新型煤泥浮选促进剂CG的制备与作用机理

崔广文， 李彦君， 刘惠杰

(山东科技大学 化学与环境工程学院，山东 青岛 266510)

新型煤泥浮选促进剂CG的制备与作用机理

崔广文， 李彦君， 刘惠杰

(山东科技大学 化学与环境工程学院，山东 青岛 266510)

针对选煤厂浮选过程存在的问题，对浮选药剂进行改进，探讨一种新型煤泥浮选促进剂CG的制备工艺，将促进剂CG与柴油按比例配制成新捕收剂，进行浮选实验研究和相关机理分析。通过红外光谱发现新捕收剂与煤样作用后，在2 325 cm－1附近出现新的羧基吸收峰，表明新捕收剂与煤样表面发生了化学吸附;通过Zeta电位分析，发现新捕收剂对煤样的吸附使煤粒表面Zeta电位减小，表明促进剂CG的极性基与煤表面亲水的含氧官能团发生氢键吸附，除去了含氧官能团对煤浮选的不利影响，使煤粒表面的疏水性增大。结果表明，使用新捕收剂比之柴油可以较大幅度地提高精煤产率。

选煤;浮选;促进剂;作用机理

0 引言

原煤入洗比重己经成为衡量一个国家煤炭工业技术发展水平的重要指标之一［1］。2011年，我国煤炭产量已经达到32.4亿t，入洗原煤量为16.5亿t。随着综合机械化采煤技术的发展，采煤机械化程度不断提高，煤泥所占比例逐渐增大，原煤中高灰粉煤量急剧增加，目前已达25%［2］。这不但增加选煤生产成本，而且影响浮选系统的工艺效果。我国选煤厂煤泥浮选工艺普遍存在大流量、低浓度、细粒度、高药耗的问题，其中以高药耗的问题最为突出。煤泥粒度细是造成这一问题的主要原因。浮选是细粒煤和超细煤分选应用最广泛的方法。如何提高浮选效率，其中简单、见效的是对浮选药剂进行改进。改善其性能、减少其用量是主流的发展趋势。

促进剂是改善捕收剂和起泡剂效果的浮选药剂［3］，对浮选过程起到促进作用，是煤泥浮选的重要辅助药剂。笔者对新型煤泥浮选促进剂CG的制备工艺以及相关作用机理进行了实验研究。

1 促进剂制备与浮选实验

1.1 煤样性质

实验采用两种煤样，1号煤是山东新汶矿业集团莱芜鄂庄肥煤;2号煤是山西庞塔矿方山焦煤。其中1号煤为两段两产品重介旋流器及压滤处理而未经浮选的煤样，2号煤为入厂原煤中－0.5 mm煤样。按GB475－2008《商品煤样人工采取方法》进行缩分和取样，制备供煤质分析和煤泥浮选的用样。煤样元素和工业分析见表1。

表1 煤样的元素分析与工业分析Table 1 Industry analysis and elemental analysis of coal sample %

1.2 促进剂CG的制备

取松香油酸于反应容器中加热混匀，冷却至一定的温度，加入表面活性剂和NaOH溶液，经充分搅拌、反应，再加入乙醇搅匀而成。得到的促进剂CG外观为不分层浅黄透明到深棕色半透明略黏稠液体。反应式为

在表面活性剂选择实验中，考察的共有5种，分别为司班80、OP－10、DECA －3、DCE －10和 REC －9，依次对应合成促进剂促1～促5。然后分别与柴油按一定比例制备出新捕收剂。实验用样为2号煤，浮选入料质量浓度100 g/L，起泡剂用量0.1 kg/t。进行浮选实验的充气量为0.25 m3/(m2·min)。实验结果见表2，其中第1组未添加促进剂，是仅为柴油的对照组。

表2 表面活性剂选择实验Table 2 Choose experiment of surfactant

表2可见，上述五种表面活性剂，OP－10效果最优，在捕收剂用量为0.72 kg/t时，可燃体回收率达87.30%，精煤产率和灰分分别为73.07%和8.9%。REC－9效果次之，DECA－3再次，司班80效果与 DCE－10的效果均不理想。因此，选用OP－10为最优表面活性剂进行后续实验制备促进剂CG。

后续合成实验中，在反应温度为80℃、反应时间为2 h的条件下，合成的促进剂稳定性高，用其进行浮选效果相对较好。

1.3 新捕收剂的制备

将促进剂CG与柴油按一定比例配制出新捕收剂。促进剂CG在新捕收剂中占的比例为2%、4%、6%、8%、10%。假设单独使用柴油时，浮选捕收剂用量为100%，则实验中新捕收剂的使用量，为柴油用量的比例分别为40%、50%、60%。以可燃体回收率作为评价标准。对1号煤样进行实验，浮选入料质量浓度80 g/L，柴油用量1.0 kg/t，起泡剂用量0.1 kg/t，充气量为 0.25 m3/(m2·min)，其余条件保持不变。实验结果见图1、2。

实验发现，当促进剂添加量为8%或10%时，对应的精煤灰分迅速升高，都超过10%。选用促进剂CG添加量占6%这一条件，即促进剂CG与柴油的质量比为6∶94，新捕收剂使用量m为柴油用量的60%，对应浮选精煤可燃体回收率η为86.76%。

图1 促进剂占新捕收剂比例(n)与可燃体回收率的关系Fig.1 Relationship of promoting agents proportion in new collector and combustible recovery rate

图2 新捕收剂使用量与可燃体回收率的关系Fig.2 Relationship of new collector dosage and combustible recovery rate

1.4浮选实验

综合上述实验，在各种煤样对应的最佳浮选条件下，以相同的浮选参数，将柴油与新捕收剂进行对比浮选实验，结果见表3。

表3 最佳条件下柴油与新捕收剂对比实验Table 3 Contrast test of diesel and new collector in best conditions %

表3显示，添加促进剂CG后的新捕收剂有效地提高了精煤产率，提高的幅度依次为2.42%和3.92%;对应可燃体回收率分别增长了2.57%和4.33%。这说明在新捕收剂用量为柴油用量60%，即节油率达40%条件下，新捕收剂的捕收性能比之柴油有了较大提高。从选择性方面来说，新捕收剂选出来的精煤灰分及尾煤灰分都偏高，这说明新捕收剂的选择性略差。新捕收剂吸附在煤粒上的同时，也可能吸附在煤粒中某些极性成灰的矿物表面，使这些表面的疏水性也得到加强，从而进入泡沫层，使得灰分变大，导致新捕收剂的选择性较柴油差。

2 促进剂作用机理分析

2.1 红外光谱实验

对促进剂CG、柴油、促进剂CG与柴油配制而成的新捕收剂进行红外分析，对新捕收剂作用前后的2号煤样分别进行了红外光谱分析，结果见图3、4。实验使用型号为Nicolet－380的傅里叶变换红外光谱仪。

图3 促进剂、柴油及新捕收剂红外光谱Fig.3 FTIR of promoting agents diesel and new collector

图4 新捕收剂作用前后煤红外光谱Fig.4 FTIR of No.2 coal sample

由图3可见，促进剂CG在2 925、2 855 cm－1对应甲基(－CH3)、亚甲基(－CH2)的伸缩振动，说明环烷烃基团的存在;在 1 707 cm－1处对应羰基(＞C=O)的伸缩振动，对应羰基基团;在1 547 cm－1处对应芳碳(C=C)的伸缩振动。

图4可见，新捕收剂与煤样作用后，在2 325 cm－1附近出现新的羧基吸收峰［4］，表明新捕收剂与煤样表面发生了化学吸附，产生了新的官能团羧基。这是由于新捕收剂中的COO－与煤粒表面的H+作用生成了羧酸，吸附在煤粒表面，此时余下的环烷烃等部分为疏水基，指向外部，从而增大了煤粒的整体的疏水性。

另外，1 320 ～1 030 cm－1处是酚、醇、醚的特征吸收峰，为煤的极性键的体现［5］。与新捕收剂作用后该谱带的吸收峰强度减弱，峰面积明显减少，说明加入促进剂CG的新捕收剂与煤样作用后，煤粒的极性能团有所减少，从而使煤粒表面可浮区增大。

2.2 煤样的ζ电位分析

对新捕收剂作用前后的2种煤样进行ζ电位分析，结果见图5。表面电位由JS94H型微电泳仪测定。

图5 煤样的ζ电位测定Fig.5 Potential test results

图5a中，在pH 2～10范围内，随着煤样变质程度的增高，两种煤样的等电点IEP相应增加。就IEP而言，2号煤大于1号煤。这可以通过以下推论来解释，高阶煤比低阶煤对H+有更强的吸附作用，使得高阶煤在较高的pH值下就可以吸附足够的H+中和其表面负电荷，表现为具有较高的IEP 值［6］。

从图5a和b结合来看，在相同pH条件下，加入促进剂CG的新捕收剂作用后煤粒的ζ电位低于新捕收剂未作用的煤粒ζ电位，说明促进剂CG作为阴离子型表面活性剂，在水中显负电性，使得煤粒表面负电荷增加，需要吸附溶液中大量的H+，Zeta电位朝负方向增大。促进剂CG的极性基与煤表面结构中亲水性的含氧官能团发生氢键吸附，使煤粒表面的疏水性增大。

3 结论

(1)采用相对廉价的松香、油酸、NaOH等原料，并选择性地加入表面活性剂OP－10，通过控制反应条件可以合成出具有较高表面活性的促进剂CG。

(2)将合成出的促进剂CG与柴油按不同比例制备出新捕收剂。实验表明，促进剂CG添加量为6%，即促进剂CG与柴油质量比为6∶94，制备出的新捕收剂，且其使用量为柴油用量的60%，在此条件下，浮选效果最佳，同时可以节省油耗40%。

(3)对比新捕收剂和柴油在相同浮选条件下的浮选效果，添加促进剂CG后的新捕收剂比之柴油可以有效地提高精煤产率，提高的幅度依次为2.42%、3.92%，说明新捕收剂的捕收性能比柴油有了较大的提高。

(4)从红外光谱中看到，新捕收剂与煤样作用后，在2 325 cm－1附近出现新的羧基吸收峰，表明新捕收剂与煤样表面产生了新的官能团羧基，发生了化学吸附;在1 320～1 030 cm－1处酚、醇、醚的特征吸收峰减弱，峰面积明显地减少，说明加入促进剂CG的新捕收剂与煤样作用后，使得煤的极性键有所减少。

(5)在相同pH值条件下，加入促进剂CG的新捕收剂作用后，煤粒的ζ电位低于未经捕收剂作用的煤粒，新捕收剂的吸附使煤粒表面动电位减小、疏水性增强、可浮性增大，浮选精煤产率提高。

［1］李亚萍，沈丽娟，陈建中，等.煤炭浮选药剂评述［J］.选煤技术，2006(10):83－88.

［2］英国石油公司.BP世界能源统计2011:BP statistical review of world energy［EB/OL］.［2012 －04 －16］.http://www.bp.com/Statisticalreview.

［3］李彦君，崔广文，王家强，等.煤泥浮选药剂现状与发展［J］.选煤技术，2010(5):68－70.

［4］冯 杰，李文英，谢克昌.傅立叶红外光谱法对煤结构的研究［J］.中国矿业大学学报，2002，31(5):362－366.

［5］普雷士.波谱数据表——有机化合物的结构解析［M］.荣国斌，译.上海:上海华东理工出版社，2002，245－278.

［6］解维伟.煤乳化浮选药剂的制备与应用机理研究［D］.北京:中国矿业大学(北京)，2009:85－88.

Research on the preparation and application of coal slime flotation promoting agents CG

CUI Guangwen， LI Yanjun， LIU Huijie
(College of Chemical＆ Environmental Engineering，Shandong University of Science＆ Technology，Qingdao 266510，China)

Aimed at solving the problem arising out flotation process in coal preparation plant and improving flotation reagents，this paper describes a preparation process of a new coal slime flotation promoting agents CG，and a new flotation collector made by CG and diesel in a certain proportion.This paper introduces some flotation study and relevant mechanism analysis.The infrared spectroscopy shows that there occurs a new carboxyl absorption peak at around 2 325 cm－1after adding the new collector，indicating the chemisorption on collector and coal surface.The reduced ZETA electric potential after adding new collector shows that there exists hydrogen bond adsorption between polar of promoting agents CG and hydrophilic oxygen functional groups on coal surface，and the adsorption，thus making possible the removal of the adverse effects of oxygen functional groups on coal flotation and resultant increase in hydrophobicity of coal surface.It follows that the new collector gives a greatly improved yield of clean coal than diesel.

coal sorting;coal slime flotation;promoting agents;mechanism

TD94

A

1671－0118(2012)04－0368－04

2012－05－15

山东科技大学研究生创新基金项目(YCA110426)

崔广文(1963－)，男，黑龙江省七台河人，副教授，博士，研究方向:浮选药剂及粗煤泥分选，E-mail:cuiguangw@sina.com。

(编辑 徐 岩)