司班80表面活性劑預處理改善褐煤的浮選研究

唐曉燕

(中國礦業大學應用技術學院，江蘇省徐州市，221008)

1 引言

浮選是分離細粒煤的最有效的手段之一，尤其適合于粒度小于0.1mm的細粒煤泥。從褐煤、煙煤到無煙煤，煙煤的可浮性最好。因此，煙煤的浮選分離效果最佳，需要的藥劑消耗也最低。但是，對于低變質程度的褐煤而言，其表面往往含有大量的含氧官能團，其親水性強、可浮性差，采用常規的油性藥劑 (柴油、煤油等)很難有效地進行浮選。

相關專家采用各種方法以改善褐煤可浮性，例如將瀝青和低階煤干法共磨后進行浮選的方式顯著提高了低階煤的可燃體回收率；采用加熱預處理的方式改善褐煤的可浮性，將煤樣在105℃下預加熱4h可以顯著改善褐煤的可浮性，預加熱可以降低褐煤的含水量；采用微波預處理的方式改善褐煤的可浮性，微波預處理可以降低褐煤的水分，對褐煤表面進行快速干燥，從而提高褐煤的疏水性。除此之外，其他預處理手段，如超聲波、高速調漿等手段同樣可以提高褐煤的浮選回收率。

表面活性劑作為一種表面改性劑一直以來都很受關注，表面活性劑早已被用于改善褐煤的疏水性。司班作為一種表面活性劑，在水煤漿制漿領域應用廣泛，但很少被用于煤炭浮選領域。司班可以在煤粒表面產生覆蓋，從而在某種程度上也許可以作為煤粒表面疏水性的改善劑。

本文采用XPS對褐煤表面官能團進行表征，以期得到褐煤表面的官能團特性。浮選試驗采用司班80作為表面活性劑對褐煤礦漿進行預處理，探索不同濃度的表面活性劑對褐煤浮選的影響。通過本文的研究，可以為褐煤的有效浮選提供一種新的途徑。

2 試驗及試驗步驟

2.1 煤樣分析

試驗煤樣來源于內蒙地區，其水分含量為10.13%、揮發分為20.50%、固定碳為39.32%、灰分為30.05%、硫分為1.68%，褐煤由于多孔隙結構，因而含水量大。煤樣預先采用棒磨機進行干法磨礦，將褐煤粒度磨至200目以下。

2.2 XPS表征

采用ESCALAB 250Xi型數字化多功能光電子能譜儀對煤樣進行XPS測試，單色化Al靶為激發源，束斑尺寸為900μm，系統工作真空優于3×1013MPa。寬掃通過能為100eV，步長為1eV，停留時間為50ms，窄掃通過能為20eV，步長為0.05eV，停留時間為100ms，采用Cls 284.6eV對譜峰進行荷電校正。

2.3 浮選試驗

使用司班80作為表面活性劑，柴油作為捕收劑，仲辛醇作為起泡劑。首先將煤樣置于浮選槽內攪拌1min后，再加入司班80表面活性劑攪拌5min，然后加入柴油捕收劑繼續攪拌3min，最后加入仲辛醇攪拌1min后開啟充氣，收集精煤泡沫產品，將所得精煤產品進行過濾、烘干、稱重和燒灰，得到精煤可燃體回收率、精煤灰分和浮選完善指標。

司班80的用量分別為0%、0.5%、1%、1.5%和2%，每次浮選采用100g煤樣，即表面活性劑用量分別為0g、0.5g、1g、1.5g和2g。

3 試驗結果及討論

3.1 XPS分析結果及討論

通過擬合計算，可以得到各個官能團的含量，對XPS的C1s碳峰進行分峰擬合見圖1。

由圖 1 可 見，結 合 能 位 于 284.6eV、286.1eV、287.6eV和289.1eV處分別對應的化學基團為C-C或C-H、C-O、C＝O和O＝C-O。C-C和C-H官能團的含量為5.64%，C-O官能團的含量為60.75%，C＝O官能團的含量為25.65%，O＝C-O官能團的含量為7.96%。這些官能團中，C-H和C-C為主要疏水性碳氫官能團，C-O、C＝O和O＝C-O為主要親水性含氧官能團。褐煤表面的這些含氧類官能團，在浮選溶液中極易與水分子形成氫鍵作用，導致褐煤表面被厚的水化膜覆蓋。水化膜阻礙捕收劑分子與褐煤表面的吸附，并且阻礙氣泡與褐煤煤粒的有效粘附，從而導致褐煤難以浮選。解決褐煤浮選的關鍵在于提高褐煤表面的疏水性，因此尋找可靠的表面活性劑對褐煤表面進行表面涂層或覆蓋成為本研究的重點。

圖1 褐煤的C1s碳峰

3.2 浮選結果及討論

褐煤的浮選試驗結果見圖2。

圖2 褐煤浮選實驗結果

由圖2可見，浮選精煤可燃體回收率隨著司班80表面活性劑用量的增加先增加后減小，浮選完善指標與精煤可燃體回收率的增加趨勢一致。精煤灰分隨著司班80表面活性劑用量的增加先略有降低，而后開始增加。

司班80表面活性可以在褐煤表面形成涂層覆蓋，從而在一定程度上提高了褐煤的疏水性。當司班80表面活性劑用量為1%時，精煤可燃體回收率和浮選完善指標達到最大值，表面活性劑分子在褐煤表面可能形成的是單層覆蓋，含氧類官能團與褐煤表面的含氧類官能團通過氫鍵作用而相吸，表面活性劑分子的碳氫疏水基團指向礦漿溶液，從而褐煤表面疏水性下降，易于和柴油捕收劑分子作用產生有效吸附，從而提高褐煤的浮選回收。

但當司班80表面活性劑用量繼續增加時，精煤可燃體回收率和浮選完善指標急劇下降，一方面，表面活性劑分子屬于高分子物質，過量的加入表面活性劑，礦漿的粘度增加，從而精煤產率下降；另一方面，表面活性劑分子可能在褐煤表面形成二次吸附，表面活性劑分子的碳氫疏水基團與已經吸附在褐煤表面的表面活性劑分子的碳氫疏水基團形成物理吸附，從而第二層的表面活性劑分子的含氧基團再次指向礦漿，導致褐煤表面的疏水性再次下降。

4 結論

本文采用XPS研究了褐煤表面的官能團特征，采用司班80作為表面活性劑改善褐煤的浮選效果，主要結論如下:

(1)XPS結果表明，褐煤表面含有大量的含氧官能團，但僅含有極少的碳氫官能團。大量的含氧官能團與礦漿中的水分子形成氫鍵作用，褐煤表面被水化膜覆蓋，從而褐煤疏水性差。

(2)低濃度的司班80表面活性劑用量可以增加褐煤表面的疏水性，提高褐煤的浮選回收率，但是過量的表面活性劑用量又會惡化褐煤的浮選效果，本次試驗中發現最佳司班80表面活性劑用量為1%。

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