磁化煤油-AEO9捕收劑的性質(zhì)及其浮選效果研究

張鵬,王志強(qiáng)

（中煤科工集團(tuán) 南京設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210031）

浮選是處理低階細(xì)粒煤泥必要的分選方法，目前，選煤廠針對(duì)細(xì)粒難浮煤泥的浮選工藝都存在藥劑用量大，精煤產(chǎn)率低等問題，導(dǎo)致選煤廠的生產(chǎn)成本較高[1-3]。實(shí)際生產(chǎn)中通常采用煤油或輕柴油作為捕收劑。關(guān)于提高捕收劑性能的方式有藥劑改性、復(fù)配以及外加物理化學(xué)作用等，其中，煤油與表面活性劑復(fù)配應(yīng)用較為成熟[4-6]。Dube等[7]將煤油與油酸乙酯進(jìn)行復(fù)配，測(cè)得復(fù)配后藥劑的表觀性質(zhì)、分散度等均發(fā)生明顯變化。任聰?shù)萚8]采用煤油與非離子表面活性劑進(jìn)行復(fù)配作為低階煤泥浮選的捕收劑，結(jié)果得出，復(fù)配藥劑的浮選精煤產(chǎn)率明顯高于煤油。同時(shí)，研究學(xué)者將藥劑乳化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在工藝冗雜，性質(zhì)穩(wěn)定性差等問題[9-10]。磁化處理因具有操作簡(jiǎn)便、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。邊炳鑫等[11]對(duì)柴油進(jìn)行磁化處理，發(fā)現(xiàn)其在煤表面的吸附量相較于黃鐵礦增加一倍，且藥劑磁化可以提升煤的可浮性。為了探討磁化后捕收劑的浮選性能，李海鵬等[12]對(duì)煤油進(jìn)行磁化處理，并對(duì)麻家梁煤泥進(jìn)行浮選實(shí)驗(yàn)，得出磁化后煤油對(duì)煤泥浮選具有一定的促進(jìn)作用。本文通過對(duì)煤油-AEO9捕收劑進(jìn)行磁化處理，考察其表觀性質(zhì)變化，以及對(duì)低階難浮煤泥浮選效果的影響，對(duì)提高以含高嶺石煤泥水為研究對(duì)象，考察其宏觀性質(zhì)和不同因素對(duì)煤泥水沉降特性的影響，對(duì)提高選煤廠處理效率和降低生產(chǎn)成本具有實(shí)際意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 煤樣分析

實(shí)驗(yàn)所用煤樣取自神東某選煤廠分級(jí)旋流口溢流，取樣過程嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)MT/T 808-1999 進(jìn)行。首先通過恒溫干燥箱對(duì)煤樣進(jìn)行烘干，然后采用四分法對(duì)煤樣進(jìn)行制備，制備后煤樣待浮選使用。

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30732-2014對(duì)煤樣進(jìn)行工業(yè)分析，結(jié)果見表1。

表1 煤樣的工業(yè)分析/%Table 1.Industrial analysis of coal samples

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 190933-2003對(duì)煤樣的進(jìn)行粒度組成分析，將煤樣篩分成+0.5 mm、-0.5+0.25 mm、0.25-0.125 mm、-0.125+0.074 mm、-0.074+0.045 mm和-0.045 mm六個(gè)粒級(jí)，結(jié)果見表2。

表2 煤樣的粒度組成分析Table 2 Size Analysis of coal samples

由表1、2可知，該煤樣灰分為32.07%，其中，-0.045 mm粒級(jí)的煤泥產(chǎn)率和灰分高達(dá)61.92%和47.12%，表明煤樣中的極細(xì)粒級(jí)煤泥較多且灰分較高，即該實(shí)驗(yàn)所用煤泥為高灰細(xì)粒難浮煤泥。

1.2 試劑與儀器

試劑：煤油(工業(yè)純)，脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO9)(分析純)，仲辛醇(辛醇ω＞87%)。

儀器：XFD-1.5浮選機(jī)，DL-5C真空過濾機(jī)，DHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，XL-1馬弗爐，微量進(jìn)樣器，85-2磁力攪拌器，F(xiàn)A214電子天平，WT10A數(shù)字特斯拉計(jì)，STM-2T粘度計(jì)，JYW-200B表面張力儀。

裝置：自制磁化裝置，將藥劑放入燒杯中，直流穩(wěn)壓電源提供電流通入電磁線圈進(jìn)行磁化處理，通過調(diào)節(jié)電流大小改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)采用攪拌器和控溫加熱儀對(duì)藥劑進(jìn)行攪拌和加熱。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)以煤油-AEO9復(fù)配捕收劑（以下簡(jiǎn)稱“捕收劑”）為研究對(duì)象，將煤油與AEO9按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為10:1進(jìn)行混合，然后進(jìn)行加熱處理使其完全溶解，完成后放置待用。

本文首先以黏度和表面張力為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察不同磁化溫度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化時(shí)間條件下捕收劑的性質(zhì)。然后進(jìn)行煤泥浮選實(shí)驗(yàn)，浮選用水為蒸餾水，研究不同磁化條件下捕收劑對(duì)煤泥浮選效果的影響。最后在較佳磁化條件下進(jìn)行煤泥浮選對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 磁化煤油-AEO9捕收劑的性質(zhì)研究

2.1.1 磁化溫度對(duì)煤油-AEO9捕收劑性質(zhì)的影響

在捕收劑用量為50 g，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3 T，磁化時(shí)間為5 min的條件下，進(jìn)行磁化溫度實(shí)驗(yàn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行三次測(cè)量后取平均值，結(jié)果見圖2。

圖2 磁化溫度對(duì)黏度和表面張力的影響Fig.2 Eあect of magnetization temperature on viscosity and surface tension of collector

由圖2可知，改變磁化溫度對(duì)捕收劑的表觀黏度有顯著影響，隨著磁化溫度的升高，其黏度呈先減小后增大趨勢(shì)，當(dāng)磁化溫度為25℃時(shí)，繼續(xù)升高溫度其黏度變化趨緩，當(dāng)磁化溫度為30℃時(shí)，其表觀黏度達(dá)到最小值1.32 Z/(mPa·s-1)，說明磁化溫度在25 ~ 35℃時(shí)能夠有效降低其表觀黏度。隨著磁化溫度的升高，捕收劑的表面張力先緩慢減小后快速增大，表面張力最小值同黏度基本一致，其磁化溫度在25 ~ 30℃時(shí)為較佳，溫度為30℃時(shí)表面張力為最小值24.85 V/(mN·m-1)。綜合得出，磁化溫度在25 ~ 30℃時(shí)，捕收劑的性質(zhì)最有利于煤泥浮選。在選煤廠實(shí)際生產(chǎn)中，水溫一般為室溫條件，所以易滿足磁化溫度的要求。

2.1.2 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)煤油-AEO9捕收劑性質(zhì)的影響

在捕收劑用量為50 g，磁化溫度為25℃，磁化時(shí)間為5 min的條件下，進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行三次測(cè)量后取平均值，結(jié)果見圖3。

圖3 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)黏度和表面張力的影響Fig.3 Effect of magnetic field strength on viscosity and surface tension of collector

由圖3可知，捕收劑未磁化時(shí)的表觀黏度為1.51 Z/(mPa·s-1)，磁化后其黏度都相應(yīng)減小，且隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大其黏度近似呈“V”型變化趨勢(shì)，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.2 ~ 0.4 T時(shí)，捕收劑黏度處于較低水平。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3 T時(shí)，捕收劑黏度為最小值1.35 Z/(mPa·s-1)，相較于未磁化時(shí)降低了10.6%。磁化處理可顯著降低捕收劑的表面張力，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度增大至0.2 T時(shí)，繼續(xù)增大則表面張力變化不明顯，其原因是磁化作用可促進(jìn)捕收劑溶液體系中氧的產(chǎn)生，當(dāng)氧含量過多時(shí)會(huì)減小其他物質(zhì)的單位體積[13-14]。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3 T時(shí)，表面張力為最小值25.03 V/(mN·m-1)，相比于未磁化時(shí)降低了11.8%。

2.1.3 磁化時(shí)間對(duì)煤油-AEO9捕收劑性質(zhì)的影響

在捕收劑用量為50 g，磁化溫度為25℃，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3 T的條件下，進(jìn)行磁化時(shí)間實(shí)驗(yàn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行三次測(cè)量后取平均值，結(jié)果見圖4。

圖4 磁化時(shí)間對(duì)黏度和表面張力的影響Fig.4 Eあect of magnetization time on viscosity and surface tension of collector

由圖4可知，隨著磁化時(shí)間的增加，捕收劑表觀黏度急劇降低，當(dāng)磁化6 min后，黏度為1.28 Z/(mPa·s-1)，繼續(xù)磁化則黏度無明顯變化。在恒定磁場(chǎng)作用下，經(jīng)過一段磁化時(shí)間后捕收劑在氣-油-水界面達(dá)到平衡狀態(tài)，若繼續(xù)磁化則對(duì)捕收劑的性質(zhì)影響較小[15]。同時(shí)，隨著磁化時(shí)間的增加，捕收劑的表面張力與黏度的變化趨勢(shì)基本相同，在磁化6 min時(shí)，表面張力為最小值24.91 V/(mN·m-1)，說明捕收劑在磁化過程中存在平衡值，即繼續(xù)增加磁化時(shí)間其性質(zhì)無明顯變化。

2.2 磁化煤油-AEO9捕收劑的浮選實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用煤油-AEO9復(fù)配捕收劑，其用量為4 kg/t，仲辛醇為起泡劑，其用量為400 g/t，礦漿濃度為60 g/L，以精煤產(chǎn)率(γj)、尾煤灰分(Aw)和可燃體回收率(ε)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察不同磁化條件下煤泥的浮選效果。

2.2.1 磁化溫度對(duì)浮選效果的影響

在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3 T，磁化時(shí)間為5 min的條件下，考察捕收劑經(jīng)過不同磁化溫度處理后的浮選效果，結(jié)果見圖5。

圖5 不同磁化溫度下煤泥的浮選效果Fig.5 Effect of magnetization temperature on coal slime flotation

由圖5可知，改變捕收劑磁化溫度會(huì)對(duì)煤泥的浮選效果產(chǎn)生一定的影響，隨著磁化溫度的升高，精煤產(chǎn)率、尾煤灰分和可燃體回收率都呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)磁化溫度為25 ~ 35℃時(shí)，煤泥整體浮選效果處于較佳水平，該結(jié)果與圖2中煤油-AEO9捕收劑的性質(zhì)隨磁化溫度產(chǎn)生的變化相一致，說明溫度較高對(duì)捕收劑的性質(zhì)所造成的不利影響會(huì)直接降低煤泥的浮選效果，即在該煤泥浮選體系中，捕收劑的磁化溫度選擇25~35℃為宜，此時(shí)煤泥浮選效果較佳，且所選溫度適宜選煤廠的實(shí)際生產(chǎn)。

2.2.2 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)浮選效果的影響

在室溫（25℃）條件下，磁化時(shí)間為5 min，考察捕收劑經(jīng)過不同磁場(chǎng)強(qiáng)度處理后的浮選效果，結(jié)果見圖6。

圖6 不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下煤泥的浮選效果Fig.6 Eあect of magnetic field strength of coal slime flotation

由圖6可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，三個(gè)浮選指標(biāo)的變化趨勢(shì)基本一致，都近似呈拱形曲線。捕收劑在經(jīng)過磁化處理后對(duì)煤泥的浮選效果有明顯的促進(jìn)作用，尤其當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3 T時(shí)，煤泥的浮選效果較佳，精煤產(chǎn)率、尾煤灰分和可燃體回收率分別可達(dá)67.04%、77.65%和86.12%，與捕收劑未經(jīng)磁化時(shí)相比，三個(gè)浮選指標(biāo)分別提高9%、10.47%和11.62%，以上結(jié)果說明經(jīng)過磁化處理的捕收劑用于該煤泥浮選使其浮選效果得到明顯改善。同時(shí)，結(jié)合圖3可以得出，磁場(chǎng)強(qiáng)度選擇0.3 T較為合適。

2.2.3 磁化時(shí)間對(duì)浮選效果的影響

實(shí)驗(yàn)條件：室溫（25℃）條件下，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3 T，考察捕收劑經(jīng)過不同磁化時(shí)間處理后的浮選效果，結(jié)果見圖7。

圖7 不同磁化時(shí)間下煤泥的浮選效果Fig.7 Eあect of magnetization time on coal slime flotation

由圖7可知，三個(gè)浮選指標(biāo)隨著磁化時(shí)間的增加而增大，當(dāng)磁化處理6 min后，精煤產(chǎn)率、尾煤灰分和可燃體回收率分別可達(dá)68.3%、78.37%和86.82%，繼續(xù)增加磁化時(shí)間則三個(gè)浮選指標(biāo)的增幅趨緩。同時(shí)，當(dāng)捕收劑未經(jīng)磁化處理時(shí)，其浮選效果相比于磁化處理后捕收劑作用下的浮選效果明顯較差，同樣可以說明經(jīng)過磁化處理后的捕收劑有助于提高煤泥浮選效果。綜合考慮選煤廠實(shí)際生產(chǎn)過程中所消耗的電能、單位生產(chǎn)效率等因素，捕收劑的磁化時(shí)間取6 min即可。

2.3 捕收劑磁化前后的煤泥浮選對(duì)比實(shí)驗(yàn)

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，在相同藥劑制度與實(shí)驗(yàn)條件下，捕收劑的較佳磁化條件為磁化溫度25℃，磁場(chǎng)強(qiáng)度0.3 T，磁化時(shí)間6 min，在未經(jīng)磁化處理和較佳磁化條件下分別進(jìn)行三次煤泥浮選實(shí)驗(yàn)，取平均值后的結(jié)果見圖8。

圖8 捕收劑磁化前后的煤泥浮選效果Fig.8 Coal slime flotation before and after collector magnetization

由圖8可知，捕收劑磁化后用于煤泥浮選的效果要明顯優(yōu)于未磁化時(shí)，其原因是捕收劑經(jīng)磁化處理后其黏度和表面張力降低，加快其在煤表面的擴(kuò)散速度，促進(jìn)捕收劑與煤顆粒的相互作用，提高煤的可浮性，進(jìn)而改善煤泥的浮選效果。在捕收劑較優(yōu)磁化條件下進(jìn)行煤泥浮選實(shí)驗(yàn)，得出精煤產(chǎn)率、尾煤灰分和可燃體回收率分別為68.71%、78.4%和87.13%，相較于未磁化時(shí)提高了10.56%、10.36%和11.74%。通過捕收劑磁化前后的煤泥浮選效果對(duì)比可以得出，經(jīng)過磁化處理的捕收劑用于煤泥浮選具有明顯的促進(jìn)作用。

3 結(jié) 論

（1）磁化處理能有效降低煤油-AEO9捕收劑的表觀黏度和表面張力。

（2）煤油-AEO9捕收劑經(jīng)過磁化處理后用于煤泥浮選時(shí)，其精煤產(chǎn)率、尾煤灰分和可燃體回收率均得到明顯提高。

（3）煤油-AEO9捕收劑在磁化溫度為25 ~30℃，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3 T，磁化時(shí)間為6 min時(shí)為較佳磁化條件，磁化后捕收劑的煤泥浮選效果相較于未磁化時(shí)均提高了10%。