH2等疏水性基團(tuán),但新型藥劑中富含OH和－C －O－C－等含氧基團(tuán),這些含氧基團(tuán)可與煤樣表面的含氧基團(tuán)發(fā)生弱氫鍵鍵合作用,提高了藥劑與煤樣的吸附作用,從而提高了煤樣的整體疏水性。

（3）選用煤油和新型藥劑對(duì)昔陽(yáng)煤樣進(jìn)行浮選試驗(yàn),結(jié)果表明新型藥劑藥耗低且精煤回收率高,單獨(dú)添加新型藥劑時(shí)候產(chǎn)生的浮選泡沫多,泡沫穩(wěn)定性好,當(dāng)新型藥劑用量為1800 g/t時(shí),精煤產(chǎn)率達(dá)到53.85%,相比于煤油用量為3600 g/t時(shí)精煤產(chǎn)率提高了18.01%。

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（責(zé)任編輯王雅琴）

Research on mechanism and improvement of floatation effects on Xiyang difficult floated coalslime by new reagent

Zhou Chenglong1,Peng Yaoli1,2,Chen Yuran1,Jin Mingguo1
（1.School of Chemical Engineering and Technology,China University of Mining& Technology, Xuzhou,Jiangsu 221116,China; 2.Key Laboratory of Coal Processing and Efficient Utilization（Ministry of Education）, China University of Mining& Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China）

AbstractThe authors conducted a laboratory floatation experiment to test Xiyang difficult floated by new reagent and kerosene. The results showed that when the dosage of the new reagent was 1800 g/t,the clean coal productivity increased 53.85%. When using FTIR Spectrometer characterized the chemical groups in Xiyang coal sample,kerosene and the new reagent,the results showed that Xiyang coal sample contained a large amount of oxygen-containing functional groups,Si mineral,kaolin mineral and other oxide minerals,the ash content of coal sample was high and oxidized,floatability of coal slime was poor,kerosene and traditional hydrocarbonoils were difficult to achieve efficient flotation recovery;the new reagent contained amounts of－OH,－C－O－C－and other oxygen-containing groups which can react with oxygen-containing group on coal sample surface by weak hydrogen bonding effects,thereby increasing adsorption of the new reagent on coal sample surface. When using contact angle tester to test the contact angle of raw coal,coal with kerosene and coal with the new reagent,the results showed the contact angle increased and hydrophobicity and floatability were significantly improved after contacting withthe new reagent.

Key wordsnew reagent,difficult floated coal slime,floatation,FTIR,contact angle

作者簡(jiǎn)介:周成龍（1991－）,江蘇連云港人,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在讀碩士研究生,主要從事煤炭加工與利用研究工作。

基金項(xiàng)目:?國(guó)家自然科學(xué)基金（51374205, 51474213）

中圖分類號(hào)TD943

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A