動力煤反浮選的試驗研究

耿琳琳 楊潤全 王 豪 王懷法

（太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西省太原市，030024）

1 概述

浮選是細粒級煤泥主要的分選方法，分為正浮選和反浮選。常規(guī)浮選中，用烴類油作捕收劑，煤成為泡沫產品，高灰礦物質成為槽內產品。反浮選就是加入煤的抑制劑和礦物質的捕收劑，使礦物質成為泡沫產品。

國內相關專家進行過煤泥的反浮選試驗研究，選用糊精作抑制劑、松油醇作起泡劑，當十二胺（DDA）用量為1200g／t時，反浮選效果較好，浮尾（精煤）的灰分降至12.04%，浮精與浮尾灰分相差了15.87%。也有專家選用糊精作為抑制劑，仲辛醇作為起泡劑，先用起泡劑浮起易浮煤之后，再用十二胺鹽酸鹽和十六烷基三甲基溴化銨作捕收劑，浮尾灰分最低分別降至8.09%和10.27%，十二胺對煤泥的反浮選效果比十六烷基三甲基溴化銨好。另有專家選用十二烷基三甲基溴化銨（DTAC）作為捕收劑對煤泥反浮選進行了研究，選用糊精作抑制劑、單寧酸作分散劑，當浮選入料的灰分為34.6%時，加入1375g／t的DTAC，精煤的灰分降至16.7%，產率達到50.4%。

眾多試驗后發(fā)現需要大量的捕收劑，并提出零調漿的概念。零調漿是直接基于浮選系統的熱力學分析而提出的新概念，在零調漿過程中，捕收劑進入礦漿時與氣泡碰撞吸附在泡沫的表面，然后再接觸離子表面。傳統浮選中，氣泡與附著有捕收劑的礦物顆粒表面直接碰撞，傳統浮選方法見圖1。浮選藥劑溶解 （或分散）在礦漿中通常要通過一個調節(jié)過程，而在零調漿中捕收劑進入浮選槽，浮選過程開始沒有提供任何時間調節(jié)礦漿，使得附著有捕收劑的氣泡與顆粒表面發(fā)生碰撞，零調漿技術見圖2。在反浮選中，零調漿主要用來促進脈石礦物的浮選。

圖1 傳統浮選方法

圖2 零調漿技術

在處理煤泥時，由于煤顆粒表面的天然疏水性較好，正浮選成為最常用的有效分選方法。但是，在浮選入料中精煤量遠大于其它礦物質，這將加大浮選設備的負荷，同時使得能耗增大。浮選煤矸石可使泡沫產品產量從50%～70%降低到30%～50%的范圍，大大降低了浮選設備的承載能力。此外，由于低階煤和氧化煤的總疏水性較低，難以采用傳統浮選進行煤泥的分選，使得這部分氧化煤和低階煤多數被拋棄或廢置，造成了資源浪費。因此，研究反浮選對尾煤的再選和難浮煤泥的浮選很有意義。

2 煤樣性質與試驗方法

2.1 煤樣性質

煤樣取自山西平朔某礦，屬動力煤，其工業(yè)分析如下：Mad為1.99%，Ad為38.47%，Vdaf為38.42%，FCdaf為37.14%，煤樣為高水、高灰、高揮發(fā)分以及中低等固定碳的煤。

參照GB／T19093-2003 《粉煤篩分試驗方法》，將試驗煤樣經過篩分后分成4個粒級，分別是0.25～0.125mm、0.125～0.074mm、0.074～0.038mm 和-0.038mm，煤樣篩分試驗結果見表1。

由表1可以看出，煤樣中0.25～0.125mm 粒級的產率占9.37%，含量較少，而-0.038mm 粒級細煤泥的產率占到了33.47%。同時煤樣各粒級灰 分 分 布 較 均 勻， 均 在 37% 左 右， 只 有-0.038mm粒級的灰分與其它粒級相比較高，達到了39.03%。

表1 煤樣篩分試驗結果表

2.2 試驗方法

浮選試驗采用XFD-1型單槽浮選機，浮選槽的容積為1L。礦漿濃度為60g／L，調漿時間為3 min。捕收劑分別選用DDA 和DTAC，均為分析純，起泡劑選用仲辛醇，選用糊精做抑制劑。試驗前，先將DTAC 和糊精均配制成1%的水溶液備用，DDA 與鹽酸按照摩爾比1∶1混合，配成濃度為1%的十二胺鹽酸鹽水溶液。試驗過程中，酸性礦漿采用稀鹽酸調整，堿性礦漿采用氫氧化鈉調整。試驗采用4種方案進行：

（1）方案一：只添加DTAC 或DDA，浮選藥劑按照捕收劑、起泡劑的順序添加，時間間隔分別是1min和10s，刮泡時間為5min。

（2）方案二：零調漿，不加糊精，加藥順序為起泡劑、捕收劑，起泡劑加入10s后直接起泡，此時添加捕收劑并開始刮泡，刮泡時間5min。

（3）方案三：不使用零調漿，加入加捕收劑DTAC或DDA，并加入糊精，浮選藥劑按照抑制劑、捕收劑、起泡劑的順序依次添加，時間間隔分別為2min、1min和10s。

（4）方案四：零調漿，并加入糊精。操作同方案二，只是加入起泡劑前先加入糊精。

3 試驗結果與分析

3.1 不同捕收劑對煤泥反浮選的影響

3.1.1 DTAC捕收劑對煤泥反浮選試驗的影響

當使用糊精的用量為1500g／t、仲辛醇的用量為100g／t時，DTAC 的用量和零調漿對浮選精礦產率和灰分的影響見圖3和圖4，DTAC 的用量和零調漿對浮選尾礦產率和灰分的影響見圖5和圖6。

由圖3和圖4可見，隨著DTAC 用量的增加，浮選精礦的產率呈增大趨勢。零調漿的加入可以減少藥劑用量，提高浮選精礦產率。當DTAC 的用量均為1500 g／t 時，常規(guī)浮選精礦產率為49.63%，而使用零調漿后浮選精礦產率為58.04%，提高了8.41%。糊精的加入降低了浮選精礦產率，但卻明顯提高了選擇性。不加入糊精時，浮選精礦灰分最高41.26%，加入1500g／t的糊精后，浮選精礦灰分最高可達56.77%。

圖3 DTAC的用量和零調漿對浮選精礦產率的影響

圖4 DTAC的用量和零調漿對浮選精礦灰分的影響

圖5 DTAC的用量和零調漿對浮選尾礦產率的影響

由圖5 和圖6 可見，浮選尾礦的產率隨著DTAC用量增加而呈現降低的趨勢。當DTAC 的用量為2000g／t時，浮選精礦的灰分為49.15%，浮選尾礦的灰分為23.48%，浮選精礦灰分和浮選尾礦灰分差值達到25.67%，此時取得較理想的結果。

圖6 DTAC的用量和零調漿對浮選尾礦灰分的影響

3.1.2 DDA 捕收劑對煤泥反浮選的影響

當使用糊精的用量為1500g／t、仲辛醇的用量為60g／t時，DDA的用量和零調漿對浮選精礦產率和灰分的影響見圖7和圖8，DDA 的用量和零調漿對浮選尾礦產率和灰分的影響見圖9和圖10。

圖7 DDA 的用量和零調漿對浮選精礦產率的影響

圖8 DDA 用量和零調漿對浮選精礦灰分的影響

圖9 DDA 用量和零調漿對浮選尾礦產率的影響

圖10 DDA 用量和零調漿對浮選尾礦灰分的影響

由圖7～圖10 可知，當使用的DDA 用量為500g／t時，浮選精礦的灰分為25.35%，浮選尾礦的灰分為49.20%，浮選尾礦的產率為49.48%，可以實現正浮選。繼續(xù)增加DDA 的用量到800g／t時，浮選精礦的灰分為30%左右，浮選尾礦的灰分為60%左右，浮選尾礦的產率降低至15%左右。單獨添加DDA 時，由于低階煤表面含氧官能團較多，在礦漿中添加陽離子表面活性劑DDA 可以提高低階煤浮選效果。糊精能抑制有機化合物，對煤有很好的抑制效果。加入1500g／t的糊精后，浮選精礦灰分在50%以上，浮選尾礦灰分可到20%以下。

DDA 是很好的煤的表面活性劑，但并不能達到反浮選的效果。DDA 用量的增加使得浮選精礦的產率隨之增加。不使用零調漿，當DDA 的用量為1000g／t時，浮選精礦產率41.4%；加入零調漿后，DDA 的用量為800g／t，浮選精礦產率為50.58%。浮選尾礦產率隨著DDA 用量增加而呈現降低的趨勢。當DDA 用量為800g／t時，浮選精礦的灰分為54.38%，浮選尾礦的灰分為19.72%，浮選精礦灰分和浮選尾礦灰分差值最大為34.66%，此時取得最理想的結果。

綜上分析，零調漿技術可以降低藥劑用量，DDA 作為捕收劑可以使用反浮選。

3.2 礦漿pH 值對煤泥反浮選試驗的影響

3.2.1 DTAC為捕收劑時礦漿pH 值對反浮選試驗的影響

當DTAC 用量為2000g／t、仲辛醇用量為100g／t以及糊精用量為1500g／t時，pH 對浮選精礦及尾礦的產率和灰分的影響見圖11和圖12。

圖11 pH 值對浮選精礦產率和灰分的影響

圖12 pH 值對浮選尾礦產率和灰分的影響

由圖11和圖12可以看出，在礦漿pH 值為4時，浮選精礦灰分最高可達54.49%，浮選尾礦的產率為54.94%，浮選尾礦的灰分為22.91%，取得了較理想的效果。高嶺石晶體層面和端面的荷電機理不同，其端面荷電是表面原子的選擇性吸附和解離而成，并隨著pH 值的變化而變化，其層面荷電為金屬離子的晶格取代永久負電荷且不隨溶液pH 值變化而改變，試驗測得高嶺石IEP值為3.6。因此，胺類捕收劑分選高嶺石礦物的最佳pH 范圍應是4左右。

由圖11知可，在中性和酸性環(huán)境下浮選精礦灰分基本都達到50%及以上。在堿性環(huán)境下，浮選精礦灰分為45%，浮選尾礦灰分為30%，浮選入料灰分為37.88%，浮選效果較差。

3.2.2 DDA 為捕收劑時礦漿pH 值對反浮選試驗的影響

當DDA 用量為800g／t、仲辛醇用量為60g／t以及糊精用量為1500g／t時，pH 對浮選精礦及尾礦的產率和灰分的影響見圖13和圖14。

由圖13和圖14可見，在酸性環(huán)境中浮選效果較好，在礦漿pH 值等于4時，浮選精礦灰分最高可達到56.23%，浮選尾礦的產率為52.53%，浮選尾礦的灰分為19.66%。隨著pH 值的升高，胺分子的沉淀效應會越明顯。當pH 值增大到10時，浮選精礦的產率只有10.44%。這是因為礦物在水中溶解會產生分子或者離子，繼而發(fā)生水解等復雜的化學反應，對礦物的可浮性產生影響。由高嶺石的溶解平衡可知，當pH 值升高時，高嶺石會產生親水性的SiO44-、HSiO43-和Al（OH）3等物質，造成可浮性下降。因此，當pH 較高時，高嶺石的溶解反應也使得胺類藥劑的捕收效果不好，從而失去捕收意義。DTAC 極易溶于水，而直鏈的十二伯胺會產生分子沉淀效應也可能會影響捕收性能。

4 結論

通過不同捕收劑對煤泥反浮選進行了試驗研究，取得了較理想的結果試驗發(fā)現，DDA 對煤泥的反浮選的效果比DTAC 好，擁有藥劑用量少及反浮選效率高的優(yōu)勢。糊精能夠很好提高選擇性，零調漿的加入降低了捕收劑用量，但藥劑消耗量仍然很大，需進一步改進。pH 值對反浮選有著顯著影響，在pH 為4的酸性礦漿中此種煤泥反浮選的效果最好。

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