月桂酸二乙醇酰胺對長焰煤浮選促進作用的研究

2019-01-31 01:49:50許晨濤程宏志

選煤技術 2018年1期

許晨濤,程宏志,石煥

(1.煤炭科學研究總院,北京 100013; 2.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北唐山 063012; 3.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北唐山 063012)

隨著煤炭資源的開發，高品質煤炭資源緊缺的狀況日益嚴重，低階煤的清潔高效利用成為選煤發展的必然趨勢。煤炭作為不可再生資源，其清潔化與高效利用是國家持續發展的重要保證，而選煤是煤炭清潔高效利用的有效手段之一[1]。低階煤通常是指褐煤、長焰煤、不粘煤、弱粘煤等變質程度較低的煤種，該部分煤占中國已探明煤炭儲量的50%以上[2]，但由于其內在水分高、揮發分高、粘結性差、發熱量低，因而限制了低階煤大規模的利用[3]。煤表面疏水性是煤炭浮選、油團浮選和選擇性絮凝等技術的基礎，因此改善低階煤表面疏水性，提高其在水中的可浮性，是提高低階煤浮選效果的重點與關鍵。為了實現低階煤更好的分選，可以通過物理或化學方法改善其表面疏水性，常用方法采用添加有效的捕收劑，選擇性地作用在礦物表面，使礦粒更加牢固地附著于氣泡。微細粒低階煤泥表面含氧官能團較多[4]，傳統的非極性烴類油捕收劑很難在低階煤表面進行鋪展，捕收效果較差，為了得到較好的浮選效果，在實際生產中一般采用增加藥劑用量的方式，李少章等[5]對低階煤浮選機理及浮選添加劑的選擇進行了相關研究。

試驗選取在低階煤中占比較高的長焰煤為研究對象，采用非離子型表面活性劑——月桂酸二乙醇酰胺作為捕收劑的添加劑，探索了其對長焰煤浮選的促進作用，以為提高低階煤的浮選效果提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗煤樣

試驗煤樣取自寧東紅柳選煤廠，通過破碎機進行破碎至0.5 mm，然后篩分選取<0.5 mm粒級煤粉作為試驗樣品，封袋備用。

1.1.1 粒度組成

粒度組成是煤泥可浮性的影響因素之一[6]，根據GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》對煤樣進行了小篩分試驗，結果見表1。

表1 煤樣粒度組成

由表1可以看出，煤樣總體灰分較高，為39.15%，各粒級分布比較均勻，隨著粒級的減小，灰分呈逐漸增高的趨勢，其中<0.075 mm粒級部分灰分明顯高于粗粒級，<0.045 mm粒級煤樣灰分達到55.94%，產率為43.48%。

1.1.2 密度組成

按照GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗方法》對煤樣進行小浮沉試驗，結果見表2。

表2 煤樣密度組成

由表2可知，煤樣中低密度級含量少，<1.4 g/cm3密度級的產率僅為14.92%，高密度級占比較高，>1.8 g/cm3密度級產率達51.25%，中間密度級占比相對較少。

1.1.3 煤樣的紅外光譜

紅外光譜分析是利用物質對紅外光區電磁輻射的選擇性吸收來進行結構分析、定性和定量分析的方法[7]。通過對紅柳煤樣進行紅外光譜分析，可以由峰位置和強度分析官能團的種類。紅外光譜對紅柳煤樣進行測定的結果如圖1所示。

圖1 煤樣紅外光譜圖

1.2 試劑與設備

月桂酸二乙醇酰胺又名6501二乙醇酰胺，為淡黃色液體[12]，具有潤濕、凈洗、乳化、柔軟等性能，對陰離子表面活性劑有很好的穩泡作用，其分子表達式為C11H23CON(CH2CH2OH)2，分子量為287.16。試驗采用的型號為6501(1∶1)型，可溶于一般的有機溶劑中，與其他活性物起到協同作用。

采用機械攪拌的方法在捕收劑中添加月桂酸二乙醇酰胺。試驗配制使用的磁力攪拌器為DF101s集熱式恒溫磁力攪拌器，攪拌器攪拌頻率為2 000 r/min。具體配制方法為：量取4 mL柴油捕收劑放于燒杯中，放入攪拌器，升溫至40 ℃；在燒杯中加入定量月桂酸二乙醇酰胺和少量助溶劑(正戊醇)[13]，恒溫攪拌；攪拌結束后，使用超聲清洗器進行充分混合15 min；最后，將混合好的藥劑裝入一次性塑料試管中備用，做好標簽記號。

浮選試驗采用XFD型單槽浮選機，浮選槽實測容積為1.5 L，充氣量為0.25 m3/(m2·min)，葉輪轉速為2 000 r/min。試驗使用仲辛醇作為起泡劑，柴油作為捕收劑。礦漿濃度為80 g/L，調漿時間為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。

1.3 評價指標

以精煤產率和浮選完善指標作為浮選結果評價指標，可燃體回收率公式和浮選完善指標公式如下[14]：

式中：Ec為浮選精煤可燃體回收率，%；γj為精煤產率，%；Aj為精煤灰分，%；Af為入料灰分。

式中：ηwf為浮選完善指標，%；Ay為計算入料灰分，%；Aj為浮選精煤灰分，%；γj為實際浮選精煤產率，%。

2 試驗結果與分析

2.1 單元浮選試驗

試驗煤樣屬于難選煤，首先進行了捕收劑用量和藥比(捕收劑用量∶起泡劑用量)的浮選探索試驗，采用常用捕收劑——柴油進行浮選試驗，結果見表3。

表3 柴油常規浮選試驗結果

由表3可知，在柴油用量為1.5 kg/t時，藥比對其浮選效果影響并不明顯，浮選完善指標提升不大。在藥比為3∶1的條件下，提高捕收劑用量，精煤產率提升效果才略為明顯，但浮選完善指標約為8.89%，因此表明此煤樣可浮性較差，常用捕收劑難以提高浮選效果。

2.2 添加月桂酸二乙醇酰胺的浮選試驗

試驗以月桂酸二乙醇酰胺的用量為主要考察因素。在浮選試驗前，首先按照1.2中配制方法進行藥劑的混合配制。在4 mL柴油中，月桂酸二乙醇酰胺添加比例為1∶20、1∶15、1∶10和1∶5。起泡劑采用仲辛醇，藥劑用量為2.0 kg/t，在藥比為3∶1條件下進行單元浮選試驗，試驗結果如圖2所示。由圖2可知，當月桂酸二乙醇酰胺添加量在1∶15以下時，隨著添加量的增加，精煤產率和浮選完善指標有明顯的提升；當添加量體積比為1∶15時，精煤產率和浮選完善指標增加的趨勢逐漸變緩，因此當添加量為 1∶15時，對浮選的促進效果較好，此時的精煤產率提高了15個百分點，浮選完善指標提高了9個百分點。在試驗過程中，浮選完善指標均不高，但是添加月桂酸二乙醇酰胺后，浮選完善指標出現上升趨勢，表明月桂酸二乙醇酰胺可以改善煤樣的疏水性。

圖2 月桂酸二乙醇酰胺添加量對浮選試驗的影響

3 月桂酸二乙醇酰胺促進機理

通過試驗可知，添加月桂酸二乙醇酰胺可以對浮選效果起到促進作用，這與烷醇酰胺內部分子結構有關，煤樣表面的含氧官能團能夠與烷醇酰胺的極性基—CONR2產生氫鍵吸附，極性基親固原子主要由O、N、S等原子組成，而烷醇酰胺基團中含有多個親固原子[15]，有利于煤粒的吸收，同時月桂酸二乙醇酰胺與捕收劑中其他表面活性成分有協同作用，對浮選過程起到了促進作用。

為了探究月桂酸二乙醇酰胺對長焰煤的浮選促進機理，將定量的月桂酸二乙醇酰胺加到不同捕收劑中進行浮選試驗，探究月桂酸與其他常用低階煤捕收劑的協同作用和疏水性改化程度，起泡劑選用仲辛醇，藥比為3∶1，選取柴油、捕收劑A和捕收劑B分別進行單元浮選試驗，其中月桂酸二乙醇酰胺添加量固定為體積比為1∶15，結果見表4和表5。

從表4和表5可以看出，B捕收劑的浮選效果要優于前兩種，在精煤灰分變化不大的情況下，精煤產率提高了10個百分點，說明藥劑提高了煤粒表面的疏水性；浮選完善指標提高到38.47%，說明捕收劑的選擇性得到改善。A、B捕收劑比柴油的可燃體回收率明顯提高，其中B捕收劑達到64.39%，浮選完善指標同樣提高了3個百分點左右，表明A、B捕收劑與月桂酸二乙醇酰胺的協同作用較柴油更強，更加有效地促進了長焰煤表面疏水性的提高，從而提高了精煤產率。