淺談非極性烴類油捕收劑作用及作用機(jī)理

杜佳龍

摘要：煤泥浮選的實(shí)質(zhì)是具有疏水性的精煤與捕收劑作用，粘附在通過使用起泡劑產(chǎn)生的氣泡上浮到水面，而具有親水性的矸石顆粒則停留在水中，從而實(shí)現(xiàn)彼此之間互相分離的過程。煤粒的表面大多數(shù)為疏水性，具有很好的天然可浮性。在浮游選礦中廣泛使用非極性烴類油作為捕收劑，尤其是煤油、輕柴油，改性煤油天然氣冷凝液和一些人工合成的非極性烴類油捕收劑等，這些占煤泥浮選時(shí)捕收劑消耗量的80%—90%。烴類油大部分來自石油產(chǎn)品，主要是根據(jù)工業(yè)使用目的不同按一定沸點(diǎn)范圍進(jìn)行分餾和加工的。它們都是液體，分子結(jié)構(gòu)對稱，化學(xué)性質(zhì)不活潑，在水中不會(huì)解離成離子，難溶于水，疏水性較高，一般和礦物表面不發(fā)生化學(xué)作用。本文主要論述了非極性烴類油捕收劑的特性、作用機(jī)理以及非極性烴類油的組成對捕收劑的影響等。

關(guān)鍵詞：煤的浮選;浮選藥劑;非極性烴類油捕收劑

一、非極性烴類油捕收劑作用

（一）非極性烴類油捕收劑

非極性烴類油是煤、石墨、輝鉬礦等非極性礦物浮選時(shí)的捕收劑，也廣泛用做磷灰石、氧化鐵礦和石英等礦物浮選時(shí)的輔助捕收劑。硫化礦物的浮選也可用非極性烴類油作捕收劑，幫助粗粒和難浮顆粒上浮。據(jù)美國20世紀(jì)70年代統(tǒng)計(jì)，非極性烴類油捕收劑占浮選藥劑消耗量的一半，其中主要為燃料油，其次為煤油。對選煤來說，非極性烴類油是最主要的捕收劑。

（二）非極性烴類油捕收劑特性

非極性烴類油具有如下特點(diǎn)：分子結(jié)構(gòu)對稱，無永久偶極，分子內(nèi)部的原子以共價(jià)鍵結(jié)合，電子共有，而且不能轉(zhuǎn)移到其他原子上?；瘜W(xué)活性差，在水中不解離成離子、溶解度小、疏水性強(qiáng)，對呈分子鍵的、天然疏水性強(qiáng)的礦物表面具有良好的吸附性能。礦物表面疏水性越好，在其表面的吸附量越多;吸附時(shí)，與礦物表面不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只能以物理吸附的形式固著到礦物的表面。由于只能以物理吸附的形式吸附到礦物表而上，烴類油只能作為天然可浮性較好的礦物的捕收劑。因其難溶于水，實(shí)際上是以油滴形式存在干水中，故其用量較大。

（三）非極性烴類油捕收劑的作用

主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：非極性烴類油可以提高疏水性礦物和氣泡的附著。由于非極性烴類油在礦物表面展開，增加礦物表面的疏水程度，削弱其水化作用，使礦粒與氣泡碰撞時(shí)，水化膜易破裂，附著過程易進(jìn)行;非極性烴類油可有效提高疏水性礦粒在氣泡上附著的牢固程度降低。主要原因是由于非極性烴類油能沿著三相接觸周邊富集，形成三相接觸油環(huán);細(xì)粒的物料表面黏附油滴后互相兼并，還可以形成氣絮團(tuán)。

（四）非極性烴類油捕收劑作用原因

非極性烴類油的捕收作用是由于它能夠在非極性礦物表面吸附和在其表面展開并形成油膜。非極性烴類油的主要成分為脂肪烴、環(huán)烷烴和芳香烴，其分子都是由碳和氫原子組成，原子之間以非極性的碳—碳鍵和弱極性的碳—?dú)滏I結(jié)合，屬于非極性分子。在煤泥分選過程中，大部分煤粒表面是非極性的，因此，煤粒對油分子吸引力大于對強(qiáng)極性水分子的吸引力，油滴吸附到煤粒表面，同時(shí)煤粒表面與油分子之間的作用力大于油分子本身之間的作用力，油滴在煤粒表面展開，形成疏水的薄油膜，進(jìn)一步提高了煤粒表面的疏水性。而矸石顆粒絕大部分表面是極性表面，有很強(qiáng)的親水性，矸石表面對油分子的吸引力小于對水分子的吸引力，矸石表面被水分子覆蓋，形成水化膜，非極性烴類油不易在矸石表面吸附，或僅能吸附少量的烴類油到局部疏水部位，基本上不能提高矸石的疏水性，從而擴(kuò)大了煤粒與矸石表面潤濕性的差異，促使分選順利進(jìn)行。如果在煤粒表面夾雜極性的礦物雜質(zhì)或局部被氧化，則能形成不連續(xù)的油膜。

（五）非極性烴類油的主要來源

石油工業(yè)產(chǎn)品，如煤油、輕柴油等其他工業(yè)副產(chǎn)品

二、非極性烴類油捕收劑作用機(jī)理

（一）非極性烴類油與水之間的作用

非極性烴類油的主要成分為脂肪烴、環(huán)烷烴和芳香烴，其分子都是由碳和氫原子組成，原子之間以非極性的碳—碳 鍵和弱極性的碳—?dú)滏I結(jié)合，屬于 非極性分子。分子之間由色散力聚集在一起。而水分子是強(qiáng)極性分子，水分子與非極性烴類油分子之間的作用力為誘導(dǎo)力和色散力，并以色散力為主。水分子由于是強(qiáng)偶極子，有極強(qiáng)的定向力、誘導(dǎo)力，并且以定向力為主，加上水分子之間的氫鍵締合作用，水分子本身之間的吸引力比油水之間作用力大，所以，油不溶于水，有很好的疏水性，非極性烴類油在水中只能以油滴狀態(tài)存在。

（二）非極性烴類油與礦物之間的作用

礦物表面有極性和非極性之分，當(dāng)?shù)V物表面屬于非極性表面時(shí)，σ固油<σ固水礦物表面對油分子吸引力大于對水分子的吸引力，油滴吸附到礦物的表面。如果礦物表面與油分子之間的作用力大于油分子本身之間的作用力，油滴可在礦物表面展開。反之，油分子只能以油滴的形式吸附在礦物表面，不能展開。當(dāng)?shù)V物表面是極性表面時(shí)σ固油>σ固水，礦物表面對油滴分子的吸力小于對水分子的吸引力，礦物表而覆蓋了一層水分子，并形成水化膜，油分子不能在礦物表面吸附，仍以油滴狀態(tài)留在水中，非極性烴類油對這種表面沒有捕收作用。

在煤泥分選過程中，大部分煤粒表面是非極性的，因此，煤粒和油分子表面張力σ煤油小于煤粒與水分子之間的表面張力σ煤水。非極性烴類油可以在煤粒表面展開。非極性烴類油在煤粒表面形成疏水的油膜，進(jìn)一步提高了煤粒表面的疏水性。而矸石絕大部分表面是極性表面，有很強(qiáng)的親水性，σ矸油遠(yuǎn)大于σ矸水，矸石表面被水分子覆蓋，形成水化膜，非極性烴類油不能在矸石表面吸附，或僅能吸附極少量的烴類油到局部疏水部位，基本上不能提高矸石的疏水性。從面擴(kuò)大了煤粒與矸石表面潤濕性的差別，促使分選順利進(jìn)行。

三、非極性烴類油中極雜性物質(zhì)

非極性烴類油中除非極性組分外，還有少量的非烴雜質(zhì)，例如，吡啶、喹啉、吡咯、酚、酸、醇酯和羰基化合物等雜極性化合物。

這些雜極性物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上一端為極性親固基，另一端為疏水的非極性基，它們對煤粒的捕收作用是因?yàn)殡s極性分子可在煤粒表面極性部位定向吸附，即極性親固基與煤粒表面的多種含氧官能團(tuán)相互作用，產(chǎn)生吸附，非極性基朝水，使煤粒表面少量極性部位疏水，提高煤粒的可浮性，再促使烴類油固著到這部分表面上，進(jìn)一步提高疏水性。由于這些雜質(zhì)的存在，其浮游性大為提高，既可節(jié)約用量，又可提高工藝效果。但雜極性物質(zhì)含量超過某一定量后，在煤粒表面形成反向吸附層，使已經(jīng)疏水的煤粒表面重新變成親水。

所以，在一定范圍內(nèi)，增加雜極性成分的比例，對提高浮選效果是有利的，特別對精煤產(chǎn)率和尾煤灰分提高比較明顯。但雜極性比例增加后精煤灰分增加較大，雜極性含量過高時(shí)，精煤質(zhì)量惡化。

四、結(jié)論

浮選是精選細(xì)粒煤泥最有效的方法， 浮選藥劑對于調(diào)節(jié)煤與礦物表面性質(zhì)，提高浮選選擇性和速度起著十分重要的作用。近年來，世界各國都在研制利用化工副產(chǎn)品來代替石油制品的浮選藥劑，以求降低成本，提高精煤產(chǎn)率。隨著新型高效藥劑的問世，選擇適合特定煤種的浮選藥劑引起人們的重視， 通過對非極性烴類油作用機(jī)理的研究生產(chǎn)出多種新型非烴類油捕收劑，而非極性烴類油捕收劑對浮選各種煤的作用已得到引人注目的評價(jià)，在未來的浮選藥劑領(lǐng)域?qū)?huì)擁有更加重要的地位。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝廣元. 《選礦學(xué)》 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社? 2012.9

[2] 蔡璋.? ?《浮游選煤與選礦》 北京：煤炭工業(yè)出版社 1991.

[3] 丁立親. 《浮選的理論和實(shí)踐》 北京：煤炭工業(yè)出版社 1987.