變性淀粉對煤泥浮選作用的研究

張 寧 宋書宇 郭 坤 趙文婷 樊民強

(太原理工大學礦業工程學院,山西省太原市,030024)

★煤炭科技·加工轉化★

變性淀粉對煤泥浮選作用的研究

張 寧 宋書宇 郭 坤 趙文婷 樊民強

(太原理工大學礦業工程學院,山西省太原市,030024)

以乙酰化己二酸雙淀粉、陽離子淀粉醚、辛烯基琥珀酸淀粉鈉、羥丙基淀粉醚、羥丙基磷酸雙淀粉和氧化淀粉這6種不同性質的變性淀粉作為調整劑,對兩種不同的煤樣進行浮選試驗,分別對精煤產率、精煤灰分、尾煤灰分和浮選完善指標進行分析對比。浮選試驗結果表明,陽離子淀粉醚能夠提高精煤產率,略微提高精煤灰分,對煤泥浮選具有明顯的促進作用;氧化淀粉能夠降低精煤產率,降低精煤灰分,對煤泥浮選具有選擇性抑制效果。

變性淀粉 調整劑 浮選 煤泥

1 引言

淀粉是一種可再生的天然有機高分子聚合物,其廉價、無毒和易生物降解的性質使得其在許多行業都得到了廣泛的應用。淀粉作用于礦物表面后可使礦物表面親水,對礦物表面已吸附的捕收劑有掩蓋屏蔽的作用。此外,淀粉對懸浮物有凝聚的作用,因此淀粉常作為抑制劑和選擇性絮凝劑應用于選礦領域。

淀粉分子中含有糖苷鍵和易于發生化學反應的羥基,所以淀粉能和許多物質發生化學反應。天然淀粉經化學、物理和生物等方法處理改變了淀粉分子中某些D－吡喃葡萄糖單元的結構,同時也不同程度地改變了天然淀粉的物理和化學性質,經過這種變性處理的淀粉通常稱為變性淀粉或淀粉衍生物。變性淀粉與天然淀粉相比具有更多優良的性質,其種類繁多并廣泛應用于食品、紡織、礦業、化工、造紙、醫療和其他許多行業。變性淀粉在選礦領域得到了廣泛地應用,在選煤方面也取得了一些進展。

相關專家對比了變性淀粉、水玻璃、六偏磷酸鈉和羧甲基纖維素鈉4種抑制劑對高灰煤泥的抑制效果,結果表明變性淀粉降低精煤灰分的效果是幾種抑制劑中最為明顯的,當其用量為1000 g/t時,可以將精煤灰分降低到8.70%,與空白試驗相比較下降了1.6個百分點,且精煤產率僅僅下降了5個百分點;有的專家使用變性淀粉作抑制劑,當用量為1000 g/t時,精煤產率為69.20%,精煤灰分從12.09%降為10.53%,抑制高灰礦物效果明顯;還有專家認為,淀粉會與粘土類礦物表面的金屬離子及氧離子通過化學鍵合或氫鍵發生吸附,進而對粘土類礦物起到抑制作用。

變性淀粉的種類繁多,不同的變性淀粉對煤泥浮選的作用也有所差異,研究和發現不同變性淀粉對煤泥浮選作用的影響對于煤泥浮選有著積極的作用。本文選取了6種變性淀粉作為煤泥浮選的調整劑,研究其對煤泥浮選作用的影響。

2 試驗與方法

2.1 煤樣

本試驗選用的兩種煤樣,一種采自位于山西靜樂縣大遠煤礦選煤廠的入洗原煤,屬1/3焦煤,灰分為22.50%左右,標記為A;另一種采自沁源的氧化煤泥,灰分為21.00%左右,標記為B。兩種煤樣粒度級均低于0.5 mm。

2.2 藥劑

浮選試驗使用的捕收劑為納爾科N88002,起泡劑為仲辛醇,調整劑為6種變性淀粉,變性淀粉信息見表1。

表1 變性淀粉信息

由表1可見,乙?；憾犭p淀粉是由醋酸酐和己二酸酐與淀粉進行酯化反應制得的產物;陽離子淀粉醚是由陽離子試劑叔胺鹽在一定條件下與淀粉反應制得的產物;辛烯基琥珀酸淀粉鈉由辛烯基琥珀酸酐與淀粉經酯化反應制得,通常以淀粉鈉的形式出現;羥丙基淀粉醚是在堿性條件下由淀粉與環氧丙烷作用制得;羥丙基磷酸雙淀粉是在堿性條件下,先由淀粉與環氧丙烷作用達到一定醚化度,然后加入六偏磷酸鈉作為交聯劑進行交聯反應而制得;氧化淀粉是在堿性條件下,由氧化劑次氯酸鈉與淀粉作用制得。

2.3 煤泥浮選試驗

煤泥浮選試驗采用XFDⅣ型充氣單槽浮選機,主軸轉速為1800 r/min,充氣量為1.33 L/min,浮選槽容積為1.5 L,礦漿濃度為100 g/L,浮選試驗流程圖見圖1。

圖1 浮選試驗流程圖

由圖1可見,加入煤樣攪拌2 min后加入變性淀粉,1 min后加入捕收劑納爾科N88002,1 min后加入起泡劑仲辛醇,10 s后開始刮泡,持續刮泡3 min后結束。

3 結果與討論

對于煤樣A,固定捕收劑和起泡劑的用量分別為400 g/t和40 g/t;對于煤樣B,固定捕收劑和起泡劑的用量分別為533 g/t和53.3 g/t。本試驗采用變性淀粉作為調整劑,其用量為0 g/t時作為對照組,改變其用量分別為100 g/t、300 g/t和500 g/t。

根據試驗數據繪制了6種變性淀粉的用量與精煤產率、精煤灰分、尾煤灰分以及浮選完善指標的關系圖分別見圖2～圖5,并測定了2種煤樣在添加變性淀粉前后煤粒表面電位的變化見圖6。

3.1 變性淀粉對精煤產率的影響

變性淀粉對精煤產率的影響見圖2。

由圖2(a)可見,對于煤樣A,1號、2號和4號變性淀粉在不同用量的下都會增加精煤產率; 5號和6號變性淀粉對精煤產率呈減小的趨勢,藥劑用量越大,減小精煤產率的作用越明顯;3號變性淀粉對精煤產率則基本沒有影響。

由圖2(b)可見,對于煤樣B,1號、2號和5號變性淀粉在低藥劑用量的情況下增加精煤產率,高藥劑用量的情況下減小精煤產率,其中5號作用最為明顯;6號變性淀粉隨著藥劑用量的增加,精煤產率逐漸降低;3號和4號變性淀粉對精煤產率的影響不明顯。

圖2 變性淀粉對精煤產率的影響

3.2 變性淀粉對精煤灰分的影響

變性淀粉對精煤灰分的影響見圖3。

圖3 變性淀粉對精煤灰分的影響

由圖3(a)可見,對于煤樣A,1號、2號和4號變性淀粉隨著藥劑用量的增加,精煤灰分逐漸增加;3號變性淀粉隨著藥劑用量增加,精煤灰分先增加后略有降低;5號變性淀粉隨著藥劑用量的增加,精煤灰分先增加后趨于穩定;6號變性淀粉隨著藥劑用量的增加,精煤灰分呈逐漸降低的趨勢,降低趨勢較為平緩。6種藥劑中,只有6號變性淀粉的加入可以使得精煤灰分低于對照組,實現了降低精煤灰分的作用。

由圖3(b)可見,對于煤樣B,1號和2號變性淀粉用量為100 g/t時,灰分增長較大,隨著藥劑用量的增大,灰分略微降低;3號變性淀粉隨著藥劑用量增大灰分先增加后減小;4號變性淀粉隨著藥劑用量增大灰分增加后趨于平緩;5號變性淀粉隨著藥劑用量的增加,灰分呈先增加后降低的趨勢,用量在500 g/t時,精煤灰分低于對照組;6號變性淀粉隨著藥劑用量的增加,精煤灰分呈逐漸降低的趨勢。由此可見,6號變性淀粉的加入實現了降低精煤灰分的作用。

3.3 變性淀粉對尾煤灰分的影響

變性淀粉對尾煤灰分的影響見圖4。

由圖4(a)可見,對于煤樣A,1號和2號變性淀粉在不同用量情況下,尾煤灰分均高于對照組;3號、4號、5號和6號變性淀粉在低藥劑用量的情況下,尾煤灰分均高于對照組,隨著藥劑用量增加,尾煤灰分總體呈降低趨勢,6號變性淀粉的降低趨勢最為明顯。

由圖4(b)可見,對于煤樣B,在低藥劑用量的情況下,除了3號變性淀粉外,各變性淀粉尾煤灰分均高于對照組尾煤灰分,其中2號和5號變性淀粉提高尾煤灰分最為明顯;隨著藥劑用量的增加,尾煤灰分均有所降低,其中5號和6號變性淀粉降低尾煤灰分最為明顯;3號變性淀粉只在用量為300 g/t時略微提高尾煤灰分,其對尾煤灰分作用不明顯。

3.4 變性淀粉對浮選完善指標的影響

變性淀粉對浮選完善指標的影響見圖5。

由圖5(a)可見,對于煤樣A,在低藥劑用量的情況下,1號、3號和6號變性淀粉的浮選完善指標高于對照組,2號和4號變性淀粉略低于對照組;在高藥劑用量情況下,只有6號變性淀粉的浮選完善指標略低于對照組,其他各變性淀粉均明顯低于對照組,5號變性淀粉在各藥劑用量情況下,浮選完善指標均低于對照組。

由圖5(b)可見,對于煤樣B,在低藥劑用量的情況下,2號、4號、5號和6號變性淀粉的浮選完善指標高于對照組,1號和2號變性淀粉略低于對照組;在高藥劑用量情況下,1號、2號和4號變性淀粉的浮選完善指標接近于對照組,3號、5號和6號的浮選完善指標遠低于對照組。

圖4 變性淀粉對尾煤灰分的影響

圖5 變性淀粉對浮選完善指標的影響

3.5 Zeta電位的測定

Zeta電位的測定可以檢測出A煤樣和B煤樣在加入各種變性淀粉前后煤粒表面電位的變化,測定礦漿p H值為6.75,不考慮煤泥變化引起礦漿p H值的微弱變動,假設其保持不變,得出不同變性淀粉作用下煤粒表面電位圖見圖6。

圖6 不同變性淀粉作用下煤粒表面電位圖

由圖6可見,各變性的淀粉的加入降低了煤粒表面的電位的絕對值,使其更接近等電點,其中2號變性淀粉使得煤粒表面電位降幅最大。添加各變性淀粉后的煤粒,表面電位降幅與藥劑用量為300 g/t時,兩種煤樣精煤產率總體上呈正相關關系。

3.6 藥劑作用總結

(1)1號變性淀粉用量適當可提高精煤產率,提高尾煤灰分,但精煤灰分提高過多,添加該藥劑對煤泥浮選影響沒有意義。

(2)2號變性淀粉可提高精煤產率,略微提高精煤灰分,提高尾煤灰分,適當用量浮選完善指標可高于對照組,促進了煤泥浮選。由于煤粒表面帶有負電荷,陽離子淀粉發生吸附于煤粒表面,煤粒表面電位大幅降低,水化作用減弱,水化層變薄,提高了礦物表面疏水性和可浮性。

(3)3號變性淀粉的加入對精煤產率影響不大,精煤灰分略有增加,尾煤灰分影響不大,添加該藥劑對煤泥浮選影響沒有意義。

(4)4號變性淀粉的加入雖然可略微提高精煤產率,但使精煤灰分提高較多,提高尾煤灰分不明顯,浮選完善指標單調下降,添加該藥劑對煤泥浮選有害無利。

(5)5號變性淀粉的加入使得低精煤產率降低,但降精煤灰分不明顯,而浮選完善指標單調下降,即對煤泥的選擇性差,添加該藥劑對煤泥浮選有害無利。

(6)6號變性淀粉的加入使得精煤產率降低,精煤灰分降低,浮選完善指標隨藥劑用量增加而略有增加,對于煤泥浮選是一種良好的選擇性抑制劑。氧化淀粉分子中存在大量親水的含氧官能團,它吸附于煤煤泥表面之后,降低了其可浮性,從而抑制了煤泥的浮選。

4 結論

(1)乙?；憾犭p淀粉、辛烯基琥珀酸淀粉鈉、羥丙基淀粉醚和羥丙基磷酸雙淀粉使得精煤產率過分降低或者精煤灰分提高過多,它們的加入對于煤泥浮選有害無利,不宜作為煤泥浮選的調整劑。

(2)陽離子淀粉醚提高精煤產率,略微提高精煤灰分,提高尾煤灰分,適當用量能夠促進煤泥浮選,可作為難浮煤泥的促進劑。

(3)氧化淀粉能夠降低精煤產率、尾煤灰分和精煤灰分,浮選完善指標隨藥劑用量增加而略有增加,可作為高灰煤泥選擇性抑制劑。

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(責任編輯 王雅琴)

Research on effects of modified starch in coal slime floatation

Zhang Ning,Song Shuyu,Guo Kun,Zhao Wenting,Fan Minqiang
(College of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China)

By using six different types of modified starchs as regulators:acetylated distarch adipate,cationic starch ether,starch sodium octenylsuccinate,hydroxypropyl starch ether, hydroxypropyl distarch phosphate and oxidized starch,the authors conducted select floatation experiments for two different coal samples and also analysed and compared the cleaned coal yield, cleans ash,tailing ash and improved floatation index.The result showed that the cationic starch ether could increase cleaned coal yield and slightly increase cleans ash,obviously promote coal slime floatation;and the oxidized starch could decrease cleaned coal yield and cleans ash,and had a selectively depressant effect on coal slime floatation.

modified starch,regulator,flotation,coal slime

TD943.14

A

張寧(1988－),男,山西陽泉人,在讀碩士,主要從事煤泥浮選藥劑的研究。