礦漿界面性質對煤泥浮選效果的影響

2021-09-15 05:31:04張偉

煤 2021年9期

張偉

(山西潞安環保能源開發股份有限公司王莊煤礦，山西長治 046031)

我國屬于發展中國家，主要以煤炭資源作為我國主導能源。目前，國內外仍采用浮選的方式對煤泥進行處理[1-2]。浮選后的煤泥，品質得到提升，運輸成本降低，并減少了粉塵及自燃的風險，浮選后的煤泥硫分和灰分降低，響應了國家對潔凈煤技術的號召。近些年，隨著煤炭開采的機械化和規模化，細粒煤含量逐漸增加，這就使得煤泥浮選效果越來越差，尋求高效的煤泥浮選方式是煤炭高效利用的前提[3]。因此，探究在浮選過程中，礦漿表面張力對浮選的影響尤為重要，同時表面張力的測定操作簡單且樣品消耗量小，其測定值對煤泥浮選起到一定的指導作用。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

實驗用到的捕收劑為煤油、起泡劑為仲辛醇，均購于北京化工廠。

實驗用到儀器有XFD-Ⅲ型1.5 L掛槽式浮選機(吉林省探礦機械廠)；JK99C型表面張力儀(島津國際貿易(上海)有限公司)，XRMF-9X型高效節能馬弗爐(鶴壁市新銳科技有限公司)。

1.2 浮選試驗

待選煤樣置于浮選槽內，啟動浮選機攪拌2 min使其充分濕潤，加入捕收劑混合1 min，再加入起泡劑10 s后開始刮泡，刮泡3 min后收集浮選槽內的精煤和尾煤，分別抽濾后稱重、燒灰，求得精尾煤產率及灰分。

1.3 灰分含量的測定

準確稱取灰皿質量和煤樣質量，將煤樣加入灰皿后記錄總質量，隨即放入馬弗爐內，設置馬弗爐溫度在前30 min內升至500 ℃，繼續調節溫度為815 ℃，并保持815 ℃灼燒1 h，待時間到達后取出灰皿冷卻至室溫，準確稱量灰皿此時的重量，求得煤樣的灰分。

1.4 可燃體回收率的測定

可燃體是指煤樣經完全燃燒后除去殘留物之外的有用物質。可燃體回收率通過下邊公式求得：

其中：Ad,j和Ad,y分別指浮選原煤灰分和精煤灰分；γj是指浮選精煤實際產率。

1.5 表面張力的測定

開啟表面張力儀，準備好待測液，將鉑金片用去離子水沖洗后，在酒精燈反復灼燒，以除去可能存在影響實驗的雜質。每個待測溶液表面張力值應多次測量求取平均值。

2 結果與討論

2.1 礦漿表面張力對弱粘煤浮選效果的影響

2.1.1 捕收劑和起泡劑用量對煤泥可燃體回收率的影響

本實驗浮選用捕收劑選擇煤油，起泡劑仲辛醇，調節礦漿濃度為180 g/L，捕收劑和起泡劑用量對弱粘煤可燃體回收率的影響如圖1所示。

圖1 捕收劑和起泡劑用量對浮選煤泥可燃體回收率的關系

從圖1可以看出，對于弱粘煤浮選實驗，隨著捕收劑煤油和起泡劑仲辛醇用量的增加，煤泥的可燃體回收率逐漸增加，當捕收劑用量達到一定值時，可燃體回收率值達到最大，繼續增加捕收劑用量，可燃體回收率值逐漸減小[5-6]；同樣，起泡劑仲辛醇的量增加后，可燃體回收率會增加，但增加到一定程度后有輕微降低的現象產生。

2.1.2 捕收劑煤油用量與礦漿界面性質及煤泥浮選效果的關系

調節捕收劑用量，并測定礦漿的表面張力及浮選煤泥的可燃體回收率及精煤灰分，其結果如圖2所示。

圖2 捕收劑用量對礦漿界面性質及浮選的影響

從圖2可以看出，礦漿表面張力值隨著捕收劑用量的增加而降低，可燃體回收率和精煤灰分則呈增加趨勢；當表面張力值達到一定值發生反彈回升后，可燃體回收率及精煤灰分也會降低。這是因為，煤油作為捕收劑與精煤分子結合，提高了精煤表面的疏水性，使得更多的被煤油包裹著的精煤分子涌向礦漿界面[5-6]，使得礦漿界面的表面張力降低，精煤的可燃體回收率增加；繼續增加煤油的含量，精煤與煤油之間的作用趨于飽和，礦漿表面張力降到最低[5-6]，可燃體回收率也達到最大，更多的煤油分子與被包裹著煤油的精煤分子，以非極性互相吸引的方式結合，極性基團伸到外面，增加了分子親水性，使得礦漿的表面張力回升，同時可燃體回收率及精煤灰分也發生不同程度的回升[5]。

2.1.3 起泡劑仲辛醇用量與礦漿界面性質及煤泥浮選效果的關系

調節起泡劑仲辛醇的用量，并測定礦漿的表面張力及浮選煤泥的可燃體回收率及精煤灰分，其結果如圖3所示。

圖3 起泡劑用量對礦漿界面性質及浮選的影響

從圖3可以看出，礦漿表面張力值隨著起泡劑用量的增加而降低，可燃體回收率和精煤灰分則呈增加趨勢；這與捕收劑用量的變化相一致。當礦漿表面張力值達到一定值發生反彈回升后，同樣煤泥的可燃體回收率及精煤灰分也會降低。這是因為，起泡劑仲辛醇的加入，增加了礦漿中空氣的溶解度，降低了礦漿的表面張力[5]，此時，煤泥大部分浮于礦漿表面，提高了可燃體回收率。繼續增加起泡劑含量，礦漿中溶解的空氣量逐漸增加，礦漿表面集聚了更多的煤泥分子，礦漿表面張力逐漸降低[5]，可燃體回收率及精煤灰分增加，增加到一定值后，仲辛醇量繼續增加只會降低礦漿中微泡的質量，使得煤泥浮選效果降低[5]。

2.2 礦漿表面張力對焦煤浮選效果的影響

選用焦煤，捕收劑煤油和起泡劑仲辛醇測礦漿表面張力對焦煤浮選效果的影響，其他實驗條件不變，礦漿表面張力對焦煤的可燃體回收及精煤灰分的影響如圖4和圖5所示。

圖4 捕收劑用量對礦漿界面性質及浮選的影響

圖5 起泡劑用量對礦漿界面性質及浮選的影響

從圖4和圖5可以看出，對于焦煤浮選實驗，隨著捕收劑和起泡劑用量的增加，礦漿的表面張力迅速減小后輕微增加，焦煤可燃體回收率及精煤灰分呈現先增加后降低趨勢，與對弱粘煤浮選影響的趨勢相一致。但對于焦煤浮選，當達到最佳浮選效果時，煤油和仲辛醇的用量比弱粘煤浮選時少。

2.3 礦漿表面張力對無煙煤浮選效果的影響

選用無煙煤，捕收劑煤油和起泡劑仲辛醇，測礦漿表面張力對無煙煤浮選效果的影響，其他實驗條件不變，礦漿表面張力對無煙煤的可燃體回收及精煤灰分的影響如圖6和圖7所示。

圖6 捕收劑用量對礦漿界面性質及浮選的影響

圖7 起泡劑用量對礦漿界面性質及浮選的影響

從圖7可以看出，由無煙煤浮選實驗及礦漿表面張力對可燃體回收率及精煤灰分的影響實驗。可知，礦漿表面張力對弱粘煤、焦煤及無煙煤的浮選效果影響趨勢相同。因為捕收劑的包裹使得精煤表面更加疏水，礦漿表面張力降低，可燃體回收率增加，而過量的煤油又使得精煤表面的疏水性降低[5-6]，礦漿表面張力又得到回升，可燃體回收率降低；同樣，起泡劑仲辛醇的添加，增加了礦漿中的溶解空氣，使更多的煤泥集聚在礦漿表面，礦漿表面張力降低[5]，可燃體回收率增加，過量的仲辛醇使得礦漿中的微氣泡質量下降，導致浮選效果變差。