復合捕收劑M5419對金佳煤泥浮選的試驗研究

符劍剛，李 政，賈 陽，吳 凱，黃葉鈿, 鄒詩韻

(1.中南大學 化工學院，湖南 長沙 410083;2.深圳市瑞成二次資源利用研究院, 廣東 深圳 518000)

煤炭在我國的能源結構中占有主體地位，在未來相當長的時間內不會改變。對煤炭資源的有效利用，成為綠色發展的重要前提。“十二五”提出以來，在政府的政策措施和市場的作用下，我國的煤炭行業取得了長足的發展。但煤炭資源的生產中仍然存在很多問題，其中突出的是煤泥的污染以及煤資源浪費的問題。

煤泥是原煤洗選加工后的副產品，煤泥的堆放成為許多選煤廠老大難的問題，甚至導致停產。因此，煤泥的綜合利用對于我國具有重要的意義。近年來，許多科研工作者提出了很多煤泥綜合利用的途徑，普遍認為浮選是最好、最經濟的煤泥分選方法。煤油和輕柴油作為選煤最常用的捕收劑[1-2]，對煤泥浮選有良好的效果[3]。但這類藥劑屬于能源物質，工農業需求量大[4]，并且價格相對較高。近年來，許多科研工作者發現了優良的捕收劑。針對開灤煤樣和雙鴨山煤樣的浮選，荀海鑫等人[5]研制出了高效AO捕收劑，試驗結果表明其捕收性能優于煤油與柴油；沈笑君等人發現了HTP捕收劑，分別對七臺河鐵東與鶴崗新一選煤廠的煤泥進行浮選試驗，HTP捕收劑[6]的浮選效果優于煤油；施秀屏[7]等研制出MZ復合捕收劑，很大程度上節省了藥劑用量；于海選[8]等人以煤油、AR為原料制備了新型復合捕收劑，精煤的各項指標均高于傳統捕收劑。為了制備對煤捕收能力強、選擇性好的捕收劑，制定出操作簡單的藥劑制度，獲得低灰低硫的精煤產品，實現煤炭資源的高效利用，研制出復合捕收劑M5419，采用貴州盤江金佳礦選煤廠低硫高灰煤泥對其性能進行了驗證，并對煤泥進行了深度浮選。

1 試驗

1.1 藥劑與設備

(1)試驗藥劑。浮選藥劑主要包括：煤油、柴油、捕收劑M5419、仲辛醇、自制抑制劑RC-4S。其中M5419是研發的一種新型復合選煤捕收劑，該捕收劑主要成分為烷烴、芳烴、醇類、烷基茚滿類及其衍生物等，兼具起泡劑和捕收劑的雙重作用，具有選擇性好、捕收能力強、用量少、環境污染小等優點。

(2)試驗儀器。XFD1.5實驗室用1.5 L單槽浮選機(吉林省探礦機械廠)、JC2000D1接觸角測量儀(上海中晨數字技術設備有限公司)、Avatar360傅里葉變換紅外光譜儀(美國尼高力儀器公司)、YP-8T粉末壓片機(天津市金孚倫科技有限公司)、ZetaPALS高分辨Zeta電位及粒度分析儀(美國布魯克海文儀器公司)。

1.2 試驗煤樣

浮選試驗所用的煤樣取自貴州盤江金佳礦選煤廠低硫高灰煤泥，煤的工業分析、全硫分析及發熱量見表1。

表1 煤質分析

1.3 試驗方法

(1)開路浮選作業。按如圖1所示的流程進行浮選試驗。捕收劑分別選用煤油、柴油、M5419。使用M5419作為捕收劑時不加起泡劑，其余兩組加入起泡劑仲辛醇。將浮選產品過濾后，在80℃的恒溫干燥箱中烘干，稱量質量。測量產品灰分，計算產品產率、可燃體回收率以及浮選完善指標。

圖1 開路浮選試驗

(2)接觸角測量。稱取4份煤樣，質量均為20 g，置于燒杯中，加入75 mL自來水，配置成濃度為266.67 g/L的煤漿。其中3份分別加入煤油、柴油、M5419各0.012 g，另外一份配置成空白煤漿。攪拌2 min，過濾煤漿，將煤樣置于20 ℃的真空干燥箱中烘干，然后將煤樣壓成直徑為1 cm、厚度為2 mm的試片[9]。每組樣品壓三個樣，取平均值。

(3)表面Zeta電位測定。將煤泥樣磨碎并全部通過45 μm標準篩，稱取24份質量為0.05 g的煤樣，每份均加入50 mL蒸餾水。然后再分別加入煤油、柴油、M5419各6份，每份質量均為0.005 g；另6份為空白樣(PH值分別為 2、4、6、8、10、12)，用0.1 mol/L的HCl與NaOH調節pH值。在常溫下震蕩30 min，測量Zeta電位。

(4)紅外吸收光譜測定。紅外吸收光譜采用液膜法，通過DCM洗凈后也放入干燥箱保存，然后測定樣品為紅外光譜。

(5)“一粗—二掃—四精”閉路浮選作業。通過條件優化[10]，進行了如圖2所示的閉路浮選試驗。

圖2 閉路浮選試驗流程

2 結果與討論

2.1 開路浮選試驗結果

煤泥開路浮選試驗結果如表2—表4所示。

表2 柴油浮選試驗結果

表3 煤油浮選試驗結果

表4 M5419浮選試驗結果

由表2—表4可知，當柴油的用量低于800 g/t時，精煤的產率均低于56.20%，尾煤的灰分低于81.75%，可燃體回收率低于80.00%，浮選完善指標低于54.75%；當煤油的用量低于800 g/t時，精煤產率低于58.95%，尾煤灰分低于82.46%，可燃體回收率低于82.17%，浮選完善指標低于51.90%。而使用新型的M5419捕收劑，在藥劑用量為600 g/t時，精煤的產率為62.74%，相比于柴油、煤油分別提高了6.54個百分點、 3.79個百分點；尾煤灰分為85.44%，相比于柴油、煤油分別提高了3.69個百分點、2.98個百分點；可燃體回收率為87.83%，相比于柴油、煤油分別提高了7.83個百分點、5.66個百分點；浮選完善指標為56.98%，相比于柴油、煤油分別提高了2.23個百分點、5.08個百分點。相比于柴油用量為800 g/t時精煤灰分升高了3.00個百分點；相比于煤油用量為800 g/t時精煤的灰分降低了0.47個百分點。由此可知：當復合捕收劑M5419用量僅為傳統捕收劑用量的75%時，捕收性能就提高顯著；并且使用M5419作為煤泥捕收劑，不需另加入起泡劑，很大程度地降低了煤泥浮選的成本。

2.2 接觸角測量結果

接觸角是礦物在水中潤濕程度的量度，它反映了礦物的疏水程度。接觸角越大，礦物的疏水性越強，可浮性也越好[11]。接觸角的測量結果如表5所示。

表5 煤樣接觸角測量結果

通過量角法測定原煤的接觸角為64.7°，說明煤泥的自然可浮性不高，屬于難浮煤泥。而經過柴油、煤油、M5419處理后，接觸角變為82.9°，84.0°，86.4°。由此可知，通過M5419處理相對于未經處理或煤油、柴油處理時，接觸角明顯增大，說明相對于煤油或柴油，M5419對煤泥具有更強的捕收能力。

2.3 Zeta電位測量結果

Zeta電位與一個顆粒在某一特定介質中所帶的總電荷有關，確切地說，是顆粒在剪切面處的電位。pH值對煤的表面電荷有很大的影響，而表面電荷會影響捕收劑對煤的吸附。不同pH值下的表面電位的研究對煤的浮選作用具有重要意義。為了研究不同捕收劑對浮選的影響，測定了不同捕收劑在不同pH值下的Zeta電位，結果如圖3所示。

在懸浮液中加入堿性物質，顆粒會得到更多的負電[12]。所以，煤樣的Zeta電位隨著pH值的增大而不斷降低。由圖3可以看出，原煤泥的等電點為4.12 mV。通過煤油和柴油處理后，煤樣的等電點分別為6.65 mV和5.32 mV；而通過M5419處理后，煤樣的等電點變為8.56 mV。因此經M5419處理后，煤樣的等電點與原煤泥的等電點之差為4.44 mV，而經煤油與柴油處理后，電位之差僅為2.53 mV和1.20 mV。藥劑與礦物作用前后電位之差反映了礦物的活化程度[13]，電位之差越大，藥劑與礦物作用越強。因此，M5419相對于煤油和柴油捕收劑，性能更加優良。

圖3 Zeta電位測定結果

2.4 紅外光譜測定結果

三種捕收劑的紅外吸收光譜如圖4所示。

圖4 捕收劑紅外光譜

由圖4可知，三種捕收劑在3 450 cm-1處均有吸收峰，說明捕收劑中存在醇、酚—OH結構，并且存在分子間氫鍵。M5419在1 050 cm-1處和1 100 cm-1處存在吸收峰，說明M5419含有游離的伯仲羥基，而煤油和柴油中不具備。在2 850 cm-1處的峰是—CH2—的對稱伸縮振動，在2 920 cm-1處為—CH2—的不對稱伸縮振動，在2 950 cm-1處為CH3—不對稱伸縮振動。同時在指紋區1 460 cm-1處和1 372 cm-1處的峰也說明三種捕收劑存在烷烴鏈和芳環。但在720 cm-1處，煤油與柴油均有峰，而M5419在740 cm-1處有一個峰。說明煤油與柴油均含有較長的烷烴鏈，而M5419沒有長的烷烴鏈。在1 700 cm-1左右存在吸收峰，說明三種捕收劑可能存在醛或酮的羰基。M5419在1 240 cm-1處有一個較強的吸收峰，這個吸收峰可能是羧、酚、醚、醇、酯的C—O振動峰，而另外兩種捕收劑不明顯。

2.5 “一粗—二掃—四精”閉路浮選試驗結果

通過圖2的浮選試驗流程，得到如表6所示的試驗結果。

表6 閉路浮選試驗結果

由表6可知，煤泥經過“一粗—二掃—四精”的浮選試驗流程后，精煤產率為53.79%，大約1.86 t干煤泥浮選可得到1 t精煤，精煤灰分降至5.64%，可燃體回收率達到88.70%，脫灰率達93.10%，浮選尾煤灰分達到86.93%，固定碳的回收率達到99.03%，實現了煤泥的高效分離。

3 結論

(1)M5419復合捕收劑對煤的捕收能力強于煤油與柴油，并且兼具捕收與起泡雙重作用，能夠節省大量的捕收劑與起泡劑，使用便捷，是一種新型高效的選煤捕收劑。

(2)M5419與金佳礦選煤廠煤泥作用后能夠明顯提高煤的接觸角，并且該接觸角大于該煤泥與煤油和柴油作用后的接觸角。M5419與該煤泥作用前后等電點的差值也大于煤油與柴油作用前后等電點的差值，表明M5419與該煤泥的作用效果優于煤油與柴油。

(3)M5419捕收劑較另外兩種捕收劑存在游離伯仲羥基，這些游離的伯仲羥基通過氫鍵與煤作用，提高了煤的可浮性。

(4)采用M5419作為捕收劑，通過“一粗—二掃—四精”的閉路浮選作業，得到了灰分為5.64%的精煤，可燃體回收率達到88.70%，固定碳回收率達到99.03%，脫灰率達93.10%，浮選尾煤灰分達到86.93%，實現了煤泥的高效分離。

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