腐植酸鈉對(duì)煤泥浮選抑制規(guī)律的研究?

王之春　董憲姝(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,山西省太原市,030024)

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腐植酸鈉對(duì)煤泥浮選抑制規(guī)律的研究?

王之春董憲姝
(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,山西省太原市,030024)

摘 要為了解決高灰細(xì)粒煤泥浮選降灰難的問(wèn)題,以腐植酸鈉為抑制劑進(jìn)行了不同用量條件下的煤泥浮選試驗(yàn)、浮選產(chǎn)品與腐植酸鈉改性試驗(yàn),對(duì)改性前和改性后的產(chǎn)品進(jìn)行接觸角測(cè)量和FTIR分析,并對(duì)浮選精煤進(jìn)行X射線衍射分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,腐植酸鈉易吸附在尾煤上,提高煤系礦物質(zhì)親水性可抑制其上浮,進(jìn)而達(dá)到降低精煤灰分,改善浮選效果的目的。當(dāng)腐植酸鈉用量為900g/t時(shí),浮選精煤灰分為16.18%,比未添加腐植酸鈉浮選精煤灰分降低了10.4%,浮選完善指標(biāo)升高了14.17%,浮選效果最佳。

關(guān)鍵詞煤泥浮選 腐植酸鈉 FTIR分析 XRD分析

現(xiàn)階段我國(guó)煤炭洗選工藝中,浮選仍是細(xì)粒煤分選最有效的方法。然而,隨著機(jī)械化采煤程度的提高,原煤中細(xì)粒煤含量增加,大量的粘土類礦物混入到細(xì)粒煤中,使高灰細(xì)粒煤的分選成為一項(xiàng)難題。對(duì)于高灰難選細(xì)粒煤的分選,在浮選過(guò)程中添加抑制劑來(lái)抑制粘土類礦物上浮,從而降低精煤的灰分以及改善浮選效果,是較有效的方法之一。有研究人員在浮選中加入水玻璃、CMC和淀粉等,擴(kuò)大了煤與礦物質(zhì)表面親疏水性的差異,達(dá)到抑制礦物質(zhì)以提高精煤質(zhì)量的目的;也有研究人員對(duì)亞硫酸鈉、淀粉、單寧和CMC這4種抑制劑的抑制效果進(jìn)行了對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)其對(duì)礦物質(zhì)的抑制均有選擇性和局限性。

本文通過(guò)在浮選中加入腐植酸鈉作為抑制劑進(jìn)行浮選試驗(yàn),取得了較理想的效果。腐植酸是一種大分子直鏈螺旋體結(jié)構(gòu)的有機(jī)酸,能夠吸附在高嶺石和蒙脫石等礦物質(zhì)表面,可以改變其表面性質(zhì)。腐植酸富含于泥炭、褐煤、風(fēng)化煤和氧化煤中,已被廣泛應(yīng)用于赤鐵礦等礦石的浮選。對(duì)于腐植酸鈉在高灰細(xì)粒煤中抑制作用的研究,不僅可以為高灰細(xì)粒煤的降灰途徑提供一種較有效的參考,同時(shí)對(duì)氧化煤的開(kāi)發(fā)利用具有重大意義。

1　試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)儀器及藥劑

實(shí)驗(yàn)室選用1.5L的XFD－3型單槽式浮選機(jī)、德國(guó)布魯克TENSOR27型傅里葉變換紅外光譜儀、Miniflex600型X射線衍射儀以及HARKE-SPCA型接觸角測(cè)定儀。

抑制劑為腐植酸鈉(自制)、捕收劑為煤油(化學(xué)純)以及起泡劑為仲辛醇(化學(xué)純)。

1.2煤樣分析

試驗(yàn)煤樣為王家?guī)X氣煤,經(jīng)破碎篩分至0.5mm粒級(jí)以下,其水分含量為2.25%、灰分含量為36.62%、揮發(fā)分為26.37%以及固定碳含量為34.76%。

根據(jù)《煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)煤粉篩分試驗(yàn)方法》(GB/T477－2008)的規(guī)定,分別采用篩孔為0.25mm、0.125 mm、0.074 mm和0.045 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)該煤樣進(jìn)行粒度分析試驗(yàn),原煤粒度分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　原煤粒度分析結(jié)果

由表1可以看出,0.25mm和－0.045mm粒級(jí)為主導(dǎo)粒級(jí),灰分含量均較高。由于灰分隨粒級(jí)分布較為均勻,可知難以通過(guò)對(duì)粒級(jí)的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)高效分選。

1.3藥劑最佳用量探索

按照《煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》(GB/T4757－2001),試驗(yàn)條件如下:當(dāng)?shù)V漿濃度為100g/L、充氣量為0.25 m3/h、攪拌速度為1800r/min時(shí),煤油用量分別為200g/t、500g/t、1000g/t、1500g/t、2000g/t和2500g/t,仲辛醇用量分別為50g/t、100g/t、150g/t、200g/t、250g/t和300g/t,進(jìn)行捕收劑和起泡劑最佳用量探索試驗(yàn),結(jié)合精煤產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標(biāo),經(jīng)比較分析得知,當(dāng)捕收劑用量為2000g/t及起泡劑用量為200g/t時(shí),精煤產(chǎn)率為75.71%,精煤灰分為25.68%浮選完善指標(biāo)為35.67%。

1.4分步釋放試驗(yàn)

分步釋放試驗(yàn)是了解在一定灰分條件下理論上所能達(dá)到的最大產(chǎn)率,分步釋放浮選曲線圖如圖1所示。按照《選煤實(shí)驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法》(MT/T144－97),在藥劑最佳用量的條件下試驗(yàn),分布釋放試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。 %

圖1　分步釋放浮選曲線圖

表2　分布釋放試驗(yàn)結(jié)果

由圖1和表2可以看出,經(jīng)過(guò)粗選及一次精選后,累計(jì)產(chǎn)率降為68.6%,平均灰分降到了21.62%,說(shuō)明一次精選過(guò)后精煤灰分降低的效果很好,但精煤灰分仍較高。由曲線β可知,當(dāng)精煤灰分降到了10%左右時(shí),精煤的理論產(chǎn)率為15%左右,產(chǎn)率較低,由此可分析出即使通過(guò)多次精選,精煤也很難得到高產(chǎn)率的低灰精煤,所以嘗試添加一定比例的腐植酸鈉,在降低精煤灰分的同時(shí)保證了其產(chǎn)率。

1.5腐植酸鈉作抑制劑浮選試驗(yàn)

按照《煤粉(泥)實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》(GB/T4757－2001),試驗(yàn)條件如下:當(dāng)?shù)V漿濃度為100g/L、充氣量為0.25 m3/h、攪拌速度為1800r/min、捕收劑用量為2000g/t以及起泡劑用量為200g/t時(shí),改變腐植酸鈉的用量進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)簡(jiǎn)易流程如圖2所示。

圖2　試驗(yàn)簡(jiǎn)易流程圖

由圖2可以看出,按照礦漿濃度為100g/L向浮選槽內(nèi)加入一定質(zhì)量的煤樣,攪拌2min,使其充分潤(rùn)濕。依次加入抑制劑腐植酸鈉,再攪拌2min后加入捕收劑煤油,再攪拌1min后最后加入起泡劑仲辛醇,攪拌10s,打開(kāi)充氣閥門(mén),刮泡3min。刮出浮物即為精煤,槽內(nèi)產(chǎn)物為尾煤。

不同用量腐植酸鈉浮選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3,浮選精煤產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標(biāo)關(guān)系如圖3所示。

表3　不同用量腐植酸鈉浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表3和圖3可以看出,隨著腐植酸鈉用量的增加,精煤灰分有所降低,同時(shí)精煤產(chǎn)率也呈下降趨勢(shì),說(shuō)明腐植酸鈉在抑制礦物質(zhì)上浮的同時(shí),對(duì)精煤也存在一定的抑制作用。當(dāng)腐植酸鈉用量為900g/t時(shí),精煤灰分降到16.18%,相對(duì)未添加腐植酸鈉浮選精煤灰分降10.4%,精煤產(chǎn)率下降了19.31%,此時(shí)浮選完善指標(biāo)達(dá)到最大值49.84%,提高14.17%,實(shí)際上改善了浮選效果。

圖3　浮選精煤產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標(biāo)關(guān)系

分步釋放與添加抑制劑浮選試驗(yàn)精煤產(chǎn)率和灰分的關(guān)系對(duì)比分析如圖4所示。

圖4　分步釋放與添加抑制劑浮選試驗(yàn)精煤產(chǎn)率和灰分的關(guān)系

由圖4可以看出,在同一精煤灰分下,添加腐植酸鈉浮選后的精煤產(chǎn)率高于通過(guò)多次精選時(shí)的精煤產(chǎn)率,在精煤灰分為18%左右時(shí),精煤產(chǎn)率提高約12%,由此可知通過(guò)添加腐植酸鈉降灰提質(zhì)效果較理想。

2　機(jī)理探索

2.1腐植酸鈉對(duì)浮選產(chǎn)品影響的探究

以灰分為10.03%的精煤和灰分為73.28%的尾煤為模擬樣煤和煤系礦物質(zhì)與不同用量腐植酸鈉的改性進(jìn)行試驗(yàn)。

取10g樣品,加水至100mL,制備礦漿濃度為100g/L的漿體,加入一定比例腐植酸鈉: 0g/t、300 g/t、600 g/t、900 g/t、1200 g/t、1500g/t、2000g/t和2500g/t,常溫?cái)嚢?0min進(jìn)行吸附改性和過(guò)濾干燥后,進(jìn)行接觸角θ的測(cè)量,并計(jì)算其可浮性K (K＝1－Cosθ)。改性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4,精煤和尾煤可浮性下降率及可浮性差值與腐植酸鈉用量關(guān)系如圖5所示。

表4　改性試驗(yàn)結(jié)果

圖5　精煤和尾煤可浮性下降率及可浮性差值與腐植酸鈉用量關(guān)系

由表4和圖5可以看出,添加腐植酸鈉改性后,精煤和尾煤的可浮性隨著腐植酸鈉用量的增加均呈下降趨勢(shì),可知腐植酸鈉對(duì)精煤和尾煤均有一定的抑制作用。隨著腐植酸鈉用量的增加,精煤可浮性降低緩慢,且當(dāng)腐植酸鈉用量達(dá)1500g/t后,其可浮性基本穩(wěn)定不變,而尾煤可浮性下降率高于精煤,且保持較快下降趨勢(shì),說(shuō)明腐植酸鈉對(duì)尾煤的抑制作用較強(qiáng)。同時(shí)隨著|△k|的不斷增大,即精煤和尾煤改性后的可浮性差異越來(lái)越大。由此可知腐植酸鈉可以起到抑制煤系礦物質(zhì)上浮,改善浮選效果的作用。

2.2浮選產(chǎn)品改性前和改性后紅外光譜分析

對(duì)腐植酸鈉用量為900g/t改性前和改性后的精煤和尾煤進(jìn)行紅外光譜分析,探究腐植酸鈉的吸附機(jī)理。紅外譜圖中主要吸收峰的歸屬見(jiàn)表5,精煤和尾煤改性前和改性后產(chǎn)品的紅外譜圖分別見(jiàn)圖6和圖7。

表5　主要紅外光譜吸收峰的歸屬

由表5可以看出,腐植酸鈉紅外譜圖在3690cm－1和3450cm－1左右出現(xiàn)－OH伸縮振動(dòng)吸收峰,1710cm－1左右出現(xiàn)－C＝O伸縮振動(dòng)吸收峰,1250cm－1左右出現(xiàn)Ar－O－Ar＇的伸縮振動(dòng)吸收峰,可知腐植酸鈉含有大量親水基團(tuán),即羥基、羧基和醚氧基。

圖6　精煤改性前和改性后FTIR譜圖

由圖6可以看出,精煤的特征吸收峰在添加腐植酸鈉前、后基本上沒(méi)發(fā)生變化,即吸附前、后沒(méi)有新的官能團(tuán)產(chǎn)生,說(shuō)明腐植酸鈉與精煤基本上不發(fā)生吸附作用。

圖7　尾煤改性前、后FTIR譜圖

由圖7可以看出,吸附前、后的尾煤特征吸收峰變化最明顯的是1710cm－1和1250cm－1左右處,出現(xiàn)－C＝O伸縮振動(dòng)吸收峰和Ar－O－Ar＇振動(dòng)吸收峰,同時(shí)在3690cm－1、3600cm－1和1620cm－1左右處的吸收峰得到了加強(qiáng)。從以上分析可以推斷,腐植酸鈉更易吸附到礦物質(zhì)表面,增加了礦物質(zhì)表面的親水性,達(dá)到抑制礦物質(zhì)上浮的效果。

2.3浮選產(chǎn)品X射線衍射分析

對(duì)不同用量腐植酸鈉浮選精煤做X射線衍射分析。原煤XRD圖譜如圖8所示,抑制劑用量為0g/t(①)、900g/t(②)和2000g/t(③)時(shí)XRD圖譜如圖9所示。

圖8　原煤XRD圖譜

圖9　抑制劑用量0g/t(①)、900g/t(②) 和2000g/t(③)時(shí)XRD圖譜

依據(jù)XRD圖譜,利用RIR參比強(qiáng)度法對(duì)原煤及系列浮選精煤中礦物質(zhì)的組分含量百分比進(jìn)行定量分析,結(jié)果見(jiàn)表6。

表6　RIR參比強(qiáng)度法定量結(jié)果

由圖8、圖9和表6可以看出,原煤中的主要礦物質(zhì)有4種,即高嶺石、石英石、方解石和方鈉石。在煤油和仲辛醇用量最優(yōu)的條件下,浮選精煤中石英石和方解石含量降低,但礦物質(zhì)組成沒(méi)變。由于腐植酸鈉的加入,浮選精煤中礦物質(zhì)組成發(fā)生改變,其中石英石和方解石得到完全抑制而消失,且隨著腐植酸鈉用量的增加,高嶺石含量百分比逐漸降低、方鈉石百分比含量逐漸增高,說(shuō)明腐植酸鈉對(duì)高嶺石有較理想的抑制效果,但對(duì)方鈉石幾乎沒(méi)作用。綜合分析可知,腐植酸鈉對(duì)煤系礦物質(zhì)抑制效果理想。

3　結(jié)論

(1)腐植酸鈉降灰效果顯著,但同時(shí)會(huì)對(duì)精煤產(chǎn)率造成一定影響。當(dāng)腐植酸鈉用量為900g/t 時(shí),浮選效果最佳。

(2)對(duì)于高灰細(xì)粒煤泥浮選,添加腐植酸鈉降灰提質(zhì)與通過(guò)多次精選降灰相比較提質(zhì)效果更為理想。

(3)腐植酸鈉較易吸附到煤系礦物質(zhì)表面,提高礦物質(zhì)親水性,抑制其上浮,進(jìn)而改善浮選效果。

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(責(zé)任編輯王雅琴)

★煤礦安全★

Researchondepreesantlawofsodiumhumateonthecoalflotation

WangZhichun,DongXianshu
(CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan,Shanxi030024,China)

AbstractInordertosolvetheproblemofreducingashdifficultduringhighashultrafine coalflotation,theauthorsconductedcoalslimeexperimentandflotationproductionwithsodium humatemodifiedtestsunderdifferentdosageconditionsofusingsodium humatedepressant, measuredcontactangleandanalyzedFTIRoftheproductsbeforeandafterthemodifying,and conductedX-raydiffractionanalysisofcleancoalflotation. Theresultsshowedthatsodiumhumateeasilyabsorbedontailcoal,improvingcoalmeasuresmineralhydrophiliccouldinhibitfloatingtoreduceashofcleancoalandimproveflotationeffects. Whenthedosageofsodiumhumate was900g/t,theashofcleancoalflotationwas16.18%whichless10.4%thanthenosodiumhumateaddingcondition. Thefaultlessindexofflotationraised14.17%whichwerebestflotationeffect.

Keywordscoalflotation,sodiumhumate,FTIRanalysis,XRDanalysis

中圖分類號(hào)TQ536.92

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

基金項(xiàng)目:?節(jié)能減排技術(shù)研究專項(xiàng)——煤泥處理成套工藝、技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備研究與應(yīng)用(20130313001－2)

作者簡(jiǎn)介:王之春(1990－),男,安徽宿州人,太原理工大學(xué)在讀碩士研究生,主要研究方向?yàn)榈V物加工工藝設(shè)備與理論。