矿浆界面性质对煤泥浮选效果的影响

张 伟

(山西潞安环保能源开发股份有限公司 王庄煤矿，山西 长治 046031)

我国属于发展中国家，主要以煤炭资源作为我国主导能源。目前，国内外仍采用浮选的方式对煤泥进行处理[1-2]。浮选后的煤泥，品质得到提升，运输成本降低，并减少了粉尘及自燃的风险，浮选后的煤泥硫分和灰分降低，响应了国家对洁净煤技术的号召。近些年，随着煤炭开采的机械化和规模化，细粒煤含量逐渐增加，这就使得煤泥浮选效果越来越差，寻求高效的煤泥浮选方式是煤炭高效利用的前提[3]。因此，探究在浮选过程中，矿浆表面张力对浮选的影响尤为重要，同时表面张力的测定操作简单且样品消耗量小，其测定值对煤泥浮选起到一定的指导作用。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

实验用到的捕收剂为煤油、起泡剂为仲辛醇，均购于北京化工厂。

实验用到仪器有XFD-Ⅲ型1.5 L挂槽式浮选机(吉林省探矿机械厂)；JK99C型表面张力仪(岛津国际贸易(上海)有限公司)，XRMF-9X型高效节能马弗炉(鹤壁市新锐科技有限公司)。

1.2 浮选试验

待选煤样置于浮选槽内，启动浮选机搅拌2 min使其充分湿润，加入捕收剂混合1 min，再加入起泡剂10 s后开始刮泡，刮泡3 min后收集浮选槽内的精煤和尾煤，分别抽滤后称重、烧灰，求得精尾煤产率及灰分。

1.3 灰分含量的测定

准确称取灰皿质量和煤样质量，将煤样加入灰皿后记录总质量，随即放入马弗炉内，设置马弗炉温度在前30 min内升至500 ℃，继续调节温度为815 ℃，并保持815 ℃灼烧1 h，待时间到达后取出灰皿冷却至室温，准确称量灰皿此时的重量，求得煤样的灰分。

1.4 可燃体回收率的测定

可燃体是指煤样经完全燃烧后除去残留物之外的有用物质。可燃体回收率通过下边公式求得：

其中：Ad,j和Ad,y分别指浮选原煤灰分和精煤灰分；γj是指浮选精煤实际产率。

1.5 表面张力的测定

开启表面张力仪，准备好待测液，将铂金片用去离子水冲洗后，在酒精灯反复灼烧，以除去可能存在影响实验的杂质。每个待测溶液表面张力值应多次测量求取平均值。

2 结果与讨论

2.1 矿浆表面张力对弱粘煤浮选效果的影响

2.1.1 捕收剂和起泡剂用量对煤泥可燃体回收率的影响

本实验浮选用捕收剂选择煤油，起泡剂仲辛醇，调节矿浆浓度为180 g/L，捕收剂和起泡剂用量对弱粘煤可燃体回收率的影响如图1所示。

图1 捕收剂和起泡剂用量对浮选煤泥可燃体回收率的关系

从图1可以看出，对于弱粘煤浮选实验，随着捕收剂煤油和起泡剂仲辛醇用量的增加，煤泥的可燃体回收率逐渐增加，当捕收剂用量达到一定值时，可燃体回收率值达到最大，继续增加捕收剂用量，可燃体回收率值逐渐减小[5-6]；同样，起泡剂仲辛醇的量增加后，可燃体回收率会增加，但增加到一定程度后有轻微降低的现象产生。

2.1.2 捕收剂煤油用量与矿浆界面性质及煤泥浮选效果的关系

调节捕收剂用量，并测定矿浆的表面张力及浮选煤泥的可燃体回收率及精煤灰分，其结果如图2所示。

图2 捕收剂用量对矿浆界面性质及浮选的影响

从图2可以看出，矿浆表面张力值随着捕收剂用量的增加而降低，可燃体回收率和精煤灰分则呈增加趋势；当表面张力值达到一定值发生反弹回升后，可燃体回收率及精煤灰分也会降低。这是因为，煤油作为捕收剂与精煤分子结合，提高了精煤表面的疏水性，使得更多的被煤油包裹着的精煤分子涌向矿浆界面[5-6]，使得矿浆界面的表面张力降低，精煤的可燃体回收率增加；继续增加煤油的含量，精煤与煤油之间的作用趋于饱和，矿浆表面张力降到最低[5-6]，可燃体回收率也达到最大，更多的煤油分子与被包裹着煤油的精煤分子，以非极性互相吸引的方式结合，极性基团伸到外面，增加了分子亲水性，使得矿浆的表面张力回升，同时可燃体回收率及精煤灰分也发生不同程度的回升[5]。

2.1.3 起泡剂仲辛醇用量与矿浆界面性质及煤泥浮选效果的关系

调节起泡剂仲辛醇的用量，并测定矿浆的表面张力及浮选煤泥的可燃体回收率及精煤灰分，其结果如图3所示。

图3 起泡剂用量对矿浆界面性质及浮选的影响

从图3可以看出，矿浆表面张力值随着起泡剂用量的增加而降低，可燃体回收率和精煤灰分则呈增加趋势；这与捕收剂用量的变化相一致。当矿浆表面张力值达到一定值发生反弹回升后，同样煤泥的可燃体回收率及精煤灰分也会降低。这是因为，起泡剂仲辛醇的加入，增加了矿浆中空气的溶解度，降低了矿浆的表面张力[5]，此时，煤泥大部分浮于矿浆表面，提高了可燃体回收率。继续增加起泡剂含量，矿浆中溶解的空气量逐渐增加，矿浆表面集聚了更多的煤泥分子，矿浆表面张力逐渐降低[5]，可燃体回收率及精煤灰分增加，增加到一定值后，仲辛醇量继续增加只会降低矿浆中微泡的质量，使得煤泥浮选效果降低[5]。

2.2 矿浆表面张力对焦煤浮选效果的影响

选用焦煤，捕收剂煤油和起泡剂仲辛醇测矿浆表面张力对焦煤浮选效果的影响，其他实验条件不变，矿浆表面张力对焦煤的可燃体回收及精煤灰分的影响如图4和图5所示。

图4 捕收剂用量对矿浆界面性质及浮选的影响

图5 起泡剂用量对矿浆界面性质及浮选的影响

从图4和图5可以看出，对于焦煤浮选实验，随着捕收剂和起泡剂用量的增加，矿浆的表面张力迅速减小后轻微增加，焦煤可燃体回收率及精煤灰分呈现先增加后降低趋势，与对弱粘煤浮选影响的趋势相一致。但对于焦煤浮选，当达到最佳浮选效果时，煤油和仲辛醇的用量比弱粘煤浮选时少。

2.3 矿浆表面张力对无烟煤浮选效果的影响

选用无烟煤，捕收剂煤油和起泡剂仲辛醇，测矿浆表面张力对无烟煤浮选效果的影响，其他实验条件不变，矿浆表面张力对无烟煤的可燃体回收及精煤灰分的影响如图6和图7所示。

图6 捕收剂用量对矿浆界面性质及浮选的影响

图7 起泡剂用量对矿浆界面性质及浮选的影响

从图7可以看出，由无烟煤浮选实验及矿浆表面张力对可燃体回收率及精煤灰分的影响实验。可知，矿浆表面张力对弱粘煤、焦煤及无烟煤的浮选效果影响趋势相同。因为捕收剂的包裹使得精煤表面更加疏水，矿浆表面张力降低，可燃体回收率增加，而过量的煤油又使得精煤表面的疏水性降低[5-6]，矿浆表面张力又得到回升，可燃体回收率降低；同样，起泡剂仲辛醇的添加，增加了矿浆中的溶解空气，使更多的煤泥集聚在矿浆表面，矿浆表面张力降低[5]，可燃体回收率增加，过量的仲辛醇使得矿浆中的微气泡质量下降，导致浮选效果变差。

3 结 语

1) 捕收剂煤油及起泡剂仲辛醇的含量对矿浆的界面性质及煤泥在矿浆界面的分布有一定的影响；

2) 对于不同变质程度的煤泥，矿浆界面性质对其浮选效果的影响趋势相一致；达到最佳浮选效果时，所用的捕收剂煤油和起泡剂仲辛醇的用量有差异；

3) 捕收剂和起泡剂可以对矿浆表面张力起到调节作用，即对煤泥浮选及药剂与煤泥颗粒分布起到调节作用，可以对浮选药剂选择及最佳浮选条件控制起到一定的指导作用。