脂肪醇對氧化煤浮選的促進(jìn)作用研究

張 玉，崔廣文，張運(yùn)起，于文慧，李 琳

(山東科技大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島 266590)

浮選是細(xì)粒煤泥分選的主要方法，是根據(jù)礦物的表面性質(zhì)差異實(shí)現(xiàn)分選的[1-3]。一般礦物的親水性較強(qiáng)，而煤的天然疏水性較好，但當(dāng)煤發(fā)生氧化后，其表面會產(chǎn)生大量羥基、羧基等含氧官能團(tuán)，這些含氧官能團(tuán)具有一定的極性，容易與水分子發(fā)生氫鍵吸附，在煤的表面形成水化膜，阻礙煤粒和氣泡的有效碰撞和粘附[4]，從而導(dǎo)致煤的可浮性變差。因此，探索研發(fā)一種浮選促進(jìn)劑，實(shí)現(xiàn)對氧化煤的有效分選回收，具有重要的研究意義。

由于含氧官能團(tuán)的大量存在，使傳統(tǒng)的非極性捕收劑很難在氧化煤的表面上鋪展，因而捕收效果較差，為了獲得較好的浮選效果，目前生產(chǎn)中必須以增加藥劑的用量為代價。陳強(qiáng)[5]的研究表明，脂肪醇具有一定的去氧化作用，因此可以用做氧化煤浮選的促進(jìn)劑。為此，對不同種類脂肪醇及其用量對浮選的促進(jìn)作用進(jìn)行了研究探索。

1 煤樣性質(zhì)分析

1.1 粒度組成分析

粒度組成是煤泥可浮性的影響因素之一[6]，為了了解煤樣的粒度組成情況，根據(jù)GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》，對煤樣進(jìn)行了小篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可知，該煤樣總體灰分較低，為14.30%，各粒級產(chǎn)率分布不均勻，隨著粒度的減小，各粒級灰分逐漸增高，其中：<0.074 mm粒級灰分明顯高于粗粒級，<0.045 mm粒級灰分達(dá)到28.07%，且產(chǎn)率為25.39%。

表1 煤樣粒度組成

1.2 密度組成分析

按照GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗(yàn)方法》的相關(guān)要求，對煤樣進(jìn)行了小浮沉試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果(表2)繪制出可選性曲線。由表2可以看出，煤樣中低密度級含量非常多，僅<1.3 g/cm3密度級的產(chǎn)率就達(dá)到40.74%，而中間密度級含量相對較少。從可選性曲線上可以查得，當(dāng)要求灰分為8.0%時，精煤理論產(chǎn)率高達(dá)87.5%，這表明煤樣中含有大量的凈煤，若不能進(jìn)行有效的分選回收，會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1.3 表面含氧官能團(tuán)分析

煤是天然的有機(jī)高分子物質(zhì)，吸收紅外光后能發(fā)生能級躍遷，因此可以用紅外光譜來研究其結(jié)構(gòu)中的基團(tuán)[7]。為了了解煤樣表面的氧化情況，對其進(jìn)行了紅外光譜分析，紅外譜圖如圖1所示。

表2 煤樣密度組成

圖1 煤樣紅外光譜圖

分析煤樣紅外光譜圖可知，在3 390 cm-1處出現(xiàn)了強(qiáng)吸收峰，表明煤樣中含有大量的—OH，在2 350 cm-1處有一個弱吸收峰，表明煤樣中含有少量—COOH[8-9]。這些含氧官能團(tuán)可以使煤表面形成水化膜，對煤的浮選有明顯的負(fù)作用[10]。

2 浮選試驗(yàn)研究

浮選試驗(yàn)選用XFD-1.5型單槽浮選機(jī)，浮選槽實(shí)測容積為1.8 L，充氣量為0.25 m3/(m2·min)，轉(zhuǎn)速為2 000 r/min。試驗(yàn)均使用柴油作為捕收劑，GF油為起泡劑，礦漿濃度為 60 g/L，調(diào)漿時間為2 min，捕收劑作用時間為1 min，起泡劑作用時間為10 s，刮泡時間為3 min。

2.1 常規(guī)浮選試驗(yàn)

煤樣經(jīng)過氧化之后，其各項(xiàng)浮選指標(biāo)必然會變差，為初步了解煤樣的可浮性，首先對煤樣進(jìn)行了常規(guī)浮選試驗(yàn)，以探究捕收劑用量和藥劑比變化對浮選效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 常規(guī)浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表3中的試驗(yàn)1、2、3可知，當(dāng)柴油用量固定為1.0 kg/t時，藥劑比變化對氧化煤的浮選效果影響非常大，藥劑比每減小2，精煤產(chǎn)率提高近15個百分點(diǎn)，浮選完善指標(biāo)提高10個百分點(diǎn)左右。因?yàn)槠鹋輨┒酁楫悩O性物質(zhì)，其極性基可以與含氧官能團(tuán)相互作用，發(fā)生吸附，削弱煤表面的親水性[11]，因此在氧化煤浮選中適當(dāng)?shù)卦黾悠鹋輨┑挠昧浚梢悦黠@提高浮選效果。

對比編號為3、4、5的試驗(yàn)可知，在藥劑比為6∶1的情況下，捕收劑用量從1.0 kg/t增大到2.0 kg/t，精煤產(chǎn)率提高了18.5個百分點(diǎn)，浮選完善指標(biāo)提高8個百分點(diǎn)，但是當(dāng)捕收劑用量從2.0 kg/t增大到3.0 kg/t時，精煤產(chǎn)率只提高了5個百分點(diǎn)，浮選完善指標(biāo)僅提高了1個百分點(diǎn)。相比之下，捕收劑用量變化對氧化煤浮選效果的提升沒有藥劑比變化顯著。

2.2 添加脂肪醇的浮選試驗(yàn)

在柴油用量為1.0 kg/t，藥劑比為6∶1的情況下，分別考察了乙醇、正丁醇、正戊醇和仲辛醇對氧化煤浮選的促進(jìn)效果，四種醇的添加量均為0.3 kg/t，并在調(diào)漿開始階段即加入礦漿中，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 添加脂肪醇的浮選試驗(yàn)結(jié)果

分析表4可知，添加脂肪醇明顯改善了氧化煤的浮選效果，精煤產(chǎn)率和浮選完善指標(biāo)均得到提高，且精煤灰分變化不大。隨著脂肪醇中碳原子數(shù)的增加，對氧化煤浮選的促進(jìn)作用逐漸提升，其中添加仲辛醇時的精煤產(chǎn)率最高，提高了9.3個百分點(diǎn)，浮選完善指標(biāo)提高了4.4個百分點(diǎn)；添加正戊醇的浮選效果最好，浮選完善指標(biāo)最高，提高了5.1個百分點(diǎn)，精煤產(chǎn)率提高了8.6個百分點(diǎn)；添加乙醇的精煤灰分略微降低，精煤產(chǎn)率稍有提升，原因在于乙醇能夠與水完全互溶，所以其促進(jìn)作用并不明顯。

由于正戊醇的浮選效果相對最好，因此以正戊醇為例進(jìn)一步探究其添加量對氧化煤浮選效果的影響。試驗(yàn)中柴油用量為1.0 kg/t，藥劑比為6∶1，正戊醇的添加量分別為0.1、0.3、0.6、1.0 kg/t。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 正戊醇添加量對浮選的影響

由圖2可知，當(dāng)正戊醇添加量在0.3 kg/t以下時，隨著添加量的增加，精煤產(chǎn)率和浮選完善指標(biāo)明顯提高；當(dāng)添加量達(dá)到0.3 kg/t以后，精煤產(chǎn)率和浮選完善指標(biāo)增加趨于緩慢。因此，當(dāng)添加量為0.3 kg/t時，對浮選的促進(jìn)效果最好，此時精煤產(chǎn)率提高了8.6個百分點(diǎn)。

3 脂肪醇的促進(jìn)作用機(jī)理研究

脂肪醇能夠改善氧化煤的浮選效果，主要有以下兩方面可能：一是脂肪醇中的羥基能夠與氧化煤表面的羥基、羧基等含氧官能團(tuán)形成氫鍵，從而有選擇性地吸附在煤表面上，阻止了水化膜的形成；二是脂肪醇發(fā)揮了起泡劑的作用[12-13]，從而提升了浮選效果。

為了探究脂肪醇對氧化煤浮選的促進(jìn)機(jī)理，補(bǔ)做了一組驗(yàn)證試驗(yàn)(試驗(yàn)編號10)。在其他條件相同的情況下，只是調(diào)整了脂肪醇的加藥順序，與試驗(yàn)8和試驗(yàn)3形成對比。該試驗(yàn)柴油用量為1.0 kg/t，藥劑比為6∶1，正戊醇按照0.3 kg/t的用量與起泡劑一同加入，結(jié)果如表5所示。

表5 不同加藥順序試驗(yàn)結(jié)果對比

由表5中的試驗(yàn)10可知，當(dāng)正戊醇用做起泡劑加入時，對浮選效果有一定的提升作用，使精煤產(chǎn)率提高了4.7個百分點(diǎn)，但是精煤灰分升高也較多，浮選完善指標(biāo)變化不大，總體浮選效果改善甚微。相對而言，當(dāng)正戊醇用做促進(jìn)劑在調(diào)漿階段加入，浮選效果得到較大提升，浮選完善指標(biāo)提高了5.1個百分點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，脂肪醇對氧化煤的促進(jìn)作用主要是由于脂肪醇中的羥基與氧化煤表面的羥基、羧基等含氧官能團(tuán)形成了氫鍵，提高了氧化煤的可浮性。

4 結(jié)論

(1)在氧化煤的浮選中，添加脂肪醇可以改善浮選效果，提高精煤產(chǎn)率和浮選完善指標(biāo)。

(2)脂肪醇能起到促進(jìn)作用，主要因?yàn)樗芡ㄟ^氫鍵有選擇性地吸附在氧化煤表面的含氧官能團(tuán)上，從而提高煤的疏水性；其次是脂肪醇為異極性物質(zhì)，具有一定的起泡功能。

(3)脂肪醇的烴鏈越長，其促進(jìn)作用越明顯，當(dāng)其用量為0.3 kg/t左右時，對浮選的促進(jìn)作用相對最好。

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