脂肪醇对氧化煤浮选的促进作用研究

张 玉，崔广文，张运起，于文慧，李 琳

(山东科技大学 化学与环境工程学院，山东 青岛 266590)

浮选是细粒煤泥分选的主要方法，是根据矿物的表面性质差异实现分选的[1-3]。一般矿物的亲水性较强，而煤的天然疏水性较好，但当煤发生氧化后，其表面会产生大量羟基、羧基等含氧官能团，这些含氧官能团具有一定的极性，容易与水分子发生氢键吸附，在煤的表面形成水化膜，阻碍煤粒和气泡的有效碰撞和粘附[4]，从而导致煤的可浮性变差。因此，探索研发一种浮选促进剂，实现对氧化煤的有效分选回收，具有重要的研究意义。

由于含氧官能团的大量存在，使传统的非极性捕收剂很难在氧化煤的表面上铺展，因而捕收效果较差，为了获得较好的浮选效果，目前生产中必须以增加药剂的用量为代价。陈强[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选的促进剂。为此，对不同种类脂肪醇及其用量对浮选的促进作用进行了研究探索。

1 煤样性质分析

1.1 粒度组成分析

粒度组成是煤泥可浮性的影响因素之一[6]，为了了解煤样的粒度组成情况，根据GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》，对煤样进行了小筛分试验，试验结果见表1。由表1可知，该煤样总体灰分较低，为14.30%，各粒级产率分布不均匀，随着粒度的减小，各粒级灰分逐渐增高，其中：<0.074 mm粒级灰分明显高于粗粒级，<0.045 mm粒级灰分达到28.07%，且产率为25.39%。

表1 煤样粒度组成

1.2 密度组成分析

按照GB/T 478—2008《煤炭浮沉试验方法》的相关要求，对煤样进行了小浮沉试验，并根据试验结果(表2)绘制出可选性曲线。由表2可以看出，煤样中低密度级含量非常多，仅<1.3 g/cm3密度级的产率就达到40.74%，而中间密度级含量相对较少。从可选性曲线上可以查得，当要求灰分为8.0%时，精煤理论产率高达87.5%，这表明煤样中含有大量的净煤，若不能进行有效的分选回收，会造成巨大的经济损失。

1.3 表面含氧官能团分析

煤是天然的有机高分子物质，吸收红外光后能发生能级跃迁，因此可以用红外光谱来研究其结构中的基团[7]。为了了解煤样表面的氧化情况，对其进行了红外光谱分析，红外谱图如图1所示。

表2 煤样密度组成

图1 煤样红外光谱图

分析煤样红外光谱图可知，在3 390 cm-1处出现了强吸收峰，表明煤样中含有大量的—OH，在2 350 cm-1处有一个弱吸收峰，表明煤样中含有少量—COOH[8-9]。这些含氧官能团可以使煤表面形成水化膜，对煤的浮选有明显的负作用[10]。

2 浮选试验研究

浮选试验选用XFD-1.5型单槽浮选机，浮选槽实测容积为1.8 L，充气量为0.25 m3/(m2·min)，转速为2 000 r/min。试验均使用柴油作为捕收剂，GF油为起泡剂，矿浆浓度为 60 g/L，调浆时间为2 min，捕收剂作用时间为1 min，起泡剂作用时间为10 s，刮泡时间为3 min。

2.1 常规浮选试验

煤样经过氧化之后，其各项浮选指标必然会变差，为初步了解煤样的可浮性，首先对煤样进行了常规浮选试验，以探究捕收剂用量和药剂比变化对浮选效果的影响，试验结果如表3所示。

表3 常规浮选试验结果

由表3中的试验1、2、3可知，当柴油用量固定为1.0 kg/t时，药剂比变化对氧化煤的浮选效果影响非常大，药剂比每减小2，精煤产率提高近15个百分点，浮选完善指标提高10个百分点左右。因为起泡剂多为异极性物质，其极性基可以与含氧官能团相互作用，发生吸附，削弱煤表面的亲水性[11]，因此在氧化煤浮选中适当地增加起泡剂的用量，可以明显提高浮选效果。

对比编号为3、4、5的试验可知，在药剂比为6∶1的情况下，捕收剂用量从1.0 kg/t增大到2.0 kg/t，精煤产率提高了18.5个百分点，浮选完善指标提高8个百分点，但是当捕收剂用量从2.0 kg/t增大到3.0 kg/t时，精煤产率只提高了5个百分点，浮选完善指标仅提高了1个百分点。相比之下，捕收剂用量变化对氧化煤浮选效果的提升没有药剂比变化显著。

2.2 添加脂肪醇的浮选试验

在柴油用量为1.0 kg/t，药剂比为6∶1的情况下，分别考察了乙醇、正丁醇、正戊醇和仲辛醇对氧化煤浮选的促进效果，四种醇的添加量均为0.3 kg/t，并在调浆开始阶段即加入矿浆中，试验结果见表4。

表4 添加脂肪醇的浮选试验结果

分析表4可知，添加脂肪醇明显改善了氧化煤的浮选效果，精煤产率和浮选完善指标均得到提高，且精煤灰分变化不大。随着脂肪醇中碳原子数的增加，对氧化煤浮选的促进作用逐渐提升，其中添加仲辛醇时的精煤产率最高，提高了9.3个百分点，浮选完善指标提高了4.4个百分点；添加正戊醇的浮选效果最好，浮选完善指标最高，提高了5.1个百分点，精煤产率提高了8.6个百分点；添加乙醇的精煤灰分略微降低，精煤产率稍有提升，原因在于乙醇能够与水完全互溶，所以其促进作用并不明显。

由于正戊醇的浮选效果相对最好，因此以正戊醇为例进一步探究其添加量对氧化煤浮选效果的影响。试验中柴油用量为1.0 kg/t，药剂比为6∶1，正戊醇的添加量分别为0.1、0.3、0.6、1.0 kg/t。试验结果如图2所示。

图2 正戊醇添加量对浮选的影响

由图2可知，当正戊醇添加量在0.3 kg/t以下时，随着添加量的增加，精煤产率和浮选完善指标明显提高；当添加量达到0.3 kg/t以后，精煤产率和浮选完善指标增加趋于缓慢。因此，当添加量为0.3 kg/t时，对浮选的促进效果最好，此时精煤产率提高了8.6个百分点。

3 脂肪醇的促进作用机理研究

脂肪醇能够改善氧化煤的浮选效果，主要有以下两方面可能：一是脂肪醇中的羟基能够与氧化煤表面的羟基、羧基等含氧官能团形成氢键，从而有选择性地吸附在煤表面上，阻止了水化膜的形成；二是脂肪醇发挥了起泡剂的作用[12-13]，从而提升了浮选效果。

为了探究脂肪醇对氧化煤浮选的促进机理，补做了一组验证试验(试验编号10)。在其他条件相同的情况下，只是调整了脂肪醇的加药顺序，与试验8和试验3形成对比。该试验柴油用量为1.0 kg/t，药剂比为6∶1，正戊醇按照0.3 kg/t的用量与起泡剂一同加入，结果如表5所示。

表5 不同加药顺序试验结果对比

由表5中的试验10可知，当正戊醇用做起泡剂加入时，对浮选效果有一定的提升作用，使精煤产率提高了4.7个百分点，但是精煤灰分升高也较多，浮选完善指标变化不大，总体浮选效果改善甚微。相对而言，当正戊醇用做促进剂在调浆阶段加入，浮选效果得到较大提升，浮选完善指标提高了5.1个百分点。试验结果表明，脂肪醇对氧化煤的促进作用主要是由于脂肪醇中的羟基与氧化煤表面的羟基、羧基等含氧官能团形成了氢键，提高了氧化煤的可浮性。

4 结论

(1)在氧化煤的浮选中，添加脂肪醇可以改善浮选效果，提高精煤产率和浮选完善指标。

(2)脂肪醇能起到促进作用，主要因为它能通过氢键有选择性地吸附在氧化煤表面的含氧官能团上，从而提高煤的疏水性；其次是脂肪醇为异极性物质，具有一定的起泡功能。

(3)脂肪醇的烃链越长，其促进作用越明显，当其用量为0.3 kg/t左右时，对浮选的促进作用相对最好。

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