腐植酸钠对煤泥浮选抑制规律的研究∗

王之春　董宪姝(太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024)



腐植酸钠对煤泥浮选抑制规律的研究∗

王之春董宪姝
(太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024)

摘 要为了解决高灰细粒煤泥浮选降灰难的问题,以腐植酸钠为抑制剂进行了不同用量条件下的煤泥浮选试验、浮选产品与腐植酸钠改性试验,对改性前和改性后的产品进行接触角测量和FTIR分析,并对浮选精煤进行X射线衍射分析。试验结果表明,腐植酸钠易吸附在尾煤上,提高煤系矿物质亲水性可抑制其上浮,进而达到降低精煤灰分,改善浮选效果的目的。当腐植酸钠用量为900g/t时,浮选精煤灰分为16.18%,比未添加腐植酸钠浮选精煤灰分降低了10.4%,浮选完善指标升高了14.17%,浮选效果最佳。

关键词煤泥浮选 腐植酸钠 FTIR分析 XRD分析

现阶段我国煤炭洗选工艺中,浮选仍是细粒煤分选最有效的方法。然而,随着机械化采煤程度的提高,原煤中细粒煤含量增加,大量的粘土类矿物混入到细粒煤中,使高灰细粒煤的分选成为一项难题。对于高灰难选细粒煤的分选,在浮选过程中添加抑制剂来抑制粘土类矿物上浮,从而降低精煤的灰分以及改善浮选效果,是较有效的方法之一。有研究人员在浮选中加入水玻璃、CMC和淀粉等,扩大了煤与矿物质表面亲疏水性的差异,达到抑制矿物质以提高精煤质量的目的;也有研究人员对亚硫酸钠、淀粉、单宁和CMC这4种抑制剂的抑制效果进行了对比分析,发现其对矿物质的抑制均有选择性和局限性。

本文通过在浮选中加入腐植酸钠作为抑制剂进行浮选试验,取得了较理想的效果。腐植酸是一种大分子直链螺旋体结构的有机酸,能够吸附在高岭石和蒙脱石等矿物质表面,可以改变其表面性质。腐植酸富含于泥炭、褐煤、风化煤和氧化煤中,已被广泛应用于赤铁矿等矿石的浮选。对于腐植酸钠在高灰细粒煤中抑制作用的研究,不仅可以为高灰细粒煤的降灰途径提供一种较有效的参考,同时对氧化煤的开发利用具有重大意义。

1　试验部分

1.1试验仪器及药剂

实验室选用1.5L的XFD－3型单槽式浮选机、德国布鲁克TENSOR27型傅里叶变换红外光谱仪、Miniflex600型X射线衍射仪以及HARKE-SPCA型接触角测定仪。

抑制剂为腐植酸钠(自制)、捕收剂为煤油(化学纯)以及起泡剂为仲辛醇(化学纯)。

1.2煤样分析

试验煤样为王家岭气煤,经破碎筛分至0.5mm粒级以下,其水分含量为2.25%、灰分含量为36.62%、挥发分为26.37%以及固定碳含量为34.76%。

根据《煤炭行业标准煤粉筛分试验方法》(GB/T477－2008)的规定,分别采用筛孔为0.25mm、0.125 mm、0.074 mm和0.045 mm的标准筛对该煤样进行粒度分析试验,原煤粒度分析结果见表1。

表1　原煤粒度分析结果

由表1可以看出,0.25mm和－0.045mm粒级为主导粒级,灰分含量均较高。由于灰分随粒级分布较为均匀,可知难以通过对粒级的选择来实现高效分选。

1.3药剂最佳用量探索

按照《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》(GB/T4757－2001),试验条件如下:当矿浆浓度为100g/L、充气量为0.25 m3/h、搅拌速度为1800r/min时,煤油用量分别为200g/t、500g/t、1000g/t、1500g/t、2000g/t和2500g/t,仲辛醇用量分别为50g/t、100g/t、150g/t、200g/t、250g/t和300g/t,进行捕收剂和起泡剂最佳用量探索试验,结合精煤产率、灰分和浮选完善指标,经比较分析得知,当捕收剂用量为2000g/t及起泡剂用量为200g/t时,精煤产率为75.71%,精煤灰分为25.68%浮选完善指标为35.67%。

1.4分步释放试验

分步释放试验是了解在一定灰分条件下理论上所能达到的最大产率,分步释放浮选曲线图如图1所示。按照《选煤实验室分步释放浮选试验方法》(MT/T144－97),在药剂最佳用量的条件下试验,分布释放试验结果见表2。 %

图1　分步释放浮选曲线图

表2　分布释放试验结果

由图1和表2可以看出,经过粗选及一次精选后,累计产率降为68.6%,平均灰分降到了21.62%,说明一次精选过后精煤灰分降低的效果很好,但精煤灰分仍较高。由曲线β可知,当精煤灰分降到了10%左右时,精煤的理论产率为15%左右,产率较低,由此可分析出即使通过多次精选,精煤也很难得到高产率的低灰精煤,所以尝试添加一定比例的腐植酸钠,在降低精煤灰分的同时保证了其产率。

1.5腐植酸钠作抑制剂浮选试验

按照《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》(GB/T4757－2001),试验条件如下:当矿浆浓度为100g/L、充气量为0.25 m3/h、搅拌速度为1800r/min、捕收剂用量为2000g/t以及起泡剂用量为200g/t时,改变腐植酸钠的用量进行试验,试验简易流程如图2所示。

图2　试验简易流程图

由图2可以看出,按照矿浆浓度为100g/L向浮选槽内加入一定质量的煤样,搅拌2min,使其充分润湿。依次加入抑制剂腐植酸钠,再搅拌2min后加入捕收剂煤油,再搅拌1min后最后加入起泡剂仲辛醇,搅拌10s,打开充气阀门,刮泡3min。刮出浮物即为精煤,槽内产物为尾煤。

不同用量腐植酸钠浮选试验结果见表3,浮选精煤产率、灰分和浮选完善指标关系如图3所示。

表3　不同用量腐植酸钠浮选试验结果

由表3和图3可以看出,随着腐植酸钠用量的增加,精煤灰分有所降低,同时精煤产率也呈下降趋势,说明腐植酸钠在抑制矿物质上浮的同时,对精煤也存在一定的抑制作用。当腐植酸钠用量为900g/t时,精煤灰分降到16.18%,相对未添加腐植酸钠浮选精煤灰分降10.4%,精煤产率下降了19.31%,此时浮选完善指标达到最大值49.84%,提高14.17%,实际上改善了浮选效果。

图3　浮选精煤产率、灰分和浮选完善指标关系

分步释放与添加抑制剂浮选试验精煤产率和灰分的关系对比分析如图4所示。

图4　分步释放与添加抑制剂浮选试验精煤产率和灰分的关系

由图4可以看出,在同一精煤灰分下,添加腐植酸钠浮选后的精煤产率高于通过多次精选时的精煤产率,在精煤灰分为18%左右时,精煤产率提高约12%,由此可知通过添加腐植酸钠降灰提质效果较理想。

2　机理探索

2.1腐植酸钠对浮选产品影响的探究

以灰分为10.03%的精煤和灰分为73.28%的尾煤为模拟样煤和煤系矿物质与不同用量腐植酸钠的改性进行试验。

取10g样品,加水至100mL,制备矿浆浓度为100g/L的浆体,加入一定比例腐植酸钠: 0g/t、300 g/t、600 g/t、900 g/t、1200 g/t、1500g/t、2000g/t和2500g/t,常温搅拌10min进行吸附改性和过滤干燥后,进行接触角θ的测量,并计算其可浮性K (K＝1－Cosθ)。改性试验结果见表4,精煤和尾煤可浮性下降率及可浮性差值与腐植酸钠用量关系如图5所示。

表4　改性试验结果

图5　精煤和尾煤可浮性下降率及可浮性差值与腐植酸钠用量关系

由表4和图5可以看出,添加腐植酸钠改性后,精煤和尾煤的可浮性随着腐植酸钠用量的增加均呈下降趋势,可知腐植酸钠对精煤和尾煤均有一定的抑制作用。随着腐植酸钠用量的增加,精煤可浮性降低缓慢,且当腐植酸钠用量达1500g/t后,其可浮性基本稳定不变,而尾煤可浮性下降率高于精煤,且保持较快下降趋势,说明腐植酸钠对尾煤的抑制作用较强。同时随着|△k|的不断增大,即精煤和尾煤改性后的可浮性差异越来越大。由此可知腐植酸钠可以起到抑制煤系矿物质上浮,改善浮选效果的作用。

2.2浮选产品改性前和改性后红外光谱分析

对腐植酸钠用量为900g/t改性前和改性后的精煤和尾煤进行红外光谱分析,探究腐植酸钠的吸附机理。红外谱图中主要吸收峰的归属见表5,精煤和尾煤改性前和改性后产品的红外谱图分别见图6和图7。

表5　主要红外光谱吸收峰的归属

由表5可以看出,腐植酸钠红外谱图在3690cm－1和3450cm－1左右出现－OH伸缩振动吸收峰,1710cm－1左右出现－C＝O伸缩振动吸收峰,1250cm－1左右出现Ar－O－Ar＇的伸缩振动吸收峰,可知腐植酸钠含有大量亲水基团,即羟基、羧基和醚氧基。

图6　精煤改性前和改性后FTIR谱图

由图6可以看出,精煤的特征吸收峰在添加腐植酸钠前、后基本上没发生变化,即吸附前、后没有新的官能团产生,说明腐植酸钠与精煤基本上不发生吸附作用。

图7　尾煤改性前、后FTIR谱图

由图7可以看出,吸附前、后的尾煤特征吸收峰变化最明显的是1710cm－1和1250cm－1左右处,出现－C＝O伸缩振动吸收峰和Ar－O－Ar＇振动吸收峰,同时在3690cm－1、3600cm－1和1620cm－1左右处的吸收峰得到了加强。从以上分析可以推断,腐植酸钠更易吸附到矿物质表面,增加了矿物质表面的亲水性,达到抑制矿物质上浮的效果。

2.3浮选产品X射线衍射分析

对不同用量腐植酸钠浮选精煤做X射线衍射分析。原煤XRD图谱如图8所示,抑制剂用量为0g/t(①)、900g/t(②)和2000g/t(③)时XRD图谱如图9所示。

图8　原煤XRD图谱

图9　抑制剂用量0g/t(①)、900g/t(②) 和2000g/t(③)时XRD图谱

依据XRD图谱,利用RIR参比强度法对原煤及系列浮选精煤中矿物质的组分含量百分比进行定量分析,结果见表6。

表6　RIR参比强度法定量结果

由图8、图9和表6可以看出,原煤中的主要矿物质有4种,即高岭石、石英石、方解石和方钠石。在煤油和仲辛醇用量最优的条件下,浮选精煤中石英石和方解石含量降低,但矿物质组成没变。由于腐植酸钠的加入,浮选精煤中矿物质组成发生改变,其中石英石和方解石得到完全抑制而消失,且随着腐植酸钠用量的增加,高岭石含量百分比逐渐降低、方钠石百分比含量逐渐增高,说明腐植酸钠对高岭石有较理想的抑制效果,但对方钠石几乎没作用。综合分析可知,腐植酸钠对煤系矿物质抑制效果理想。

3　结论

(1)腐植酸钠降灰效果显著,但同时会对精煤产率造成一定影响。当腐植酸钠用量为900g/t 时,浮选效果最佳。

(2)对于高灰细粒煤泥浮选,添加腐植酸钠降灰提质与通过多次精选降灰相比较提质效果更为理想。

(3)腐植酸钠较易吸附到煤系矿物质表面,提高矿物质亲水性,抑制其上浮,进而改善浮选效果。

参考文献:

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(责任编辑王雅琴)

★煤矿安全★

Researchondepreesantlawofsodiumhumateonthecoalflotation

WangZhichun,DongXianshu
(CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan,Shanxi030024,China)

AbstractInordertosolvetheproblemofreducingashdifficultduringhighashultrafine coalflotation,theauthorsconductedcoalslimeexperimentandflotationproductionwithsodium humatemodifiedtestsunderdifferentdosageconditionsofusingsodium humatedepressant, measuredcontactangleandanalyzedFTIRoftheproductsbeforeandafterthemodifying,and conductedX-raydiffractionanalysisofcleancoalflotation. Theresultsshowedthatsodiumhumateeasilyabsorbedontailcoal,improvingcoalmeasuresmineralhydrophiliccouldinhibitfloatingtoreduceashofcleancoalandimproveflotationeffects. Whenthedosageofsodiumhumate was900g/t,theashofcleancoalflotationwas16.18%whichless10.4%thanthenosodiumhumateaddingcondition. Thefaultlessindexofflotationraised14.17%whichwerebestflotationeffect.

Keywordscoalflotation,sodiumhumate,FTIRanalysis,XRDanalysis

中图分类号TQ536.92

文献标识码A

基金项目:∗节能减排技术研究专项——煤泥处理成套工艺、技术和关键设备研究与应用(20130313001－2)

作者简介:王之春(1990－),男,安徽宿州人,太原理工大学在读硕士研究生,主要研究方向为矿物加工工艺设备与理论。