正十二酸對朔州低階煤泥浮選的促進作用研究

王 暉，李志紅，樊民強

(太原理工大學 礦業(yè)工程學院，山西 太原 030024)

浮選是目前細粒煤提質(zhì)加工最有效的技術手段[1].我國低階煤儲量豐富，但表面含氧官能團多、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、疏水性差，浮選困難，使用煤油、柴油等常規(guī)捕收劑浮選低階煤時，存在分選效率低、藥劑消耗量大、生產(chǎn)成本高等問題[2-5].探尋高效捕收劑對低階煤的浮選及分質(zhì)利用具有重要意義。

為改善低階煤的浮選效果，許多研究者致力于不同藥劑間的復配效果研究。沈笑君等[6-7]以雜醇油與0#柴油按一定比例配制了BM煤泥浮選捕收劑，其分選效果優(yōu)于0#柴油。他們認為復合藥劑可與煤表面含氧基團形成化學吸附，同時也可與煤粒表面形成氫鍵，有利于浮選效果的提高。徐亞男[8]通過調(diào)整藥劑配比，研制出3種復合型浮選藥劑CH-1、CH-2、CH-3，其中CH-3能夠提高浮選速度和尾礦灰分，與選煤廠原藥劑相比，精礦灰分提高1.19%，標準精煤產(chǎn)率提高3.27%，尾礦灰分提高6.70%.任聰?shù)萚9]使用煤油與酯類或非離子表面活性劑按一定比例配制4種復配藥劑，并對葫蘆素不黏煤進行了浮選試驗。研究結(jié)果顯示，復配藥劑的分散粒徑均小于煤油，在礦漿中更易分散；潤濕熱均大于煤油，在煤表面吸附作用更強，使煤表面疏水性進一步增大。相同藥劑用量下，4種復配藥劑作用下的浮選精煤產(chǎn)率均高于煤油；精煤產(chǎn)率相近時，復配藥劑的用量至少比煤油節(jié)省50%.Renhe Jia等[10]研究發(fā)現(xiàn)THF同系物是低階/氧化煤浮選的有效捕收劑。THF同系物對低階煤的浮選指標均好于柴油，且藥耗低。王永田等[11]研發(fā)了新型復配藥劑FO系列，相同藥劑用量下可獲得高于柴油20%左右的精煤可燃體回收率，加快了浮選速度且藥劑成本低，有利于低階煤浮選。鄭云婷[12]研究了不同捕收劑對低階煤的浮選作用，發(fā)現(xiàn)捕收劑的不飽和脂肪酸和不飽和鍵C=C的活性較高時，可與低階煤表面的含氧基團形成弱氫鍵吸附，提高低階煤的疏水性和可浮性。

基于不同藥劑協(xié)同作用的藥劑復配是改善低階煤浮選效果的重要手段。藥劑配伍與煤泥性質(zhì)密切相關，以朔州某選煤廠-0.5 mm煤泥為對象，基于煤泥性質(zhì)研究，將正十二酸與柴油捕收劑按不同質(zhì)量比進行復配，通過實驗室浮選試驗，探究正十二酸對低階煤浮選的促進作用，以期為高效藥劑研發(fā)及低階煤提質(zhì)利用奠定基礎。

1 實驗部分

1.1 煤樣及其性質(zhì)

1.1.1煤樣基本性質(zhì)

該試驗所用煤樣采自朔州某選煤廠-0.5 mm原生煤泥。煤樣的工業(yè)分析及元素分析結(jié)果見表1.

表1 煤樣的工業(yè)分析和元素分析表

試驗煤樣屬于弱黏煤，變質(zhì)程度較低。由表1數(shù)據(jù)可知，試樣平均灰分為24.39%，屬中等灰分；元素組成中氧含量較高，達到9.54%.煤樣表面存在較多含氧基團，使其具有較強的親水性。

依據(jù)GB/T 477-2008《煤炭篩分試驗方法》對煤樣進行粒度分析，結(jié)果見表2.

表2 煤樣的粒度組成表

由表2可以看出，試驗煤樣中適合浮選的0.25～0.074 mm粒級累計產(chǎn)率為50.13%；粒度相對較粗的0.5～0.25 mm粒級含量為22.19%，灰分19.28%，浮選中應選擇捕收能力較強的藥劑加強對粗顆粒的回收。另一方面，試樣中的-0.045 mm微細粒含量也比較高，為20.88%，由于其粒度細、表面能高，浮選中容易黏附于煤顆粒表面或孔隙中，難以與煤的有機組分分離，影響分選效果。

1.1.2煤樣的XRD分析

X射線衍射儀(XRD)采用單色X射線為衍射源，一般可以穿透物體，驗證其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，獲得礦物的成分。煤炭分選中常用其分析煤中的礦物質(zhì)組成，試驗煤樣的XRD譜圖見圖1.

圖1 試驗煤樣的XRD譜圖

由圖1可知，試驗煤樣中的礦物質(zhì)類型主要是方解石和高嶺石，這些礦物具有較強親水性，特別是高嶺石，屬黏土類礦物，遇水極易泥化，形成粒度細小的微粒，極易在煤粒表面吸附而降低煤泥可浮性，使其浮選困難。

1.1.3煤樣的XPS分析

為了解試驗煤樣表面氧的賦存狀態(tài)，采用X射線光電子能譜(XPS)對其進行測試，其中C1s譜的分峰擬合結(jié)果見圖2.由圖2可以看出，試驗煤樣表面的氧主要以C-O形式存在，此外有C=O-和COO-，后兩者極性強、水化作用大，浮選過程中會影響烴類油藥劑與煤表面的作用。

圖2 試驗煤樣的C1s分峰擬合曲線圖

1.2 浮選試驗

浮選試驗所用儀器為 XFDⅢ-15L單槽浮選機、多功能真空過濾機、馬弗爐、干燥箱、分析天平、標準篩等。因正十二酸常溫下為固態(tài)，故捕收劑采用柴油及柴油與正十二酸的復配藥劑，起泡劑采用仲辛醇。

試樣加水配置濃度為100 g/L的礦漿，調(diào)漿攪拌2 min后加入捕收劑，再攪拌2 min后加入起泡劑，10 s后打開進氣閥門開始刮泡，刮泡時間為3 min.試驗結(jié)束后，以精煤可燃體回收率和浮選完善指標評定浮選效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 常規(guī)藥劑浮選試驗結(jié)果

以柴油為捕收劑、仲辛醇為起泡劑，不同藥劑用量下的煤泥浮選試驗結(jié)果見表3.

表3 常規(guī)浮選試驗結(jié)果表

由表3可以看出，捕收劑用量一定時，浮選效果隨起泡劑用量的增加而顯著提高。仲辛醇用量由30 g/t提高至100 g/t，浮選精煤產(chǎn)率增加較大，可燃體回收率和浮選完善指標均有明顯改善。同樣，起泡劑用量一定時，精煤產(chǎn)率隨捕收劑用量的增加而增加。捕收劑和起泡劑用量分別為1 500 g/t和100 g/t時，浮選精煤產(chǎn)率為27.39%，精煤灰分11.22%，尾煤灰分僅27.42%.

綜合來看，試驗煤樣的可浮性較差，常規(guī)藥劑用量下的浮選精煤產(chǎn)率和可燃體回收率低，浮選效果不理想。

2.2 復配藥劑浮選試驗結(jié)果

為改進試驗煤泥的浮選效果，采用正十二酸與柴油以不同質(zhì)量分數(shù)配制復配藥劑。以復配藥劑為捕收劑(1 000 g/t)，仲辛醇為起泡劑(100 g/t)進行浮選試驗，結(jié)果見圖3.

圖3 不同質(zhì)量分數(shù)下浮選的各項指標圖

由圖3可知，以正十二酸不同質(zhì)量分數(shù)配制的復配捕收劑，對試驗煤樣浮選的各項指標均高于柴油單獨作用的結(jié)果。而且，隨著正十二酸所占質(zhì)量分數(shù)的增大，浮選效果呈先提高后降低趨勢。正十二酸的質(zhì)量分數(shù)為25%時，試驗煤樣的浮選效果最好，精煤產(chǎn)率達到61.66%，與單獨使用柴油相比提高30多個百分點，尾煤灰分達到37.99%，同時，精煤可燃體回收率達到最高，浮選完善指標也較柴油單獨使用時有明顯上升。之后，繼續(xù)增大正十二酸所占比例，浮選精煤產(chǎn)率、可燃體回收率以及浮選完善指標均下降?？梢?，隨正十二酸質(zhì)量分數(shù)的增加，浮選效果呈現(xiàn)兩端低，中間高的特點，復配藥劑中正十二酸的最佳質(zhì)量分數(shù)為25%.

2.3 復配藥劑作用機理分析

2.3.1正十二酸對煤泥表面疏水性的影響

捕收劑柴油及其與正十二酸復配藥劑，對試驗煤樣表面接觸角的作用見圖4.

圖4 正十二酸對煤泥表面接觸角的影響圖

由圖4可知，正十二酸與柴油復配，有利于提高低階煤泥顆粒的表面疏水性，其接觸角均較柴油單獨作用時有明顯提高。正十二酸的質(zhì)量分數(shù)為25%時，試驗煤樣的接觸角達到最大，為72.6°，對應浮選效果最好。之后，繼續(xù)增大正十二酸含量，并不能持續(xù)改進浮選效果。

2.3.2正十二酸對藥劑分散性的影響

采用激光粒度分析儀對柴油及其與正十二酸復配藥劑的粒徑分布進行了測試，結(jié)果見圖5，6.

圖5 粒度累計曲線圖

由圖5可得到不同質(zhì)量分數(shù)下粒度的d50值，柴油(d50=72.39 μm)，16.6%質(zhì)量分數(shù)(d50=52.77 μm),25%質(zhì)量分數(shù)(d50=40.11 μm)，35%質(zhì)量分數(shù)(d50=48.20 μm)，45%質(zhì)量分數(shù)(d50=44.16 μm).

由圖6可以看出，添加正十二酸后，捕收劑的分散性能明顯改善。隨正十二酸質(zhì)量分數(shù)的增加，藥劑粒徑分布曲線向左移動，說明藥劑粒度減小，分散性提高。其中，當正十二酸質(zhì)量分數(shù)為25%時，粒徑小且粒度分布集中，浮選效果最好。當正十二酸的質(zhì)量分數(shù)分別為16.6%、35%、45%時，其粒徑也遠小于柴油，浮選效果也均好于柴油。這表明捕收劑在礦漿中的分散粒徑與其捕收能力密切相關，捕收劑的分散性越好，在礦漿中分散的微小粒子越多，就會增加藥劑與顆粒的碰撞概率，提升浮選效果。

圖6 正十二酸對復配藥劑分散性能的影響圖

3 結(jié) 論

1)低階煤表面含有較多含氧基團，親水性強，常規(guī)浮選效果差。添加正十二酸對低階煤泥浮選有促進作用，相同藥劑用量下，復配藥劑作用的浮選指標顯著優(yōu)于柴油單獨作用的效果。

2)正十二酸與柴油復配，可促進柴油在礦漿中分散成小油滴。相同藥劑用量下，油滴數(shù)量多，與顆粒附著機會多。同時，正十二酸可與煤表面含氧基團作用形成氫鍵作用，改善煤泥可浮性，提高浮選效果。

3)隨復配藥劑中正十二酸質(zhì)量分數(shù)的增加，試樣浮選效果呈現(xiàn)兩端低、中間高的特點。正十二酸占質(zhì)量分數(shù)為25%時，浮選效果最佳，精煤產(chǎn)率由柴油單獨作用時的22.8%提高到61.66%，增幅達到38.86個百分點，作用效果顯著。