药剂作用前后煤样颗粒与煤浆气泡作用的探究

孙 璇

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西 霍州 031412）

煤炭在我国能源结构中占有举足轻重的作用，在我国社会未来发展的很长时间范围内，煤炭消耗仍将占有主要地位。煤炭属一次能源，未经分选的煤炭不仅有用成分低、利用效率不高，且给环境带来巨大的压力。因此，在大量应用煤炭前需对煤炭进行分选处理。目前，浮游选矿是分选细粒煤最常用的方法之一[1-4]，实现煤泥高效浮选的关键是使煤颗粒与煤浆中的气泡发生稳定的矿化作用，同时尽可能阻止因夹带的无机矿物质进入精煤产品[5]。这主要是根据矿物表面物化性质的差异达到分选的目的。在此过程中，依据矿物、水、气泡、药剂之间的作用方式，再加以机械及表面活性剂的调节，最终实现煤泥的高效分选。表面活性剂是一类具有亲疏特性的有机物的总称，其与水分子作用较强的亲水基团可以吸附在亲水的界面，使其对外显示疏水性；疏水性的非极性基团也可以通过疏水作用吸附，对外表现出亲水性。这样的特性为化工过程界面的调节提供了支持[6,7]。本文选择了三种阴离子表面活性剂，通过浮选速度与表面活性剂间的关系、可燃体回收率及颗粒- 气泡的粘附几率，探究了阴离子表面活性剂作用前后，煤颗粒和煤中矿物质与气泡间的粘附几率对精煤浮选的影响。

1 实验部分

1.1 主要试剂

本试验所用到的主要试剂有：煤油（化学纯）密度为0.80g/cm3；仲辛醇（分析纯）密度为0.84g/cm3；所用的阴离子表面活性剂均购于中国日化所，有十二烷基磺酸钠C12LAS（化学纯），十二烷基二苯醚双磺酸钠C12DPPS（化学纯），十六烷基二苯醚双磺酸钠C16DPPS（化学纯）。

1.2 煤泥浮选试验

本文浮选试验使用1.5LXFD 型单槽浮选机，叶轮转速为1800r/min，充气量0.15 m3/(m2·min)，捕收剂及起泡剂的用量分别为1000g/L 和100g/t。根据刮泡 时 间0.5min、0.5min、1.0min、1.0min、2.0min 的 不同，依次得到精煤1- 精煤5 五种精煤产品和尾煤，将所得的煤样抽滤后烘干称重，置于密封袋中保存备用。

1.3 粘附几率的测定

为了描述矿物质从入料原煤进入到精煤中概率，引入“有效粘附几率”[8]的概念，表示气泡与颗粒发生碰撞后浮选过程中各精煤产品中气泡- 颗粒的粘附几率，其计算公式如下：

1）气泡- 煤颗粒粘附几率[8]，颗粒与气泡碰撞后，最终形成颗粒- 气泡联合体进入精煤产品后其煤颗粒占总煤颗粒的比值：

式中：PL为气泡- 煤颗粒粘附几率，%；mL为浮选精煤中煤颗粒质量，g；mL0为浮选入料中煤颗粒总质量，g。

2）精煤可燃体回收率。

式中：EL为精煤回收率，%；γL为浮选精煤产率，%；Ad,L为浮选精煤灰分，%；Ad,f为浮选入料灰分计算值，%。

3）气泡- 无机矿物质颗粒粘附几率。

式中：Pm,j为气泡- 煤颗粒粘附几率，%；mm,i为浮选精煤中无机矿物质颗粒质量，g；mm,o为浮选入料中无机矿物质颗粒总质量，g。

4）无机矿物质浮选回收率。

式中：Em,i为无机矿物质浮选回收率，%；γm,i为浮选矿物质产率，%

5）浮选速度[8]。

式中：vf,k为浮选速度，%；Δt为浮选时间段，s

2 结果与讨论

2.1 煤泥浮选精煤浮选速度与表面活性剂的关系

根据1.3 中浮选速度计算公式可以求得精煤经表面活性剂处理后的浮选速度，添加表面活性剂的量为30g/t，选取三种阴离子表面活性剂做对比，比较碳链长度及亲水头基差异对精煤分选浓度的影响。从图1 可以看出，添加表面活性剂后的浮选速度顺序为精煤1＞精煤2＞精煤3＞精煤4 ＞精煤5，这与实际浮选试验及文献[5]均吻合。

图1 精煤浮选速度与表面活性剂间关系

2.2 煤泥浮选时气泡- 煤颗粒粘附几率

图2 气泡- 煤颗粒年粘附几率

从图2 可以看出，经表面活性剂处理前后，PL的值差别不是很大，且整个过程中的变化趋势相似，这说明表面活性剂的吸附对PL几乎不发生较明显的影响。这是因为，阴离子表面活性剂在煤样表面由于疏水基团间的相互作用发生吸附，表面活性剂的亲水基团朝向溶液，这就增强了煤粒表面的亲水。当添加表面活性剂C12LAS 的量增加后，可燃体回收率的值减小。这是因为，随着表面活性剂用量的增加，其在煤表面形成了多层吸附。

2.3 煤泥浮选时气泡- 高岭石粘附几率

图3 气泡- 高岭石粘附附几率

从图3 可以看出，在0.5min 时，煤样经C12DPPS处理后其Pm,K值达到最大，1.0min 后，原煤及表面活性剂处理后煤样的Pm,K值几乎相差不大。这是因为C12DPPS 的加入使高岭石产生了夹带效应[8]，且阴离子表面活性剂的吸附使高岭石表面变得更加疏水，使得高岭石易浮，而C12LAS 的加入反而抑制了高岭石的可浮性。

2.4 煤泥浮选时气泡- 方解石粘附几率

图4 气泡- 方解石粘附附几率

图4 表明，原煤及吸附C12LAS 后的Pm,C 的值相差不大；而吸附C12DPPS 和C16DPPS 后，在前3.0min 内，Pm,C 值波动较大，这是因为C12DPPS 与C16DPPS 均含有两个苯环和醚基，而C12DPPS 使方解石容易与气泡发生粘附进入到精煤中[8]，且阴离子表面活性剂的加入对方解石的污染没有抑制作用。

2.5 煤泥浮选时气泡- 石英粘附几率

图5 气泡- 石英粘附附几率

从图5 可以看出，在前1.0min 中，表面活性剂的加入反而显现出相反的结果，1.0min 后，表面活性剂的加入对其Pm,Q 的值几乎不发生影响，且Pm,Q 相差特别小。这说明阴离子表面活性剂的加入对石英的浮选回收抑制很明显。这是因为石英属于亲水矿物，阴离子表面活性剂的吸附使其亲水性增加。

3 结 论

1）煤泥浮选过程，刮泡的前0.5min 内，表面活性剂的处理使得煤颗粒- 气泡的粘附几率达到最大值，其余时间段，表面活性剂对其粘附几率影响较小；

2）阴离子表面活性剂的加入可以抑制高岭石对精煤的污染，反而增加石英方解石对煤样的精煤浮选的影响。