脂肪醇對氧化煤浮選的促進作用研究

張 玉，崔廣文，張運起，于文慧，李 琳

(山東科技大學 化學與環境工程學院，山東 青島 266590)

浮選是細粒煤泥分選的主要方法，是根據礦物的表面性質差異實現分選的[1-3]。一般礦物的親水性較強，而煤的天然疏水性較好，但當煤發生氧化后，其表面會產生大量羥基、羧基等含氧官能團，這些含氧官能團具有一定的極性，容易與水分子發生氫鍵吸附，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]，從而導致煤的可浮性變差。因此，探索研發一種浮選促進劑，實現對氧化煤的有效分選回收，具有重要的研究意義。

由于含氧官能團的大量存在，使傳統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，目前生產中必須以增加藥劑的用量為代價。陳強[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劑。為此，對不同種類脂肪醇及其用量對浮選的促進作用進行了研究探索。

1 煤樣性質分析

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GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》，對煤樣進行了小篩分試驗，試驗結果見表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粒級灰分達到28.07%，且產率為25.39%。

表1 煤樣粒度組成

1.2 密度組成分析

按照GB/T 478—2008《煤炭浮沉試驗方法》的相關要求，對煤樣進行了小浮沉試驗，并根據試驗結果(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密度級的產率就達到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，當要求灰分為8.0%時，精煤理論產率高達87.5%，這表明煤樣中含有大量的凈煤，若不能進行有效的分選回收，會造成巨大的經濟損失。

1.3 表面含氧官能團分析

煤是天然的有機高分子物質，吸收紅外光后能發生能級躍遷，因此可以用紅外光譜來研究其結構中的基團[7]。為了了解煤樣表面的氧化情況，對其進行了紅外光譜分析，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處出現了強吸收峰，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]。這些含氧官能團可以使煤表面形成水化膜，對煤的浮選有明顯的負作用[10]。

2 浮選試驗研究

浮選試驗選用XFD-1.5型單槽浮選機，浮選槽實測容積為1.8 L，充氣量為0.25 m3/(m2·min)，轉速為2 000 r/min。試驗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 常規浮選試驗

煤樣經過氧化之后，其各項浮選指標必然會變差，為初步了解煤樣的可浮性，首先對煤樣進行了常規浮選試驗，以探究捕收劑用量和藥劑比變化對浮選效果的影響，試驗結果如表3所示。

表3 常規浮選試驗結果

由表3中的試驗1、2、3可知，當柴油用量固定為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，精煤產率提高近15個百分點，浮選完善指標提高10個百分點左右。因為起泡劑多為異極性物質，其極性基可以與含氧官能團相互作用，發生吸附，削弱煤表面的親水性[11]，因此在氧化煤浮選中適當地增加起泡劑的用量，可以明顯提高浮選效果。

對比編號為3、4、5的試驗可知，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，精煤產率提高了18.5個百分點，浮選完善指標提高8個百分點，但是當捕收劑用量從2.0 kg/t增大到3.0 kg/t時，精煤產率只提高了5個百分點，浮選完善指標僅提高了1個百分點。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

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效果，四種醇的添加量均為0.3 kg/t，并在調漿開始階段即加入礦漿中，試驗結果見表4。

表4 添加脂肪醇的浮選試驗結果

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

由于正戊醇的浮選效果相對最好，因此以正戊醇為例進一步探究其添加量對氧化煤浮選效果的影響。試驗中柴油用量為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。試驗結果如圖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，精煤產率和浮選完善指標明顯提高；當添加量達到0.3 kg/t以后，精煤產率和浮選完善指標增加趨于緩慢。因此，當添加量為0.3 kg/t時，對浮選的促進效果最好，此時精煤產率提高了8.6個百分點。

3 脂肪醇的促進作用機理研究

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機理，補做了一組驗證試驗(試驗編號10)。在其他條件相同的情況下，只是調整了脂肪醇的加藥順序，與試驗8和試驗3形成對比。該試驗柴油用量為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，結果如表5所示。

表5 不同加藥順序試驗結果對比

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

4 結論

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

(2)脂肪醇能起到促進作用，主要因為它能通過氫鍵有選擇性地吸附在氧化煤表面的含氧官能團上，從而提高煤的疏水性；其次是脂肪醇為異極性物質，具有一定的起泡功能。

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

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