腐植酸鈉對煤泥浮選抑制規律的研究?

王之春　董憲姝(太原理工大學礦業工程學院,山西省太原市,030024)

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腐植酸鈉對煤泥浮選抑制規律的研究?

王之春董憲姝
(太原理工大學礦業工程學院,山西省太原市,030024)

摘 要為了解決高灰細粒煤泥浮選降灰難的問題,以腐植酸鈉為抑制劑進行了不同用量條件下的煤泥浮選試驗、浮選產品與腐植酸鈉改性試驗,對改性前和改性后的產品進行接觸角測量和FTIR分析,并對浮選精煤進行X射線衍射分析。試驗結果表明,腐植酸鈉易吸附在尾煤上,提高煤系礦物質親水性可抑制其上浮,進而達到降低精煤灰分,改善浮選效果的目的。當腐植酸鈉用量為900g/t時,浮選精煤灰分為16.18%,比未添加腐植酸鈉浮選精煤灰分降低了10.4%,浮選完善指標升高了14.17%,浮選效果最佳。

關鍵詞煤泥浮選 腐植酸鈉 FTIR分析 XRD分析

現階段我國煤炭洗選工藝中,浮選仍是細粒煤分選最有效的方法。然而,隨著機械化采煤程度的提高,原煤中細粒煤含量增加,大量的粘土類礦物混入到細粒煤中,使高灰細粒煤的分選成為一項難題。對于高灰難選細粒煤的分選,在浮選過程中添加抑制劑來抑制粘土類礦物上浮,從而降低精煤的灰分以及改善浮選效果,是較有效的方法之一。有研究人員在浮選中加入水玻璃、CMC和淀粉等,擴大了煤與礦物質表面親疏水性的差異,達到抑制礦物質以提高精煤質量的目的;也有研究人員對亞硫酸鈉、淀粉、單寧和CMC這4種抑制劑的抑制效果進行了對比分析,發現其對礦物質的抑制均有選擇性和局限性。

本文通過在浮選中加入腐植酸鈉作為抑制劑進行浮選試驗,取得了較理想的效果。腐植酸是一種大分子直鏈螺旋體結構的有機酸,能夠吸附在高嶺石和蒙脫石等礦物質表面,可以改變其表面性質。腐植酸富含于泥炭、褐煤、風化煤和氧化煤中,已被廣泛應用于赤鐵礦等礦石的浮選。對于腐植酸鈉在高灰細粒煤中抑制作用的研究,不僅可以為高灰細粒煤的降灰途徑提供一種較有效的參考,同時對氧化煤的開發利用具有重大意義。

1　試驗部分

1.1試驗儀器及藥劑

實驗室選用1.5L的XFD－3型單槽式浮選機、德國布魯克TENSOR27型傅里葉變換紅外光譜儀、Miniflex600型X射線衍射儀以及HARKE-SPCA型接觸角測定儀。

抑制劑為腐植酸鈉(自制)、捕收劑為煤油(化學純)以及起泡劑為仲辛醇(化學純)。

1.2煤樣分析

試驗煤樣為王家嶺氣煤,經破碎篩分至0.5mm粒級以下,其水分含量為2.25%、灰分含量為36.62%、揮發分為26.37%以及固定碳含量為34.76%。

根據《煤炭行業標準煤粉篩分試驗方法》(GB/T477－2008)的規定,分別采用篩孔為0.25mm、0.125 mm、0.074 mm和0.045 mm的標準篩對該煤樣進行粒度分析試驗,原煤粒度分析結果見表1。

表1　原煤粒度分析結果

由表1可以看出,0.25mm和－0.045mm粒級為主導粒級,灰分含量均較高。由于灰分隨粒級分布較為均勻,可知難以通過對粒級的選擇來實現高效分選。

1.3藥劑最佳用量探索

按照《煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法》(GB/T4757－2001),試驗條件如下:當礦漿濃度為100g/L、充氣量為0.25 m3/h、攪拌速度為1800r/min時,煤油用量分別為200g/t、500g/t、1000g/t、1500g/t、2000g/t和2500g/t,仲辛醇用量分別為50g/t、100g/t、150g/t、200g/t、250g/t和300g/t,進行捕收劑和起泡劑最佳用量探索試驗,結合精煤產率、灰分和浮選完善指標,經比較分析得知,當捕收劑用量為2000g/t及起泡劑用量為200g/t時,精煤產率為75.71%,精煤灰分為25.68%浮選完善指標為35.67%。

1.4分步釋放試驗

分步釋放試驗是了解在一定灰分條件下理論上所能達到的最大產率,分步釋放浮選曲線圖如圖1所示。按照《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》(MT/T144－97),在藥劑最佳用量的條件下試驗,分布釋放試驗結果見表2。 %

圖1　分步釋放浮選曲線圖

表2　分布釋放試驗結果

由圖1和表2可以看出,經過粗選及一次精選后,累計產率降為68.6%,平均灰分降到了21.62%,說明一次精選過后精煤灰分降低的效果很好,但精煤灰分仍較高。由曲線β可知,當精煤灰分降到了10%左右時,精煤的理論產率為15%左右,產率較低,由此可分析出即使通過多次精選,精煤也很難得到高產率的低灰精煤,所以嘗試添加一定比例的腐植酸鈉,在降低精煤灰分的同時保證了其產率。

1.5腐植酸鈉作抑制劑浮選試驗

按照《煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法》(GB/T4757－2001),試驗條件如下:當礦漿濃度為100g/L、充氣量為0.25 m3/h、攪拌速度為1800r/min、捕收劑用量為2000g/t以及起泡劑用量為200g/t時,改變腐植酸鈉的用量進行試驗,試驗簡易流程如圖2所示。

圖2　試驗簡易流程圖

由圖2可以看出,按照礦漿濃度為100g/L向浮選槽內加入一定質量的煤樣,攪拌2min,使其充分潤濕。依次加入抑制劑腐植酸鈉,再攪拌2min后加入捕收劑煤油,再攪拌1min后最后加入起泡劑仲辛醇,攪拌10s,打開充氣閥門,刮泡3min。刮出浮物即為精煤,槽內產物為尾煤。

不同用量腐植酸鈉浮選試驗結果見表3,浮選精煤產率、灰分和浮選完善指標關系如圖3所示。

表3　不同用量腐植酸鈉浮選試驗結果

由表3和圖3可以看出,隨著腐植酸鈉用量的增加,精煤灰分有所降低,同時精煤產率也呈下降趨勢,說明腐植酸鈉在抑制礦物質上浮的同時,對精煤也存在一定的抑制作用。當腐植酸鈉用量為900g/t時,精煤灰分降到16.18%,相對未添加腐植酸鈉浮選精煤灰分降10.4%,精煤產率下降了19.31%,此時浮選完善指標達到最大值49.84%,提高14.17%,實際上改善了浮選效果。

圖3　浮選精煤產率、灰分和浮選完善指標關系

分步釋放與添加抑制劑浮選試驗精煤產率和灰分的關系對比分析如圖4所示。

圖4　分步釋放與添加抑制劑浮選試驗精煤產率和灰分的關系

由圖4可以看出,在同一精煤灰分下,添加腐植酸鈉浮選后的精煤產率高于通過多次精選時的精煤產率,在精煤灰分為18%左右時,精煤產率提高約12%,由此可知通過添加腐植酸鈉降灰提質效果較理想。

2　機理探索

2.1腐植酸鈉對浮選產品影響的探究

以灰分為10.03%的精煤和灰分為73.28%的尾煤為模擬樣煤和煤系礦物質與不同用量腐植酸鈉的改性進行試驗。

取10g樣品,加水至100mL,制備礦漿濃度為100g/L的漿體,加入一定比例腐植酸鈉: 0g/t、300 g/t、600 g/t、900 g/t、1200 g/t、1500g/t、2000g/t和2500g/t,常溫攪拌10min進行吸附改性和過濾干燥后,進行接觸角θ的測量,并計算其可浮性K (K＝1－Cosθ)。改性試驗結果見表4,精煤和尾煤可浮性下降率及可浮性差值與腐植酸鈉用量關系如圖5所示。

表4　改性試驗結果

圖5　精煤和尾煤可浮性下降率及可浮性差值與腐植酸鈉用量關系

由表4和圖5可以看出,添加腐植酸鈉改性后,精煤和尾煤的可浮性隨著腐植酸鈉用量的增加均呈下降趨勢,可知腐植酸鈉對精煤和尾煤均有一定的抑制作用。隨著腐植酸鈉用量的增加,精煤可浮性降低緩慢,且當腐植酸鈉用量達1500g/t后,其可浮性基本穩定不變,而尾煤可浮性下降率高于精煤,且保持較快下降趨勢,說明腐植酸鈉對尾煤的抑制作用較強。同時隨著|△k|的不斷增大,即精煤和尾煤改性后的可浮性差異越來越大。由此可知腐植酸鈉可以起到抑制煤系礦物質上浮,改善浮選效果的作用。

2.2浮選產品改性前和改性后紅外光譜分析

對腐植酸鈉用量為900g/t改性前和改性后的精煤和尾煤進行紅外光譜分析,探究腐植酸鈉的吸附機理。紅外譜圖中主要吸收峰的歸屬見表5,精煤和尾煤改性前和改性后產品的紅外譜圖分別見圖6和圖7。

表5　主要紅外光譜吸收峰的歸屬

由表5可以看出,腐植酸鈉紅外譜圖在3690cm－1和3450cm－1左右出現－OH伸縮振動吸收峰,1710cm－1左右出現－C＝O伸縮振動吸收峰,1250cm－1左右出現Ar－O－Ar＇的伸縮振動吸收峰,可知腐植酸鈉含有大量親水基團,即羥基、羧基和醚氧基。

圖6　精煤改性前和改性后FTIR譜圖

由圖6可以看出,精煤的特征吸收峰在添加腐植酸鈉前、后基本上沒發生變化,即吸附前、后沒有新的官能團產生,說明腐植酸鈉與精煤基本上不發生吸附作用。

圖7　尾煤改性前、后FTIR譜圖

由圖7可以看出,吸附前、后的尾煤特征吸收峰變化最明顯的是1710cm－1和1250cm－1左右處,出現－C＝O伸縮振動吸收峰和Ar－O－Ar＇振動吸收峰,同時在3690cm－1、3600cm－1和1620cm－1左右處的吸收峰得到了加強。從以上分析可以推斷,腐植酸鈉更易吸附到礦物質表面,增加了礦物質表面的親水性,達到抑制礦物質上浮的效果。

2.3浮選產品X射線衍射分析

對不同用量腐植酸鈉浮選精煤做X射線衍射分析。原煤XRD圖譜如圖8所示,抑制劑用量為0g/t(①)、900g/t(②)和2000g/t(③)時XRD圖譜如圖9所示。

圖8　原煤XRD圖譜

圖9　抑制劑用量0g/t(①)、900g/t(②) 和2000g/t(③)時XRD圖譜

依據XRD圖譜,利用RIR參比強度法對原煤及系列浮選精煤中礦物質的組分含量百分比進行定量分析,結果見表6。

表6　RIR參比強度法定量結果

由圖8、圖9和表6可以看出,原煤中的主要礦物質有4種,即高嶺石、石英石、方解石和方鈉石。在煤油和仲辛醇用量最優的條件下,浮選精煤中石英石和方解石含量降低,但礦物質組成沒變。由于腐植酸鈉的加入,浮選精煤中礦物質組成發生改變,其中石英石和方解石得到完全抑制而消失,且隨著腐植酸鈉用量的增加,高嶺石含量百分比逐漸降低、方鈉石百分比含量逐漸增高,說明腐植酸鈉對高嶺石有較理想的抑制效果,但對方鈉石幾乎沒作用。綜合分析可知,腐植酸鈉對煤系礦物質抑制效果理想。

3　結論

(1)腐植酸鈉降灰效果顯著,但同時會對精煤產率造成一定影響。當腐植酸鈉用量為900g/t 時,浮選效果最佳。

(2)對于高灰細粒煤泥浮選,添加腐植酸鈉降灰提質與通過多次精選降灰相比較提質效果更為理想。

(3)腐植酸鈉較易吸附到煤系礦物質表面,提高礦物質親水性,抑制其上浮,進而改善浮選效果。

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(責任編輯王雅琴)

★煤礦安全★

Researchondepreesantlawofsodiumhumateonthecoalflotation

WangZhichun,DongXianshu
(CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan,Shanxi030024,China)

AbstractInordertosolvetheproblemofreducingashdifficultduringhighashultrafine coalflotation,theauthorsconductedcoalslimeexperimentandflotationproductionwithsodium humatemodifiedtestsunderdifferentdosageconditionsofusingsodium humatedepressant, measuredcontactangleandanalyzedFTIRoftheproductsbeforeandafterthemodifying,and conductedX-raydiffractionanalysisofcleancoalflotation. Theresultsshowedthatsodiumhumateeasilyabsorbedontailcoal,improvingcoalmeasuresmineralhydrophiliccouldinhibitfloatingtoreduceashofcleancoalandimproveflotationeffects. Whenthedosageofsodiumhumate was900g/t,theashofcleancoalflotationwas16.18%whichless10.4%thanthenosodiumhumateaddingcondition. Thefaultlessindexofflotationraised14.17%whichwerebestflotationeffect.

Keywordscoalflotation,sodiumhumate,FTIRanalysis,XRDanalysis

中圖分類號TQ536.92

文獻標識碼A

基金項目:?節能減排技術研究專項——煤泥處理成套工藝、技術和關鍵設備研究與應用(20130313001－2)

作者簡介:王之春(1990－),男,安徽宿州人,太原理工大學在讀碩士研究生,主要研究方向為礦物加工工藝設備與理論。