磁化对弱粘煤浮选过程的影响

吴树明

(1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山063012；2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山063012)

弱粘煤是一种变质程度较低的烟煤，其挥发分含量高，粘结性弱，常作为炼焦配煤和化工原料。我国弱粘煤的热稳定性和活性较高，经提质降灰后，可作为动力煤销售使用，应用前景十分广阔。但由于弱粘煤存在遇水易泥化、疏水性差、可浮性弱及分选难度较大的问题，采用常规浮选工艺和药剂很难达到较高的精煤产率。因此，亟需对弱粘煤的结构特性和表面润湿性进行研究，以探索出解决弱粘煤难浮选的有效方法。

1 弱粘煤的结构特性

弱粘煤分子结构的核心部分排列较为整齐，侧链基团种类较多，主要是以酚羟基为主的含氧官能团。酚羟基结构不稳定，具有较强的还原性，在与氧气接触后，可被氧化为醚氧基(—O—)、酮(—CO—)、羰基(—CHO)等含氧基团。

这些基团的存在使弱粘煤润湿角θ<65°。在浮选过程中，以羟基为主的大量不饱和含氧官能团的吸附力超过了水分子之间的定向力和氢键力[1]，使含氧基团与水分子中的氢键结合。因此，水分子会被强烈吸引，并在煤表面定向紧密排列形成较厚的水化膜。当气泡与弱粘煤碰撞时，很难排开煤粒表面的水化层与之发生粘附。无论是药剂还是气泡，都很难与煤粒接触，因此弱粘煤的浮选效率大大降低。

2 磁化技术应用现状

物理学家法拉第指出，自然界中的一切物质都具有磁性，任何物质在磁场中都会发生磁化效应[2]。浮选是细粒矿物回收最有效的方法，因此，在浮选中引入磁场，有望通过磁化技术强化矿物的浮选效率。

20世纪六七十年代，一些国家进行了大量磁化浮选试验，提出了磁化处理会影响矿物浮选过程的结论，并表明磁化处理对提高矿物的回收率效果明显，有助于提高浮选速度[3]。

切尔里赫[4]等在浮选前采用极性交变磁场对矿浆和水进行处理之后，再进行浮选试验，试验结果表明：在最佳条件下，磁化处理增强了矿物表面疏水性，改善了浮选过程。硫化铜矿石进行浮选试验时，水经磁化处理后，铜的浮选回收率比普通水高出7个多百分点。

耶尔辛[5]利用一种试验型弱磁磁选装置，对合成样品(磁铁矿-石英混合矿)与一种典型的磁铁矿石进行了常规浮选，结果表明：磁浮选工艺优于常规浮选和磁选工艺，并提出某些矿石磁浮选工艺成功的主要条件是欲分离的矿物在磁选和浮选中有一定差异，同时磁性矿物最好具有较低的浮选速度。

科瓦切夫[6]等利用磁处理技术强化铜-钼硫化矿石的浮选过程，浮选用水或矿浆通过一系列的强磁场强化后，铜、钼回收率分别由81.7%、76.3%提高到86.7%、82.1%。

普拉辛[7]等研究了水的磁化处理对硫化矿和氧化物润湿性的影响。研究证明：当硫化物和氧化物与磁处理的水接触时，三相润湿接触角更大。

王秋凤[8]研究了磁化黄药对PbS、ZnS浮选效果的影响。结果表明：当黄药用量为1.5×10-5mol/L时，磁化和非磁化矿物回收率差距很大，PbS回收率提高了15个百分点，而ZnS的回收率提高了23个百分点，验证了磁化处理有利于矿物的上浮。

边炳鑫[9]等在研究浮选矿浆的磁化处理效应和机理时，证明磁化处理能引起浮选矿浆含氧量、pH值、表面Zeta电位与润湿热的变化。水和矿物颗粒的性质会对浮选矿浆磁化效应产生影响，磁化处理提高了煤的可浮性，促进轻柴油在煤表面的附着程度，消弱了轻柴油对煤矸石和黄铁矿的捕收作用，有利于强化煤泥浮选脱硫降灰的效果。

3 试验

3.1 试剂与仪器

浮选试验选用DFX-1型浮选机，浮选机单位面积充气量为0.25 m3/(m2·min)，浮选槽容积为1 000 mL；过滤设备选用CTDL5C-φ240/φ120盘式真空过滤机；捕收剂选用十二胺，用量为1.5 kg/t，起泡剂选用仲辛醇，用量为0.4 kg/t。

3.2 试验煤样

试验煤样为陕西旬邑燕家河煤矿的弱粘煤。选取煤样时，用60～1 200硬度不等的细砂纸对煤样(块煤)进行带水粗磨，再用蒸馏水清洗煤样，除去研磨时粘附在煤块表面上的煤粒和砂粒[10]。选取<0.5 mm粒级煤样，配置成若干份浓度为80 g/L的矿浆。

4 试验结果与分析

4.1 常规接触角测定与浮选试验

目前，在接触角测定时，煤样制备分为研磨面测定和压缩面测定两种方式，此次接触角测定，采用研磨面测定。利用动态润湿角分析仪测定煤与水接触角大小，结果见表1，浮选试验结果见表2。

表1 接触角测定结果

表2 常规浮选试验结果Table 2 Test result of flotation with conventional process %

由表1可知，煤样的平均接触角为46.8°，表明煤样表面疏水性差，较难浮选。通过分步释放浮选试验可知，当精煤灰分为12%时，精煤产率为33.5%。

4.2 磁化后接触角测定结果

在实验室条件下，制作U型磁铁，将水注入有机玻璃容器中，并将玻璃容器置于U型磁铁中间进行磁化处理，为了验证磁场强度对磁化效果的影响，将电流强度分别选定为1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0 A，磁化时间均为15 min。

利用动态润湿角分析仪测定不同电流强度下磁化水与煤样的接触角，测定结果见表3，绘制曲线如图1所示。

表3 磁处理后接触角测定结果

图1 电流值-接触角曲线图

从图1中可看出，水经磁化后，接触角大小发生了变化，当电流强度为1.5A时，煤与水的接触角为47.14°，随着电流强度的增加，磁场强度也不断增强，煤表面润湿角不断增加，当电流强度为9 A时，接触角为49.30°；与未经磁化时比较，煤相对于水的接触角从46.8°提高至49.30°，这表明水经磁化后,可改变煤与水之间的接触角，提高煤的疏水性。

4.3 磁化浮选试验

选取<0.5 mm粒级煤样配置成浓度为80 g/L的矿浆，在矿浆磁化时，电流强度设定为9 A，磁化处理时间为15 min；磁化后将矿浆放入浮选机，进行分步释放浮选试验，结果见表4。

表4 分步释放浮选试验结果

从表4可以看出，经过磁处理后再进行分步释放浮选试验，当精煤灰分为12%时，精煤产率为34.64%，比未经过磁化处理的精煤产率(33.5%)提高了1.1个百分点，说明磁化处理技术改善了弱粘煤与水之间的润湿性，提高了煤粒的疏水性，增加了其可浮性。

5 结语

通过磁化水试验及磁化浮选试验可以看出，水经磁化后，改变了煤与水之间的接触角大小，提高了煤的疏水性，增加了捕收剂在矿物表面的吸附量，弱粘煤表面接触角从46.8°提高到49.30°，精煤产率从33.5%提高到34.6%，水经磁化后，可改变水表面张力、电导率、粘度及pH值和溶液中氧的浓度，进而有利于药剂在矿物表面的吸附，提高矿物的浮选效果。磁化处理技术不改变生产工艺条件，只需增设磁场，无需动力，应用方便，投资少且容易屏蔽，因而发展前景广阔。但由于磁处理试验和磁化机理分析都处于初步探索阶段，试验工艺参数和机理分析仍需进行深入研究工作。