降低浮选泡沫稳定性的探索试验

郭建伟，苏壮飞，李正明，张坤龙，汤义春，吴大为

(1.唐山国华科技国际工程有限公司，河北 唐山 063020;2. 北京国华科技集团有限公司，北京 101300)

降低浮选泡沫稳定性的探索试验

郭建伟1，苏壮飞2，李正明1，张坤龙2，汤义春2，吴大为2

(1.唐山国华科技国际工程有限公司，河北 唐山 063020;2. 北京国华科技集团有限公司，北京 101300)

针对浮选生产中浮选泡沫过于稳定而困扰生产的问题，研究采用分步释放浮选试验结果来判断泡沫的稳定性，以煤粒粘附百分比来定量分析判断泡沫的稳定性。试验结果表明，当煤油作为捕收剂时，浮选泡沫稳定性小于轻柴油。林西选煤厂浮选入料的单元浮选试验表明：煤油、轻柴油或者两者以不同比例掺混，其浮选效果无显著性差别，从而为生产中降低浮选泡沫稳定性提供了参考。

浮选；浮选泡沫；泡沫稳定性；煤油；轻柴油

在浮游选煤过程中泡沫的稳定性对于浮选生产至关重要。泡沫的稳定性俗称粘性，是指泡沫从产生至消失所经历的时间长短。时间短者泡沫发脆，稳定性差，消泡性好；反之，时间长者泡沫发粘，稳定性好，消泡性差。浮选泡沫稳定性差不利于精煤颗粒的上浮，影响浮选精煤产率；但是，如果泡沫过于稳定，也会给选煤生产造成诸多不良影响，如：泡沫稳定性过大会使泡沫流动性变差，在溜槽、管道中自流速度缓慢，易造成外溢，严重影响生产和工作环境；泡沫稳定性过大则多数气泡在相当长时间内不会自行破裂，在泡沫池三相泡沫中，气体占大部分体积，在同样高度下，输送泵的给料静压变小以至不上料，也可造成大量泡沫外溢；此外，如果泡沫稳定性过大，则浮选尾煤中携带的泡沫可导致浓缩机的表面形成厚厚的泡沫层，严重影响循环澄清水质量，甚至造成一系列恶性循环。上述现象在我国选煤厂时有发生，只是困扰生产的程度不同而已[1-5]。

在选煤领域，有关浮选泡沫的稳定性研究不多。但是，通过分析浮选过程，认为造成浮选泡沫稳定性过大的原因不外乎以下几点：

(1)浮选煤泥粒度组成太细，气泡上粘附大量泥质后，比表面积剧增，致使泡沫不易破裂[10]。

(2)起泡剂添加量过大，气泡表面吸附了过量的起泡剂分子，易产生大量坚韧且寿命很长的气泡。

(3)所使用的起泡剂化学结构不理想。我国选煤厂常用的起泡剂是脂肪醇类的杂极性物质，一端为羟基类极性基，另一端为碳氢-烃链非极性基。如果烃链的碳原子数过多，则碳链分子间的引力较强，从而在气-液界面上互相缔结，使得气泡有过高的稳定性。

除上述三点以外，还有一个人们不太提及而确实存在的原因，即非极性烃类油捕收剂性质的影响[6]。文章将对此进行了一些探索性试验研究。

1 泡沫稳定性的判定

在浮游选煤中，为提高煤粒表面的疏水性，使气泡能够与煤粒牢固附着的浮选剂称为捕收剂。我国煤泥浮选最常用的非极性油类捕收剂是轻柴油和煤油，但它们所产生的泡沫的稳定性是不一样的，消泡性能自然不同。

目前，我国尚无评价粘附煤粒的气、液、固三相泡沫的消泡性能的标准。但是，从MT/T144—1997《选煤实验室分步释放浮选试验方法》[7]中可以看出轻柴油和煤油的消泡性能的差别。分步释放浮选试验就是通过一次粗选、多次精选的方法，将煤泥按照其在气泡上粘附的牢固程度的不同而分离成若干组分。在每次精选过程中，只添加稀释水，而不添加任何浮选剂，所以必然有煤粒从泡沫上脱落下来，因此粘附在精煤泡沫上的煤粒逐次减少。造成煤粒脱落的两种可能是：一是煤粒在气泡上的粘附强度；二是气泡的稳定性。气泡的稳定性差也就意味着它的脆性高，消泡性能好，寿命短。

表1为本次试验的几组煤样的粒度组成[8]。表2列出了根据三个煤样分步释放浮选试验结果计算出的逐次精选的泡沫上所粘附的煤粒占粗选泡沫上粘附煤粒的百分数。所使用的起泡剂为仲辛醇；捕收剂为0#轻柴油(当地采购)与煤油(因采购地不同称为煤油A、煤油B)。由表2绘制出逐次精选的泡沫上煤粒粘附百分比，如图1所示。

表1 试验煤样的粒度组成

表2 三个煤样逐次精选的泡沫上煤粒粘附百分比

图1 三个煤样逐次精选的泡沫上煤粒粘附百分比

从表2、图1可看出：

(1)即使采用同一种捕收剂(如轻柴油)，逐次精选的泡沫上煤粒粘附百分比变化情况也各不相同。从表2的数据来看，消泡性能可能与煤泥的粒度组成关系不大，但可能跟精煤泥的表面性质有关。有关煤泥表面性质与泡沫稳定性的关系，有待于进行深入地研究。

(2)不同种类的捕收剂(如轻柴油和煤油)，在同一煤样逐次精选的泡沫上煤粒粘附百分比的变化情况存在显著性差异。特别是三鑫煤样，使用煤油时，第四次精选时，煤粒粘附百分比仅为4.00%，而使用轻柴油时煤粒粘附百分比高达77.81%。

从上述分步释放浮选试验可以看出，使用煤油作为捕收剂，煤粒在气泡上的粘附力较弱，泡沫的稳定性较低。在工业生产中也可以明显地观察到，使用煤油时泡沫的消泡性能变好，浓缩机表面漂浮的泡沫量大大减少，泡沫泵输送正常。

值得注意的是，实验室试验表明，当药剂用量比正常倍增时，煤油和轻柴油的泡沫稳定性差异并不明显。

表3列出了根据林西选煤厂浮选入料分步释放浮选试验结果计算出的逐次精选的泡沫上所粘附的煤粒占粗选泡沫上粘附煤粒的百分数。该试验除进行了0#轻柴油和煤油A对比外，还进行了两者不同掺混比例的对比试验。

表3 林西选煤厂浮选入料逐次精选的泡沫上煤粒粘附百分比

根据相似相溶原理，煤油和轻柴油两者能够以任意比例掺混。从表3和图2可以看出：当煤油掺混比例达到50%时，泡沫的稳定性就会显著降低。据初步了解，在市场上煤油的货源较为紧缺，因此选煤厂可采用煤油与轻柴油相互掺混的方法来缓解浮选泡沫发粘而影响生产的问题。

轻柴油与煤油在泡沫稳定性上的差别主要在于它们的烃类含碳量上(即分子量的大小)，尽管不同的文献对轻柴油、煤油的碳原子数和分馏温度的说法不太一致，但煤油的分馏温度低、碳原子数少、分子量小却是个不争的事实。

在浮选过程中，气泡矿化形式以气絮团[1]为主(图3)，是煤粒、小油滴、小气泡的集合体。所谓泡沫稳定性好与不好实际上是指气絮团的消泡性好不好。煤粒依靠吸附在其表面的油膜与气泡粘附，小油滴又将诸多矿化气泡粘附在一起，这种粘附力的大小可能与非极性油类捕收剂的分子量有关，分子量大的捕收剂其本身的分子内聚力(范德华力)大，所以在气絮团中小油滴粘附力大，泡沫稳定。

图2 林西选煤厂逐次精选的泡沫上煤粒粘附百分比Fig.2 Percentage of coal particles adhered onto froth after each time of beneficiation of the coal sample at Linxi Coal Preparation Plant calculated using timed-release analysis method

图3 气絮团示意图

2 轻柴油、煤油的浮选指标

虽然轻柴油和煤油是我国选煤厂最为常用的捕收剂，但两者的浮选效果鲜有在公开刊物中登载过。为此，笔者搜集了一些煤样进行实验室对比试验，按GB/T4757—2013《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》[9]进行了单元试验。

2.1 起泡剂单位用量偏小时

表4所列的是起泡剂用量≤0.05 kg/t情况下三个煤样在多组试验中的浮选指标。图4为根据表4数据绘制的轻柴油和煤油的配比与浮选完善指标的关系图。

表4 0#轻柴油和煤油A单元浮选试验结果对比

图4 轻柴油、煤油配比与浮选完善指标关系

由表4和图4可以看出：

(1)从三组煤样的对比试验看，无论是浮选入料还是原生煤泥，变化趋势均是随着0#轻柴油的配比减少(即煤油质量百分比的增加)，浮选完善指标也减小。图4的左右两端就是0#轻柴油和煤油A的对比试验，显然两者的浮选效果是有差别的。

(2)在0#轻柴油和煤油的掺混体中，当煤油百分比为25%时，与0#轻柴油的浮选完善指标的差异不大，在-0.05～0.46个百分点之间。

在起泡剂用量偏小时，在相同的捕收剂用量条件下，使用轻柴油的效果要好的原因可能是，轻柴油中含有某些具有起泡性能的成分，而在煤油中这种成分很少，从而导致这种现象产生。

2.2 起泡剂用量正常时

根据GB/T4757—2013《煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法》规定：在浮选剂选择性试验时，起泡剂用量范围在0.05～0.2 kg/t之间。

表5列出的是林西浮选入料在起泡剂用量为0.1 kg/t情况下的试验结果。

表5 起泡剂用量为0.1 kg/t时0#轻柴油和煤油A单元浮选试验结果对比

从表5可以看出，无论是精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分，还是浮选完善指标，这四次试验的结果相差甚小，这些小差异也可看作是试验全过程的随机误差造成。因此可以认为，对于林西选煤厂的浮选入料，在相同药剂用量情况下，轻柴油和煤油的试验结果不存在显著性差异。

但梗阳选煤厂浮选入料的实验室单元浮选试验的结果(表6)则出现另一种情况：该厂销售精煤灰分≤9.70%，在浮选试验精煤灰分接近10%时，煤油和0#轻柴油的浮选完善指标极为相近，而随着捕收剂用量的增加，虽然轻柴油和煤油浮选完善指标均有下降的趋势，但是煤油的降幅更为显著。

由于各厂的浮选入料性质不同，要求的精煤灰分也有所差别，并且煤油、轻柴油来源也不一致，故迄今为止尚缺少充足的数据来判定两者之中哪一个效果更好一些。在浮游选煤时，使用轻柴油或煤油作为捕收剂，它们的浮选效果如何，不仅在于碳链长短，而更在于烃类油中影响捕收作用的有效组分。

石油产品烃类油的组分见图5。我国研究者的试验表明：油类的化学组分的捕收作用强弱次序为：芳香烃>烯烃>异构烷烃>环烷烃>正构烷烃；重芳香烃(多环)>轻芳香烃(单环)[3]。

表6 梗阳选煤厂浮选入料单元浮选试验结果

图5 石油产品烃类油的组分分类图

选煤厂所需的轻柴油、煤油来自于当地的石油公司，作为燃料油而言，不言而喻地要求燃烧充分，必然以饱和烷烃为主，这和浮游选煤非极性油类捕收剂的要求并不一致。此外，石油产品中还可能含有少量的含氧、含氮的非烃类物质，而这类物有助于浮选过程。由于原油产地不同，石油冶炼厂的加工工艺不同，各选煤厂使用的烃类捕收剂的性质也不尽相同，并且我国的石油供应60%依靠进口，进口石油来自亚洲、非洲、美洲多国，因此对轻柴油、煤油捕收性能进行比较具有较多的不可预测性。

3 结语

笔者采用选煤实验室分步释放浮选试验方法的试验结果，定量判断和分析了泡沫消泡性能的优劣。多次试验表明，对于降低泡沫稳定性而言，煤油的效果要好于轻柴油。该研究为选煤生产实践中降低浮选泡沫稳定性提供了有益参考，但对于各选煤厂来说，具体操作时应该先进行一些必要的实验室试验。

虽然轻柴油和煤油是我国浮游选煤生产中很常用的捕收剂，但关于二者浮选效果对比的报道却鲜见于公开专业刊物上刊载。笔者对于轻柴油、煤油的浮选效果做了一些试验对比工作，但由于石油产品来源极广，确切定论还有待于今后的继续探索。

[1] 吴大为,闫锐敏.浮游选煤技术(修订版)[M].徐州:中国矿业大学出版社,2014.

[2] 赵国玺,朱步瑶.表面活性剂作用原理[M].北京：中国轻工业出版社,2003.

[3] 单忠健，叶立贞.中国煤炭工业百科全书-加工利用：环保卷[M].北京：煤炭工业出版社,1999.

[4] 丁立亲，等.浮选的理论和实践[M].北京：煤炭工业出版社,1987.

[5] 王 琦, 习海玲, 左言军.泡沫性能评价方法及稳定性影响因素综述[J].化学工业与工程技术,2007(2).

[6] 韩来兵,付晓恒, 赵海铭,等.捕收剂和起泡剂对浮选精煤三相泡沫稳定性的影响[J].选煤技术,2015(2).

[7] MT/T 144—1997 分步释放浮选试验方法[S].

[8] GB/T 477—2008 煤炭筛分试验方法[S].

[9] GB/T 4757—2013 煤粉(泥)实验室单元浮选试验方法[S].

[10] 王 里, 李秉轩, 师天华.浮选过程中的消泡研究[J].煤炭加工与综合利用,2010(4).

Exploratory experiment on reduction of stability of flotation froth

GUO Jian-wei1, SU Zhuang-fei2, LI Zheng-ming1, ZHANG Kun-long2, TANG Yi-chun2, WU Da-wei2

(1. Tangshan Guohua Technology International Engineering Corp., Tangshan 063020, Hebei, China; 2. Beijing GUohua Technology (Group) Co., Ltd., Beijing 101300, China)

In order to tackle the problems encountered in flotation operation due to overstability of flotation froth, timed-release experiment is conducted to determine the stability of froth through quantitative analysis of the percentage of coal particles adhered onto froth. Result of experiment indicates that with the use of kerosene as collector, the froth stability is lower than in the case of using light diesel oil as collector. As evidenced by bath flotation test at Linxi Coal Preparation Plant, with the use of either kerosene or light diesel oil or a mixture of both in varying proportions, no distinct difference in flotation performance can be observed-a fact which may serve as a reference for reducing stability of froth in flotation operation.

flotation; flotation froth; froth stability; kerosene; light diesel oil

1001-3571(2016)04-0010-05

TD943

A

2015-11-30

10.16447/j.cnki.cpt.2016.04.003

郭建伟(1988—)，男，河北省唐山市人，助理工程师，从事煤质化验及煤炭洗选加工相关试验检测。

E—mail:gjw@ghkj.cn Tel: 0315—5913480

郭建伟，苏壮飞，李正明，等. 降低浮选泡沫稳定性的探索试验[J]. 选煤技术,2016(4):10-14.