磁化煤油-AEO9捕收劑的性質及其浮選效果研究

張鵬,王志強

（中煤科工集團 南京設計研究院有限公司，江蘇 南京 210031）

浮選是處理低階細粒煤泥必要的分選方法，目前，選煤廠針對細粒難浮煤泥的浮選工藝都存在藥劑用量大，精煤產率低等問題，導致選煤廠的生產成本較高[1-3]。實際生產中通常采用煤油或輕柴油作為捕收劑。關于提高捕收劑性能的方式有藥劑改性、復配以及外加物理化學作用等，其中，煤油與表面活性劑復配應用較為成熟[4-6]。Dube等[7]將煤油與油酸乙酯進行復配，測得復配后藥劑的表觀性質、分散度等均發生明顯變化。任聰等[8]采用煤油與非離子表面活性劑進行復配作為低階煤泥浮選的捕收劑，結果得出，復配藥劑的浮選精煤產率明顯高于煤油。同時，研究學者將藥劑乳化，結果發現存在工藝冗雜，性質穩定性差等問題[9-10]。磁化處理因具有操作簡便、處理效率高等優點備受關注。邊炳鑫等[11]對柴油進行磁化處理，發現其在煤表面的吸附量相較于黃鐵礦增加一倍，且藥劑磁化可以提升煤的可浮性。為了探討磁化后捕收劑的浮選性能，李海鵬等[12]對煤油進行磁化處理，并對麻家梁煤泥進行浮選實驗，得出磁化后煤油對煤泥浮選具有一定的促進作用。本文通過對煤油-AEO9捕收劑進行磁化處理，考察其表觀性質變化，以及對低階難浮煤泥浮選效果的影響，對提高以含高嶺石煤泥水為研究對象，考察其宏觀性質和不同因素對煤泥水沉降特性的影響，對提高選煤廠處理效率和降低生產成本具有實際意義。

1 實驗部分

1.1 煤樣分析

實驗所用煤樣取自神東某選煤廠分級旋流口溢流，取樣過程嚴格按照標準MT/T 808-1999 進行。首先通過恒溫干燥箱對煤樣進行烘干，然后采用四分法對煤樣進行制備，制備后煤樣待浮選使用。

參照國家標準GB/T 30732-2014對煤樣進行工業分析，結果見表1。

表1 煤樣的工業分析/%Table 1.Industrial analysis of coal samples

參照國家標準GB/T 190933-2003對煤樣的進行粒度組成分析，將煤樣篩分成+0.5 mm、-0.5+0.25 mm、0.25-0.125 mm、-0.125+0.074 mm、-0.074+0.045 mm和-0.045 mm六個粒級，結果見表2。

表2 煤樣的粒度組成分析Table 2 Size Analysis of coal samples

由表1、2可知，該煤樣灰分為32.07%，其中，-0.045 mm粒級的煤泥產率和灰分高達61.92%和47.12%，表明煤樣中的極細粒級煤泥較多且灰分較高，即該實驗所用煤泥為高灰細粒難浮煤泥。

1.2 試劑與儀器

試劑：煤油(工業純)，脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO9)(分析純)，仲辛醇(辛醇ω＞87%)。

儀器：XFD-1.5浮選機，DL-5C真空過濾機，DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱，XL-1馬弗爐，微量進樣器，85-2磁力攪拌器，FA214電子天平，WT10A數字特斯拉計，STM-2T粘度計，JYW-200B表面張力儀。

裝置：自制磁化裝置，將藥劑放入燒杯中，直流穩壓電源提供電流通入電磁線圈進行磁化處理，通過調節電流大小改變磁場強度，同時采用攪拌器和控溫加熱儀對藥劑進行攪拌和加熱。

1.3 實驗方法

實驗以煤油-AEO9復配捕收劑（以下簡稱“捕收劑”）為研究對象，將煤油與AEO9按照質量分數比為10:1進行混合，然后進行加熱處理使其完全溶解，完成后放置待用。

本文首先以黏度和表面張力為評價指標，考察不同磁化溫度、磁場強度和磁化時間條件下捕收劑的性質。然后進行煤泥浮選實驗，浮選用水為蒸餾水，研究不同磁化條件下捕收劑對煤泥浮選效果的影響。最后在較佳磁化條件下進行煤泥浮選對比實驗。

2 結果與討論

2.1 磁化煤油-AEO9捕收劑的性質研究

2.1.1 磁化溫度對煤油-AEO9捕收劑性質的影響

在捕收劑用量為50 g，磁場強度為0.3 T，磁化時間為5 min的條件下，進行磁化溫度實驗，對結果進行三次測量后取平均值，結果見圖2。

圖2 磁化溫度對黏度和表面張力的影響Fig.2 Eあect of magnetization temperature on viscosity and surface tension of collector

由圖2可知，改變磁化溫度對捕收劑的表觀黏度有顯著影響，隨著磁化溫度的升高，其黏度呈先減小后增大趨勢，當磁化溫度為25℃時，繼續升高溫度其黏度變化趨緩，當磁化溫度為30℃時，其表觀黏度達到最小值1.32 Z/(mPa·s-1)，說明磁化溫度在25 ~ 35℃時能夠有效降低其表觀黏度。隨著磁化溫度的升高，捕收劑的表面張力先緩慢減小后快速增大，表面張力最小值同黏度基本一致，其磁化溫度在25 ~ 30℃時為較佳，溫度為30℃時表面張力為最小值24.85 V/(mN·m-1)。綜合得出，磁化溫度在25 ~ 30℃時，捕收劑的性質最有利于煤泥浮選。在選煤廠實際生產中，水溫一般為室溫條件，所以易滿足磁化溫度的要求。

2.1.2 磁場強度對煤油-AEO9捕收劑性質的影響

在捕收劑用量為50 g，磁化溫度為25℃，磁化時間為5 min的條件下，進行磁場強度實驗，對結果進行三次測量后取平均值，結果見圖3。

圖3 磁場強度對黏度和表面張力的影響Fig.3 Effect of magnetic field strength on viscosity and surface tension of collector

由圖3可知，捕收劑未磁化時的表觀黏度為1.51 Z/(mPa·s-1)，磁化后其黏度都相應減小，且隨著磁場強度的增大其黏度近似呈“V”型變化趨勢，當磁場強度為0.2 ~ 0.4 T時，捕收劑黏度處于較低水平。當磁場強度為0.3 T時，捕收劑黏度為最小值1.35 Z/(mPa·s-1)，相較于未磁化時降低了10.6%。磁化處理可顯著降低捕收劑的表面張力，當磁場強度增大至0.2 T時，繼續增大則表面張力變化不明顯，其原因是磁化作用可促進捕收劑溶液體系中氧的產生，當氧含量過多時會減小其他物質的單位體積[13-14]。當磁場強度為0.3 T時，表面張力為最小值25.03 V/(mN·m-1)，相比于未磁化時降低了11.8%。

2.1.3 磁化時間對煤油-AEO9捕收劑性質的影響

在捕收劑用量為50 g，磁化溫度為25℃，磁場強度為0.3 T的條件下，進行磁化時間實驗，對結果進行三次測量后取平均值，結果見圖4。

圖4 磁化時間對黏度和表面張力的影響Fig.4 Eあect of magnetization time on viscosity and surface tension of collector

由圖4可知，隨著磁化時間的增加，捕收劑表觀黏度急劇降低，當磁化6 min后，黏度為1.28 Z/(mPa·s-1)，繼續磁化則黏度無明顯變化。在恒定磁場作用下，經過一段磁化時間后捕收劑在氣-油-水界面達到平衡狀態，若繼續磁化則對捕收劑的性質影響較小[15]。同時，隨著磁化時間的增加，捕收劑的表面張力與黏度的變化趨勢基本相同，在磁化6 min時，表面張力為最小值24.91 V/(mN·m-1)，說明捕收劑在磁化過程中存在平衡值，即繼續增加磁化時間其性質無明顯變化。

2.2 磁化煤油-AEO9捕收劑的浮選實驗

實驗采用煤油-AEO9復配捕收劑，其用量為4 kg/t，仲辛醇為起泡劑，其用量為400 g/t，礦漿濃度為60 g/L，以精煤產率(γj)、尾煤灰分(Aw)和可燃體回收率(ε)為評價指標，考察不同磁化條件下煤泥的浮選效果。

2.2.1 磁化溫度對浮選效果的影響

在磁場強度為0.3 T，磁化時間為5 min的條件下，考察捕收劑經過不同磁化溫度處理后的浮選效果，結果見圖5。

圖5 不同磁化溫度下煤泥的浮選效果Fig.5 Effect of magnetization temperature on coal slime flotation

由圖5可知，改變捕收劑磁化溫度會對煤泥的浮選效果產生一定的影響，隨著磁化溫度的升高，精煤產率、尾煤灰分和可燃體回收率都呈先上升后下降的趨勢。當磁化溫度為25 ~ 35℃時，煤泥整體浮選效果處于較佳水平，該結果與圖2中煤油-AEO9捕收劑的性質隨磁化溫度產生的變化相一致，說明溫度較高對捕收劑的性質所造成的不利影響會直接降低煤泥的浮選效果，即在該煤泥浮選體系中，捕收劑的磁化溫度選擇25~35℃為宜，此時煤泥浮選效果較佳，且所選溫度適宜選煤廠的實際生產。

2.2.2 磁場強度對浮選效果的影響

在室溫（25℃）條件下，磁化時間為5 min，考察捕收劑經過不同磁場強度處理后的浮選效果，結果見圖6。

圖6 不同磁場強度下煤泥的浮選效果Fig.6 Eあect of magnetic field strength of coal slime flotation

由圖6可知，隨著磁場強度的增加，三個浮選指標的變化趨勢基本一致，都近似呈拱形曲線。捕收劑在經過磁化處理后對煤泥的浮選效果有明顯的促進作用，尤其當磁場強度為0.3 T時，煤泥的浮選效果較佳，精煤產率、尾煤灰分和可燃體回收率分別可達67.04%、77.65%和86.12%，與捕收劑未經磁化時相比，三個浮選指標分別提高9%、10.47%和11.62%，以上結果說明經過磁化處理的捕收劑用于該煤泥浮選使其浮選效果得到明顯改善。同時，結合圖3可以得出，磁場強度選擇0.3 T較為合適。

2.2.3 磁化時間對浮選效果的影響

實驗條件：室溫（25℃）條件下，磁場強度為0.3 T，考察捕收劑經過不同磁化時間處理后的浮選效果，結果見圖7。

圖7 不同磁化時間下煤泥的浮選效果Fig.7 Eあect of magnetization time on coal slime flotation

由圖7可知，三個浮選指標隨著磁化時間的增加而增大，當磁化處理6 min后，精煤產率、尾煤灰分和可燃體回收率分別可達68.3%、78.37%和86.82%，繼續增加磁化時間則三個浮選指標的增幅趨緩。同時，當捕收劑未經磁化處理時，其浮選效果相比于磁化處理后捕收劑作用下的浮選效果明顯較差，同樣可以說明經過磁化處理后的捕收劑有助于提高煤泥浮選效果。綜合考慮選煤廠實際生產過程中所消耗的電能、單位生產效率等因素，捕收劑的磁化時間取6 min即可。

2.3 捕收劑磁化前后的煤泥浮選對比實驗

根據以上實驗結果得出，在相同藥劑制度與實驗條件下，捕收劑的較佳磁化條件為磁化溫度25℃，磁場強度0.3 T，磁化時間6 min，在未經磁化處理和較佳磁化條件下分別進行三次煤泥浮選實驗，取平均值后的結果見圖8。

圖8 捕收劑磁化前后的煤泥浮選效果Fig.8 Coal slime flotation before and after collector magnetization

由圖8可知，捕收劑磁化后用于煤泥浮選的效果要明顯優于未磁化時，其原因是捕收劑經磁化處理后其黏度和表面張力降低，加快其在煤表面的擴散速度，促進捕收劑與煤顆粒的相互作用，提高煤的可浮性，進而改善煤泥的浮選效果。在捕收劑較優磁化條件下進行煤泥浮選實驗，得出精煤產率、尾煤灰分和可燃體回收率分別為68.71%、78.4%和87.13%，相較于未磁化時提高了10.56%、10.36%和11.74%。通過捕收劑磁化前后的煤泥浮選效果對比可以得出，經過磁化處理的捕收劑用于煤泥浮選具有明顯的促進作用。

3 結 論

（1）磁化處理能有效降低煤油-AEO9捕收劑的表觀黏度和表面張力。

（2）煤油-AEO9捕收劑經過磁化處理后用于煤泥浮選時，其精煤產率、尾煤灰分和可燃體回收率均得到明顯提高。

（3）煤油-AEO9捕收劑在磁化溫度為25 ~30℃，磁場強度為0.3 T，磁化時間為6 min時為較佳磁化條件，磁化后捕收劑的煤泥浮選效果相較于未磁化時均提高了10%。