捕收劑和起泡劑對(duì)浮選精煤三相泡沫穩(wěn)定性的影響

韓來兵，付曉恒，趙海銘，李夢(mèng)杰，趙 靜，王 鶴，馮致遠(yuǎn)

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

捕收劑和起泡劑對(duì)浮選精煤三相泡沫穩(wěn)定性的影響

韓來兵，付曉恒，趙海銘，李夢(mèng)杰，趙 靜，王 鶴，馮致遠(yuǎn)

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

為考察捕收劑和起泡劑對(duì)三相泡沫穩(wěn)定性的影響，以山西龐龐塔選煤廠9號(hào)煤樣的原生煤泥為研究對(duì)象，選用4種捕收劑和4種起泡劑進(jìn)行了浮選試驗(yàn)，并采用振蕩法測(cè)定了三相泡沫的穩(wěn)定性。對(duì)比試驗(yàn)表明，隨著捕收劑、起泡劑濃度的增加，泡沫穩(wěn)定性逐漸增大；當(dāng)藥劑達(dá)到一定濃度時(shí)，泡沫穩(wěn)定性到達(dá)最大值；此后，繼續(xù)增大藥劑濃度，泡沫穩(wěn)定性有下降趨勢(shì)。試驗(yàn)還表明，起泡劑與捕收劑的交互作用對(duì)泡沫穩(wěn)定性產(chǎn)生了更加復(fù)雜的影響。

浮選；捕收劑；起泡劑，三相泡沫；泡沫穩(wěn)定性

在目前的煤泥浮選工藝條件下，在煤泥浮選過程中需要產(chǎn)生大量穩(wěn)定的氣泡來達(dá)到分選的目的，但是在浮選階段完成之后的精煤礦漿運(yùn)輸與處理階段則希望泡沫[1]盡快破滅，以提高選煤廠精煤輸送能力，降低精煤損失，提高濃縮池及壓濾機(jī)的利用效率，減少環(huán)境污染，否則將嚴(yán)重影響浮選精礦的后期處理[2]。浮選精煤三相泡沫與其他工業(yè)生產(chǎn)過程中所遇到的三相泡沫有很大的差別，浮選精煤三相泡沫是一種比較特殊的泡沫，其固體顆粒粒度范圍跨度大，起泡劑與捕收劑交互影響泡沫的穩(wěn)定性，因此對(duì)浮選精礦三相泡沫進(jìn)行進(jìn)一步地研究，找出捕收劑與起泡劑對(duì)于浮選精煤三相泡沫穩(wěn)定性影響的特點(diǎn)，對(duì)于研究和開發(fā)消除浮選精煤三相泡沫的有效消泡劑與消泡方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3]。

1 煤樣性質(zhì)

1.1 煤質(zhì)資料

試驗(yàn)煤樣采自山西龐龐塔選煤廠9號(hào)煤樣的原生煤泥。稱取6份煤樣，分別進(jìn)行煤質(zhì)檢測(cè)[4]，煤質(zhì)分析結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)煤樣煤質(zhì)資料Table 1 Proximate and ultimate analysis of coal sample

1.2 小篩分試驗(yàn)

按照GB/T447—2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》[5]對(duì)煤樣進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，隨著粒度的減小，煤樣灰分總體呈增加趨勢(shì)，說明煤泥中矸石易碎；煤樣中<0.125 mm粒級(jí)產(chǎn)率為40.56%，較多的細(xì)粒組成有利于形成大量三相泡沫[6]，為試驗(yàn)創(chuàng)造了有利條件。

表2 試驗(yàn)煤樣小篩分試驗(yàn)結(jié)果表Table 2 Sieve test results of coal sample %

2 試驗(yàn)條件

2.1 試驗(yàn)方法

用于測(cè)量泡沫穩(wěn)定性的方法包括氣流法[7]、攪拌法[8]、振蕩法[9]及近紅外掃描儀法等方法。選煤廠浮選精煤泡沫在管道運(yùn)輸過程中，微泡與懸浮的礦粒混雜在一起，受湍流的作用發(fā)生無規(guī)則的位移、振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和翻滾等隨機(jī)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)[10]，為盡可能模擬選煤生產(chǎn)中浮選精煤泡沫在管道運(yùn)輸時(shí)的狀態(tài)，采用了流體運(yùn)動(dòng)特性與其相似的振蕩法來定量測(cè)定泡沫的穩(wěn)定性。

試驗(yàn)采用浮選機(jī)對(duì)煤泥進(jìn)行浮選操作，得到精煤三相泡沫，然后將泡沫收集于振蕩瓶(900 mL)中，并記錄初始泡沫體積V1；隨后，將振蕩瓶置于回旋振蕩器中，以固定速度(150轉(zhuǎn)/min)振蕩5 min，記錄振蕩后的泡沫體積V2。定義剩余泡沫與初始泡沫的體積百分比為泡沫存活率S，以泡沫存活率S來表征浮選精煤三相泡沫的穩(wěn)定性。泡沫存活率S的表達(dá)式為：

S=V2/V1×100%。

為減少試驗(yàn)誤差，試驗(yàn)結(jié)果采用多次測(cè)量求平均值的方法確定。

2.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用捕收劑分別為柴油(-10#)、煤油、正十二烷(分析純)及自制的捕收劑F15，起泡劑為仲辛醇(分析純)、MIBC(分析純)、GF油(取自現(xiàn)場(chǎng))、雜醇油(取自現(xiàn)場(chǎng))

試驗(yàn)設(shè)備有XFD型單槽式浮選機(jī)和HY-5回旋振蕩器。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 起泡劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響

選用柴油為捕收劑，用量為30 μL，起泡劑分別采用仲辛醇、MIBC、GF油和雜醇油。在不同的起泡劑用量條件下，分別進(jìn)行浮選試驗(yàn)，采用振蕩法測(cè)定泡沫存活率，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 起泡劑用量對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of dosage of frothing agent on stability of froth

圖1中的四條曲線是定量的柴油分別與不同濃度的仲辛醇、MIBC、GF油、雜醇油配合時(shí)三相泡沫穩(wěn)定性的變化規(guī)律。從圖1可見，隨著起泡劑用量的增加，浮選精煤三相泡沫的穩(wěn)定性呈現(xiàn)不同程度地增強(qiáng)；但隨著起泡劑用量的進(jìn)一步增加，泡沫穩(wěn)定性出現(xiàn)下降趨勢(shì)。這說明在一定用量范圍內(nèi)，四種起泡劑皆具有增強(qiáng)三相泡沫穩(wěn)定性的作用。

Y·S·楚等人的研究結(jié)果很好地解釋了這一現(xiàn)象[11]：當(dāng)起泡劑濃度高于臨界膠束濃度[11]時(shí)，隨著起泡劑濃度的增加，雖然溶液的表面張力不再減小，甚至?xí)晕⒃龃?，但起泡劑分子在溶液表面富集，形成致密的表面膜，液膜表面?qiáng)度增加，鄰近液膜的排液受阻，延緩了液膜破裂時(shí)間，因而增加了泡沫的穩(wěn)定性[13]；但當(dāng)起泡劑濃度增加到一定程度時(shí)，形成的泡沫含液量減少，“剛性”增加，泡沫反而會(huì)變得不穩(wěn)定[14]。

3.2 捕收劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響

選用仲辛醇為起泡劑，用量為9 μL，捕收劑分別采用柴油、煤油、正十二烷和F15，捕收劑用量從10～60 μL設(shè)置6個(gè)梯度，分別進(jìn)行浮選試驗(yàn)，采用振蕩法測(cè)定泡沫存活率，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 捕收劑用量對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of dosage of collecting agent on stability of froth

圖2結(jié)果表明，隨著捕收劑用量(即捕收劑濃度)的增加，浮選精煤三相泡沫存活率逐漸增大，在捕收劑用量為一定值時(shí)，泡沫存活率達(dá)最大值；之后，再進(jìn)一步增大捕收劑用量，泡沫存活率(即穩(wěn)定性)不再發(fā)生變化或呈現(xiàn)輕微下降。不同種類的捕收劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響程度不同，在F15作為煤泥浮選捕收劑時(shí)，三相泡沫穩(wěn)定性最大。

捕收劑對(duì)氣泡穩(wěn)定性的影響主要體現(xiàn)為以下兩種情況：一是當(dāng)捕收劑用量合適時(shí)，少量的捕收劑分子與起泡劑分子的非極性端相吸附，從而增強(qiáng)了起泡劑分子非極性端的疏水能力，使之更易附著在氣液界面上，有利于氣泡穩(wěn)定性的提高；另一種情況是當(dāng)捕收劑用量過多時(shí)，較多的捕收劑分子吸附在氣液界面上，反而對(duì)起泡劑分子在氣-液界面上的吸附產(chǎn)生了排擠作用，使起泡劑分子疏離氣液界面，致使氣泡表面水化層厚度減薄，氣泡穩(wěn)定性下降，氣泡易兼并或破滅[15]。

3.3 捕收劑和起泡劑的交互作用對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響

考慮到煤泥的浮選過程是在捕收劑與起泡劑的共同作用下而進(jìn)行的礦物分離富集過程，進(jìn)而設(shè)計(jì)本試驗(yàn)來探究捕收劑與起泡劑的交互作用對(duì)泡沫穩(wěn)定的影響。捕收劑選用柴油、正十二烷、F15，起泡劑選用仲辛醇、MIBC、雜醇油，在任意兩種捕收劑與起泡劑組合的油比為5∶1的條件下進(jìn)行浮選試驗(yàn)，采用振蕩法測(cè)定浮選精煤三相泡沫的存活率，試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 起泡劑與多種捕收劑作用試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Results of interaction test between frothing agent and various collecting agent

圖4 捕收劑與多種起泡劑作用試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Results of interaction test between collecting agent and various frothing agent

從圖3可以看出，當(dāng)三種捕收劑分別與仲辛醇作用時(shí)，三相泡沫穩(wěn)定性的強(qiáng)弱關(guān)系為F15>正十二烷>柴油；當(dāng)三種捕收劑分別與MIBC作用時(shí)，三相泡沫穩(wěn)定性的強(qiáng)弱關(guān)系為F15>柴油>正十二烷；當(dāng)三種捕收劑分別與雜醇油作用時(shí)，三項(xiàng)泡沫穩(wěn)定性的強(qiáng)弱關(guān)系為十二烷>F15>柴油。

從圖4可以看出，當(dāng)三種起泡劑分別與柴油作用時(shí)，三相泡沫的穩(wěn)定性強(qiáng)弱關(guān)系為雜醇油>仲辛醇>MIBC；當(dāng)三種起泡劑分別與正十二烷作用時(shí)，三相泡沫的穩(wěn)定性強(qiáng)弱關(guān)系為雜醇油>仲辛醇>MIBC；當(dāng)三種起泡劑分別與F15作用時(shí)，三相泡沫的穩(wěn)定性強(qiáng)弱關(guān)系大體相當(dāng)，差異并不明顯。

由此可見，浮選藥劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響還和與之配合的藥劑有關(guān)，其原因主要是捕收劑和起泡劑復(fù)雜的交互作用，即捕收劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響，起泡劑對(duì)礦物表面疏水性的影響以及起泡劑對(duì)捕收劑的乳化作用。

4 結(jié)論

通過以上研究，可以得出如下結(jié)論：

(1)起泡劑對(duì)浮選精煤三相泡沫穩(wěn)定性有很大的影響。隨著起泡劑濃度的增加,泡沫存活率逐漸增大，當(dāng)起泡劑達(dá)到一定濃度時(shí)，泡沫存活率到達(dá)最大值；此后，起泡劑濃度繼續(xù)增大，泡沫存活率有下降趨勢(shì)。

(2)捕收劑對(duì)浮選精煤三相泡沫穩(wěn)定性的影響呈現(xiàn)出與起泡劑相同的規(guī)律，隨著捕收劑濃度的增加，泡沫穩(wěn)定性先升高后下降。

(3)不同捕收劑或起泡劑對(duì)泡沫穩(wěn)定性影響的強(qiáng)弱順序并不是一成不變的，取決于與之相配合的起泡劑或捕收劑的種類，即起泡劑與捕收劑的交互作用對(duì)泡沫穩(wěn)定性產(chǎn)生了更為復(fù)雜的影響。

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Effect of collecting agent and frothing agent on stability of three-phase clean coal froth in flotation

HAN Lai-bing,FU Xiao-heng,ZHAO Hai-ming,LI Meng-jie,ZHAO Jing,WANG He,FENG Zhi-yuan

(School of Chemical and Environmental Engineering，China University of Mining and Technology(Beijing)，Beijing 100083，China)

In order to understand effect of collecting agent and frothing agent on stability of three-phase clean coal froth in flotation,the primary slime of No.9 coal sample from Shanxi Pangpangta coal preparation plant is studied by flotation test using four kinds of collecting agents and four kinds frothing agents,then the stability is determined by shaking method. The result shows that the stability is gradually improved as the concentration of collecting agent or frothing agent increases and will reach its maximum when agent concentration goes up to cut point,while the concentration continues to increase,it shows decline in stability. Moreover,interaction between collecting agent and frothing agent has a more complicated influence on stability of froth.

flotation；collecting agent；frothing agent；three-phase froth; stability of froth

1001-3571(2015)02-0004-04

TD943

A

2015-03-13

10.16447/j.cnki.cpt.2015.02.002

韓來兵(1988—)，男，山東省德州市人，碩士研究生，從事礦物加工浮選方面的研究。

E-mail：hlb200@126.com Tel：15101142584