新型藥劑對昔陽難浮煤泥浮選效果的改善及其機理研究?

周成龍彭耀麗,2陳昱冉金明國（.中國礦業大學化工學院,江蘇省徐州市,226; 2.煤炭加工與高效潔凈利用教育部重點實驗室,江蘇省徐州市,226）

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新型藥劑對昔陽難浮煤泥浮選效果的改善及其機理研究?

周成龍1彭耀麗1,2陳昱冉1金明國1
（1.中國礦業大學化工學院,江蘇省徐州市,221116; 2.煤炭加工與高效潔凈利用教育部重點實驗室,江蘇省徐州市,221116）

摘要針對昔陽難浮煤泥,采用新型藥劑和煤油分別對其進行實驗室浮選試驗。試驗結果表明,當新型藥劑用量為1800 g/t時,精煤產率可達到53.85%。采用紅外光譜對昔陽煤樣、煤油和新型藥劑中的化學基團進行表征,結果表明昔陽煤樣中含有大量的含氧官能團以及Si類礦物和高嶺土等氧化礦物,煤樣灰分高且受到氧化,煤泥可浮性差,采用煤油等傳統烴類油難以實現高效浮選回收;新型藥劑相比煤油含有大量的－OH和－C－O－C－等含氧類基團,這些含氧基團可與煤樣表面的含氧基團發生弱氫鍵鍵合作用,從而增加新型藥劑在煤樣表面的吸附作用。采用接觸角測定儀對原煤、煤油作用后和新型藥劑作用后的煤樣進行接觸角測定,結果表明煤樣與新型藥劑接觸后,接觸角增加,疏水性和可浮性得到顯著改善。

關鍵詞新型藥劑 難浮煤泥 浮選 紅外光譜 接觸角

1　前言

隨著煤炭機械化開采程度的提高,原煤中的粉煤量急劇增加,目前已達25%左右,加之洗選過程中產生的次生煤泥,使得細粒級煤泥量進一步增大,浮選作為回收細粒煤泥最有效的手段,針對浮選的研究越來越受到國內外學者的重視。但是對于低階煤和氧化煤等難浮煤泥,常規烴類油捕收劑難以實現高效的浮選回收,從而造成煤炭資源的浪費。因此,需要開發新型藥劑來改善難浮煤泥的浮選效果。有專家采用生物柴油、氧化柴油和DCT捕收劑可較好地改善太西氧化煤的浮選回收;還有專家通過添加少量的十二胺用于大同低階煤的浮選,精煤產率提高了7.11%;國外專家則選擇了煤油＋乳化劑（一種羥肟酸）＋非離子表面活性劑對褐煤進行浮選試驗,取得了較好的效果。

本文針對國投昔陽能源有限責任公司白羊嶺煤礦選煤廠的難浮煤泥,使用新型藥劑作為浮選藥劑,試圖提高精煤的回收率,減少煤炭資源的浪費,并采用紅外光譜和接觸角對煤樣和藥劑以及藥劑與煤樣作用后的情況進行分析,試圖揭示新型藥劑改善昔陽難浮煤泥浮選效果的機理。

2　煤樣性質分析

新型藥劑是一種密度為0.91 g/cm3的黃褐色液體,水中可溶,主要成分為2－乙基乙醇、己酸丁酯、3－甲基4－庚酮、已基乙醛等,具有酯類醇香,無刺激性氣味。

試驗煤樣采自國投昔陽能源有限責任公司白羊嶺煤礦選煤廠,按照GB/T477－2008《煤炭篩分試驗方法》對煤樣進行了篩分試驗,結果見表1。

表1　煤樣篩分試驗結果

由表1可以看出,煤樣中小于0.045 mm粒級煤粉的產率為61.23%,小于0.25 mm粒級的煤粉產率為97.77%,表明煤樣的粒度組成偏細,煤樣灰分為33.96%,屬中高灰分煤泥。

按照GB/T212－2008《煤的工業分析方法》對煤樣進行工業分析,煤樣中Mad為1.07%、Aad33.52%、Vad為13.93%以及FCad為51.48%,可以判斷該煤樣為無煙煤。

3　試驗條件及結果

試驗主要裝置為XFD－1.5L單槽浮選機、過濾機和馬弗爐。按照《煤粉（泥）實驗室單元浮選試驗方法》（GB/T 4757－2001）對煤樣進行浮選試驗。試驗條件如下:礦漿濃度為60 g/L、浮選槽容積為1.5 L、葉輪輪速為1900 r/min、充氣量為0.25 m3/（m2·min）以及礦漿預攪拌時間為2 min,與捕收劑接觸2 min以及與起泡劑接觸30 s,刮泡時間為3 min。浮選藥劑有常規藥劑煤油和仲辛醇、新型藥劑。試驗流程如下:

（1）使用常規浮選藥劑（煤油＋仲辛醇）對煤樣進行探索試驗,評價常規浮選藥劑對煤樣的分選效果;

（2）采用新型藥劑對煤樣進行浮選試驗,評價對煤樣的分選效果。

3.1常規藥劑浮選結果

采用常規藥劑進行浮選試驗過程中,產生的氣泡量較少、氣泡易破裂且不穩定,刮出的精煤少且精煤產率低,常規浮選藥劑浮選試驗結果見表2。

由表2可以看出,隨著煤油用量增加,精煤產率增大,但最大的精煤產率僅為35.84%,此時煤油用量為3600 g/t,仲辛醇用量為1200 g/t。結果表明,采用常規藥劑對該煤樣進行浮選時,藥劑的捕收效果較差,形成泡沫的穩定性差,精煤回收率低,導致精煤的損失。

3.2新型藥劑浮選效果

單獨添加新型藥劑作為浮選藥劑,試驗結果見表3。

由表3可以看出,隨著新型藥劑用量的增大,精煤產率、精煤灰分和浮選完善指標均呈增大趨勢。當藥劑用量為1500 g/t時,精煤產率就可達53.12%,可燃體回收率為70.20%,尾煤灰分為57.44%。隨著藥劑用量繼續增加,精煤產率和可燃體回收率持續增大,但是增加的趨勢變緩。同時在試驗中觀察可知,單獨采用新型藥劑進行浮選與采用常規浮選藥劑相比,浮選槽內的氣泡量明顯增多,泡沫穩定性更好,泡沫產品的浮出量大于采用常規浮選藥劑時的泡沫產品浮出量。由此可見,新型藥劑不但具有不收性能,還具有起泡性能。

表2　常規藥劑浮選試驗結果

表3　新型藥劑浮選試驗效果

4　機理探究

4.1樣品紅外光譜分析

將原煤煤樣、煤油和新型藥劑采用傅里葉變換紅外光譜儀及顯微紅外系統（FTIR）進行檢測,得出紅外光譜曲線,分析煤樣的表面性質和煤油以及新型藥劑的化學組分,探究藥劑與煤樣的作用機理,昔陽煤泥FTIR譜圖如圖1所示。

圖1　昔陽煤泥FTIR譜圖

由圖1中可以看出,700～900 cm－1處為苯環或芳香性C－H吸收峰,C－C基團具有一定的疏水性,但其面積較小;1033 cm－1處吸收峰可以表征為Si－O,3693 cm－1、3654 cm－1和3620 cm－1處的吸收峰,表明煤泥中含有高嶺土等灰分成分,且兩部分吸收峰面積較大,表明煤樣灰分較高,與工業分析一致。Si類礦物和高嶺土都屬于氧化礦物,表現為較強的親水性;1098 cm－1處吸收峰為C－O－C基團,3412 cm－1處為－OH基團,表面煤樣含有較多的含氧基團,同時3000 cm－1附近所代表的脂肪烴等特征吸收峰表現得較為平滑,說明煤樣受到一定程度的氧化作用,碳氫側鏈受到氧的攻擊。煤樣含有較多的含氧官能團和含氧類礦物質多,這些因素是造成昔陽煤泥難浮的主要原因。

煤油和新型藥劑譜圖分別如圖2和圖3所示。

由圖2和圖3中可以看出,煤油和新型藥劑在3000 cm－1附近峰值相似,在2961 cm－1、2930 cm－1、2871 cm－1、292 cm－1和2857 cm－1處為C－C、CH3和CH2的伸縮振動,這些官能團可與煤樣表面的疏水性官能團互相作用。圖3中除了有與煤油類似的峰值,還富有大量的含氧基團; 3445 cm－1處為－OH伸縮振動,1000～1300 cm－1處振動峰值較多且面積較大,該區域為－C－OC－伸縮振動區域,－OH和－C－O－C－等含氧基團可與煤樣表面的含氧基團發生弱氫鍵鍵合作用,提高了藥劑與煤樣的吸附作用,從而提高了煤樣的整體疏水性。

圖2　煤油FTIR譜圖

圖3　新型藥劑FTIR譜圖

4.2煤樣接觸角測試

通過實驗室小浮沉實驗獲得煤樣中低于1.5 g/cm3低灰部分,用酒精清洗煤樣表面浮沉藥劑后烘干,取烘干煤樣作為1號樣品（原煤）,取烘干煤樣分別與煤油（3600 g/t）和新型藥劑（1500 g/t）在浮選機內攪拌2 min后、濃度為60 g/L、轉速為1900 r/min且過濾后室溫晾干作為2號樣品（原煤＋煤油）、3號樣品（原煤＋新型藥劑）。將3份樣品在50 KPa壓力下保壓55 s壓片成型,用懸滴法測量樣品的接觸角,測量結果如圖4所示。

圖4　煤樣接觸角測試圖

由圖4可以看出,原煤中低于1.5 g/cm3低灰部分的接觸角為36°,疏水性較差,不易被氣泡粘附;煤樣與煤油作用后接觸角變為48°,變化幅度不大,煤樣疏水性提高不明顯;煤樣與新型藥劑作用后接觸角變為61°,疏水性有顯著提升,容易被

氣泡粘附到泡沫層中,因此新型藥劑可以顯著提高

昔陽難浮煤樣的精煤產率。

5　結論

通過昔陽煤樣與煤油和新型藥劑的浮選試驗對比發現,新型藥劑可以顯著提高精煤產率。對樣品和藥劑進行接觸角測試和紅外光譜分析,得出結論如下:

（1）昔陽煤樣中含有較多的Si類礦物和高嶺土等氧化礦物且灰分較高,煤樣表面含有大量的含氧官能團,因此煤樣親水性強,可浮性差。

（2）煤油和新型藥劑中都含有C－C、CH3和CH2等疏水性基團,但新型藥劑中富含OH和－C －O－C－等含氧基團,這些含氧基團可與煤樣表面的含氧基團發生弱氫鍵鍵合作用,提高了藥劑與煤樣的吸附作用,從而提高了煤樣的整體疏水性。

（3）選用煤油和新型藥劑對昔陽煤樣進行浮選試驗,結果表明新型藥劑藥耗低且精煤回收率高,單獨添加新型藥劑時候產生的浮選泡沫多,泡沫穩定性好,當新型藥劑用量為1800 g/t時,精煤產率達到53.85%,相比于煤油用量為3600 g/t時精煤產率提高了18.01%。

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（責任編輯王雅琴）

Research on mechanism and improvement of floatation effects on Xiyang difficult floated coalslime by new reagent

Zhou Chenglong1,Peng Yaoli1,2,Chen Yuran1,Jin Mingguo1
（1.School of Chemical Engineering and Technology,China University of Mining& Technology, Xuzhou,Jiangsu 221116,China; 2.Key Laboratory of Coal Processing and Efficient Utilization（Ministry of Education）, China University of Mining& Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China）

AbstractThe authors conducted a laboratory floatation experiment to test Xiyang difficult floated by new reagent and kerosene. The results showed that when the dosage of the new reagent was 1800 g/t,the clean coal productivity increased 53.85%. When using FTIR Spectrometer characterized the chemical groups in Xiyang coal sample,kerosene and the new reagent,the results showed that Xiyang coal sample contained a large amount of oxygen-containing functional groups,Si mineral,kaolin mineral and other oxide minerals,the ash content of coal sample was high and oxidized,floatability of coal slime was poor,kerosene and traditional hydrocarbonoils were difficult to achieve efficient flotation recovery;the new reagent contained amounts of－OH,－C－O－C－and other oxygen-containing groups which can react with oxygen-containing group on coal sample surface by weak hydrogen bonding effects,thereby increasing adsorption of the new reagent on coal sample surface. When using contact angle tester to test the contact angle of raw coal,coal with kerosene and coal with the new reagent,the results showed the contact angle increased and hydrophobicity and floatability were significantly improved after contacting withthe new reagent.

Key wordsnew reagent,difficult floated coal slime,floatation,FTIR,contact angle

作者簡介:周成龍（1991－）,江蘇連云港人,中國礦業大學在讀碩士研究生,主要從事煤炭加工與利用研究工作。

基金項目:?國家自然科學基金（51374205, 51474213）

中圖分類號TD943

文獻標識碼A