礦漿界面性質(zhì)對煤泥浮選效果的影響

張 偉

(山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司 王莊煤礦，山西 長治 046031)

我國屬于發(fā)展中國家，主要以煤炭資源作為我國主導(dǎo)能源。目前，國內(nèi)外仍采用浮選的方式對煤泥進(jìn)行處理[1-2]。浮選后的煤泥，品質(zhì)得到提升，運(yùn)輸成本降低，并減少了粉塵及自燃的風(fēng)險(xiǎn)，浮選后的煤泥硫分和灰分降低，響應(yīng)了國家對潔凈煤技術(shù)的號召。近些年，隨著煤炭開采的機(jī)械化和規(guī)模化，細(xì)粒煤含量逐漸增加，這就使得煤泥浮選效果越來越差，尋求高效的煤泥浮選方式是煤炭高效利用的前提[3]。因此，探究在浮選過程中，礦漿表面張力對浮選的影響尤為重要，同時(shí)表面張力的測定操作簡單且樣品消耗量小，其測定值對煤泥浮選起到一定的指導(dǎo)作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)用到的捕收劑為煤油、起泡劑為仲辛醇，均購于北京化工廠。

實(shí)驗(yàn)用到儀器有XFD-Ⅲ型1.5 L掛槽式浮選機(jī)(吉林省探礦機(jī)械廠)；JK99C型表面張力儀(島津國際貿(mào)易(上海)有限公司)，XRMF-9X型高效節(jié)能馬弗爐(鶴壁市新銳科技有限公司)。

1.2 浮選試驗(yàn)

待選煤樣置于浮選槽內(nèi)，啟動(dòng)浮選機(jī)攪拌2 min使其充分濕潤，加入捕收劑混合1 min，再加入起泡劑10 s后開始刮泡，刮泡3 min后收集浮選槽內(nèi)的精煤和尾煤，分別抽濾后稱重、燒灰，求得精尾煤產(chǎn)率及灰分。

1.3 灰分含量的測定

準(zhǔn)確稱取灰皿質(zhì)量和煤樣質(zhì)量，將煤樣加入灰皿后記錄總質(zhì)量，隨即放入馬弗爐內(nèi)，設(shè)置馬弗爐溫度在前30 min內(nèi)升至500 ℃，繼續(xù)調(diào)節(jié)溫度為815 ℃，并保持815 ℃灼燒1 h，待時(shí)間到達(dá)后取出灰皿冷卻至室溫，準(zhǔn)確稱量灰皿此時(shí)的重量，求得煤樣的灰分。

1.4 可燃體回收率的測定

可燃體是指煤樣經(jīng)完全燃燒后除去殘留物之外的有用物質(zhì)?？扇俭w回收率通過下邊公式求得：

其中：Ad,j和Ad,y分別指浮選原煤灰分和精煤灰分；γj是指浮選精煤實(shí)際產(chǎn)率。

1.5 表面張力的測定

開啟表面張力儀，準(zhǔn)備好待測液，將鉑金片用去離子水沖洗后，在酒精燈反復(fù)灼燒，以除去可能存在影響實(shí)驗(yàn)的雜質(zhì)。每個(gè)待測溶液表面張力值應(yīng)多次測量求取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 礦漿表面張力對弱粘煤浮選效果的影響

2.1.1 捕收劑和起泡劑用量對煤泥可燃體回收率的影響

本實(shí)驗(yàn)浮選用捕收劑選擇煤油，起泡劑仲辛醇，調(diào)節(jié)礦漿濃度為180 g/L，捕收劑和起泡劑用量對弱粘煤可燃體回收率的影響如圖1所示。

圖1 捕收劑和起泡劑用量對浮選煤泥可燃體回收率的關(guān)系

從圖1可以看出，對于弱粘煤浮選實(shí)驗(yàn)，隨著捕收劑煤油和起泡劑仲辛醇用量的增加，煤泥的可燃體回收率逐漸增加，當(dāng)捕收劑用量達(dá)到一定值時(shí)，可燃體回收率值達(dá)到最大，繼續(xù)增加捕收劑用量，可燃體回收率值逐漸減小[5-6]；同樣，起泡劑仲辛醇的量增加后，可燃體回收率會(huì)增加，但增加到一定程度后有輕微降低的現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.1.2 捕收劑煤油用量與礦漿界面性質(zhì)及煤泥浮選效果的關(guān)系

調(diào)節(jié)捕收劑用量，并測定礦漿的表面張力及浮選煤泥的可燃體回收率及精煤灰分，其結(jié)果如圖2所示。

圖2 捕收劑用量對礦漿界面性質(zhì)及浮選的影響

從圖2可以看出，礦漿表面張力值隨著捕收劑用量的增加而降低，可燃體回收率和精煤灰分則呈增加趨勢；當(dāng)表面張力值達(dá)到一定值發(fā)生反彈回升后，可燃體回收率及精煤灰分也會(huì)降低。這是因?yàn)椋河妥鳛椴妒談┡c精煤分子結(jié)合，提高了精煤表面的疏水性，使得更多的被煤油包裹著的精煤分子涌向礦漿界面[5-6]，使得礦漿界面的表面張力降低，精煤的可燃體回收率增加；繼續(xù)增加煤油的含量，精煤與煤油之間的作用趨于飽和，礦漿表面張力降到最低[5-6]，可燃體回收率也達(dá)到最大，更多的煤油分子與被包裹著煤油的精煤分子，以非極性互相吸引的方式結(jié)合，極性基團(tuán)伸到外面，增加了分子親水性，使得礦漿的表面張力回升，同時(shí)可燃體回收率及精煤灰分也發(fā)生不同程度的回升[5]。

2.1.3 起泡劑仲辛醇用量與礦漿界面性質(zhì)及煤泥浮選效果的關(guān)系

調(diào)節(jié)起泡劑仲辛醇的用量，并測定礦漿的表面張力及浮選煤泥的可燃體回收率及精煤灰分，其結(jié)果如圖3所示。

圖3 起泡劑用量對礦漿界面性質(zhì)及浮選的影響

從圖3可以看出，礦漿表面張力值隨著起泡劑用量的增加而降低，可燃體回收率和精煤灰分則呈增加趨勢；這與捕收劑用量的變化相一致。當(dāng)?shù)V漿表面張力值達(dá)到一定值發(fā)生反彈回升后，同樣煤泥的可燃體回收率及精煤灰分也會(huì)降低。這是因?yàn)?，起泡劑仲辛醇的加入，增加了礦漿中空氣的溶解度，降低了礦漿的表面張力[5]，此時(shí)，煤泥大部分浮于礦漿表面，提高了可燃體回收率。繼續(xù)增加起泡劑含量，礦漿中溶解的空氣量逐漸增加，礦漿表面集聚了更多的煤泥分子，礦漿表面張力逐漸降低[5]，可燃體回收率及精煤灰分增加，增加到一定值后，仲辛醇量繼續(xù)增加只會(huì)降低礦漿中微泡的質(zhì)量，使得煤泥浮選效果降低[5]。

2.2 礦漿表面張力對焦煤浮選效果的影響

選用焦煤，捕收劑煤油和起泡劑仲辛醇測礦漿表面張力對焦煤浮選效果的影響，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，礦漿表面張力對焦煤的可燃體回收及精煤灰分的影響如圖4和圖5所示。

圖4 捕收劑用量對礦漿界面性質(zhì)及浮選的影響

圖5 起泡劑用量對礦漿界面性質(zhì)及浮選的影響

從圖4和圖5可以看出，對于焦煤浮選實(shí)驗(yàn)，隨著捕收劑和起泡劑用量的增加，礦漿的表面張力迅速減小后輕微增加，焦煤可燃體回收率及精煤灰分呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，與對弱粘煤浮選影響的趨勢相一致。但對于焦煤浮選，當(dāng)達(dá)到最佳浮選效果時(shí)，煤油和仲辛醇的用量比弱粘煤浮選時(shí)少。

2.3 礦漿表面張力對無煙煤浮選效果的影響

選用無煙煤，捕收劑煤油和起泡劑仲辛醇，測礦漿表面張力對無煙煤浮選效果的影響，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，礦漿表面張力對無煙煤的可燃體回收及精煤灰分的影響如圖6和圖7所示。

圖6 捕收劑用量對礦漿界面性質(zhì)及浮選的影響

圖7 起泡劑用量對礦漿界面性質(zhì)及浮選的影響

從圖7可以看出，由無煙煤浮選實(shí)驗(yàn)及礦漿表面張力對可燃體回收率及精煤灰分的影響實(shí)驗(yàn)?？芍?，礦漿表面張力對弱粘煤、焦煤及無煙煤的浮選效果影響趨勢相同。因?yàn)椴妒談┑陌沟镁罕砻娓邮杷V漿表面張力降低，可燃體回收率增加，而過量的煤油又使得精煤表面的疏水性降低[5-6]，礦漿表面張力又得到回升，可燃體回收率降低；同樣，起泡劑仲辛醇的添加，增加了礦漿中的溶解空氣，使更多的煤泥集聚在礦漿表面，礦漿表面張力降低[5]，可燃體回收率增加，過量的仲辛醇使得礦漿中的微氣泡質(zhì)量下降，導(dǎo)致浮選效果變差。

3 結(jié) 語

1) 捕收劑煤油及起泡劑仲辛醇的含量對礦漿的界面性質(zhì)及煤泥在礦漿界面的分布有一定的影響；

2) 對于不同變質(zhì)程度的煤泥，礦漿界面性質(zhì)對其浮選效果的影響趨勢相一致；達(dá)到最佳浮選效果時(shí)，所用的捕收劑煤油和起泡劑仲辛醇的用量有差異；

3) 捕收劑和起泡劑可以對礦漿表面張力起到調(diào)節(jié)作用，即對煤泥浮選及藥劑與煤泥顆粒分布起到調(diào)節(jié)作用，可以對浮選藥劑選擇及最佳浮選條件控制起到一定的指導(dǎo)作用。