动力煤反浮选的试验研究

耿琳琳 杨润全 王 豪 王怀法

（太原理工大学矿业工程学院，山西省太原市，030024）

1 概述

浮选是细粒级煤泥主要的分选方法，分为正浮选和反浮选。常规浮选中，用烃类油作捕收剂，煤成为泡沫产品，高灰矿物质成为槽内产品。反浮选就是加入煤的抑制剂和矿物质的捕收剂，使矿物质成为泡沫产品。

国内相关专家进行过煤泥的反浮选试验研究，选用糊精作抑制剂、松油醇作起泡剂，当十二胺（DDA）用量为1200g／t时，反浮选效果较好，浮尾（精煤）的灰分降至12.04%，浮精与浮尾灰分相差了15.87%。也有专家选用糊精作为抑制剂，仲辛醇作为起泡剂，先用起泡剂浮起易浮煤之后，再用十二胺盐酸盐和十六烷基三甲基溴化铵作捕收剂，浮尾灰分最低分别降至8.09%和10.27%，十二胺对煤泥的反浮选效果比十六烷基三甲基溴化铵好。另有专家选用十二烷基三甲基溴化铵（DTAC）作为捕收剂对煤泥反浮选进行了研究，选用糊精作抑制剂、单宁酸作分散剂，当浮选入料的灰分为34.6%时，加入1375g／t的DTAC，精煤的灰分降至16.7%，产率达到50.4%。

众多试验后发现需要大量的捕收剂，并提出零调浆的概念。零调浆是直接基于浮选系统的热力学分析而提出的新概念，在零调浆过程中，捕收剂进入矿浆时与气泡碰撞吸附在泡沫的表面，然后再接触离子表面。传统浮选中，气泡与附着有捕收剂的矿物颗粒表面直接碰撞，传统浮选方法见图1。浮选药剂溶解 （或分散）在矿浆中通常要通过一个调节过程，而在零调浆中捕收剂进入浮选槽，浮选过程开始没有提供任何时间调节矿浆，使得附着有捕收剂的气泡与颗粒表面发生碰撞，零调浆技术见图2。在反浮选中，零调浆主要用来促进脉石矿物的浮选。

图1 传统浮选方法

图2 零调浆技术

在处理煤泥时，由于煤颗粒表面的天然疏水性较好，正浮选成为最常用的有效分选方法。但是，在浮选入料中精煤量远大于其它矿物质，这将加大浮选设备的负荷，同时使得能耗增大。浮选煤矸石可使泡沫产品产量从50%～70%降低到30%～50%的范围，大大降低了浮选设备的承载能力。此外，由于低阶煤和氧化煤的总疏水性较低，难以采用传统浮选进行煤泥的分选，使得这部分氧化煤和低阶煤多数被抛弃或废置，造成了资源浪费。因此，研究反浮选对尾煤的再选和难浮煤泥的浮选很有意义。

2 煤样性质与试验方法

2.1 煤样性质

煤样取自山西平朔某矿，属动力煤，其工业分析如下：Mad为1.99%，Ad为38.47%，Vdaf为38.42%，FCdaf为37.14%，煤样为高水、高灰、高挥发分以及中低等固定碳的煤。

参照GB／T19093-2003 《粉煤筛分试验方法》，将试验煤样经过筛分后分成4个粒级，分别是0.25～0.125mm、0.125～0.074mm、0.074～0.038mm 和-0.038mm，煤样筛分试验结果见表1。

由表1可以看出，煤样中0.25～0.125mm 粒级的产率占9.37%，含量较少，而-0.038mm 粒级细煤泥的产率占到了33.47%。同时煤样各粒级灰 分 分 布 较 均 匀， 均 在 37% 左 右， 只 有-0.038mm粒级的灰分与其它粒级相比较高，达到了39.03%。

表1 煤样筛分试验结果表

2.2 试验方法

浮选试验采用XFD-1型单槽浮选机，浮选槽的容积为1L。矿浆浓度为60g／L，调浆时间为3 min。捕收剂分别选用DDA 和DTAC，均为分析纯，起泡剂选用仲辛醇，选用糊精做抑制剂。试验前，先将DTAC 和糊精均配制成1%的水溶液备用，DDA 与盐酸按照摩尔比1∶1混合，配成浓度为1%的十二胺盐酸盐水溶液。试验过程中，酸性矿浆采用稀盐酸调整，碱性矿浆采用氢氧化钠调整。试验采用4种方案进行：

（1）方案一：只添加DTAC 或DDA，浮选药剂按照捕收剂、起泡剂的顺序添加，时间间隔分别是1min和10s，刮泡时间为5min。

（2）方案二：零调浆，不加糊精，加药顺序为起泡剂、捕收剂，起泡剂加入10s后直接起泡，此时添加捕收剂并开始刮泡，刮泡时间5min。

（3）方案三：不使用零调浆，加入加捕收剂DTAC或DDA，并加入糊精，浮选药剂按照抑制剂、捕收剂、起泡剂的顺序依次添加，时间间隔分别为2min、1min和10s。

（4）方案四：零调浆，并加入糊精。操作同方案二，只是加入起泡剂前先加入糊精。

3 试验结果与分析

3.1 不同捕收剂对煤泥反浮选的影响

3.1.1 DTAC捕收剂对煤泥反浮选试验的影响

当使用糊精的用量为1500g／t、仲辛醇的用量为100g／t时，DTAC 的用量和零调浆对浮选精矿产率和灰分的影响见图3和图4，DTAC 的用量和零调浆对浮选尾矿产率和灰分的影响见图5和图6。

由图3和图4可见，随着DTAC 用量的增加，浮选精矿的产率呈增大趋势。零调浆的加入可以减少药剂用量，提高浮选精矿产率。当DTAC 的用量均为1500 g／t 时，常规浮选精矿产率为49.63%，而使用零调浆后浮选精矿产率为58.04%，提高了8.41%。糊精的加入降低了浮选精矿产率，但却明显提高了选择性。不加入糊精时，浮选精矿灰分最高41.26%，加入1500g／t的糊精后，浮选精矿灰分最高可达56.77%。

图3 DTAC的用量和零调浆对浮选精矿产率的影响

图4 DTAC的用量和零调浆对浮选精矿灰分的影响

图5 DTAC的用量和零调浆对浮选尾矿产率的影响

由图5 和图6 可见，浮选尾矿的产率随着DTAC用量增加而呈现降低的趋势。当DTAC 的用量为2000g／t时，浮选精矿的灰分为49.15%，浮选尾矿的灰分为23.48%，浮选精矿灰分和浮选尾矿灰分差值达到25.67%，此时取得较理想的结果。

图6 DTAC的用量和零调浆对浮选尾矿灰分的影响

3.1.2 DDA 捕收剂对煤泥反浮选的影响

当使用糊精的用量为1500g／t、仲辛醇的用量为60g／t时，DDA的用量和零调浆对浮选精矿产率和灰分的影响见图7和图8，DDA 的用量和零调浆对浮选尾矿产率和灰分的影响见图9和图10。

图7 DDA 的用量和零调浆对浮选精矿产率的影响

图8 DDA 用量和零调浆对浮选精矿灰分的影响

图9 DDA 用量和零调浆对浮选尾矿产率的影响

图10 DDA 用量和零调浆对浮选尾矿灰分的影响

由图7～图10 可知，当使用的DDA 用量为500g／t时，浮选精矿的灰分为25.35%，浮选尾矿的灰分为49.20%，浮选尾矿的产率为49.48%，可以实现正浮选。继续增加DDA 的用量到800g／t时，浮选精矿的灰分为30%左右，浮选尾矿的灰分为60%左右，浮选尾矿的产率降低至15%左右。单独添加DDA 时，由于低阶煤表面含氧官能团较多，在矿浆中添加阳离子表面活性剂DDA 可以提高低阶煤浮选效果。糊精能抑制有机化合物，对煤有很好的抑制效果。加入1500g／t的糊精后，浮选精矿灰分在50%以上，浮选尾矿灰分可到20%以下。

DDA 是很好的煤的表面活性剂，但并不能达到反浮选的效果。DDA 用量的增加使得浮选精矿的产率随之增加。不使用零调浆，当DDA 的用量为1000g／t时，浮选精矿产率41.4%；加入零调浆后，DDA 的用量为800g／t，浮选精矿产率为50.58%。浮选尾矿产率随着DDA 用量增加而呈现降低的趋势。当DDA 用量为800g／t时，浮选精矿的灰分为54.38%，浮选尾矿的灰分为19.72%，浮选精矿灰分和浮选尾矿灰分差值最大为34.66%，此时取得最理想的结果。

综上分析，零调浆技术可以降低药剂用量，DDA 作为捕收剂可以使用反浮选。

3.2 矿浆pH 值对煤泥反浮选试验的影响

3.2.1 DTAC为捕收剂时矿浆pH 值对反浮选试验的影响

当DTAC 用量为2000g／t、仲辛醇用量为100g／t以及糊精用量为1500g／t时，pH 对浮选精矿及尾矿的产率和灰分的影响见图11和图12。

图11 pH 值对浮选精矿产率和灰分的影响

图12 pH 值对浮选尾矿产率和灰分的影响

由图11和图12可以看出，在矿浆pH 值为4时，浮选精矿灰分最高可达54.49%，浮选尾矿的产率为54.94%，浮选尾矿的灰分为22.91%，取得了较理想的效果。高岭石晶体层面和端面的荷电机理不同，其端面荷电是表面原子的选择性吸附和解离而成，并随着pH 值的变化而变化，其层面荷电为金属离子的晶格取代永久负电荷且不随溶液pH 值变化而改变，试验测得高岭石IEP值为3.6。因此，胺类捕收剂分选高岭石矿物的最佳pH 范围应是4左右。

由图11知可，在中性和酸性环境下浮选精矿灰分基本都达到50%及以上。在碱性环境下，浮选精矿灰分为45%，浮选尾矿灰分为30%，浮选入料灰分为37.88%，浮选效果较差。

3.2.2 DDA 为捕收剂时矿浆pH 值对反浮选试验的影响

当DDA 用量为800g／t、仲辛醇用量为60g／t以及糊精用量为1500g／t时，pH 对浮选精矿及尾矿的产率和灰分的影响见图13和图14。

由图13和图14可见，在酸性环境中浮选效果较好，在矿浆pH 值等于4时，浮选精矿灰分最高可达到56.23%，浮选尾矿的产率为52.53%，浮选尾矿的灰分为19.66%。随着pH 值的升高，胺分子的沉淀效应会越明显。当pH 值增大到10时，浮选精矿的产率只有10.44%。这是因为矿物在水中溶解会产生分子或者离子，继而发生水解等复杂的化学反应，对矿物的可浮性产生影响。由高岭石的溶解平衡可知，当pH 值升高时，高岭石会产生亲水性的SiO44-、HSiO43-和Al（OH）3等物质，造成可浮性下降。因此，当pH 较高时，高岭石的溶解反应也使得胺类药剂的捕收效果不好，从而失去捕收意义。DTAC 极易溶于水，而直链的十二伯胺会产生分子沉淀效应也可能会影响捕收性能。

4 结论

通过不同捕收剂对煤泥反浮选进行了试验研究，取得了较理想的结果试验发现，DDA 对煤泥的反浮选的效果比DTAC 好，拥有药剂用量少及反浮选效率高的优势。糊精能够很好提高选择性，零调浆的加入降低了捕收剂用量，但药剂消耗量仍然很大，需进一步改进。pH 值对反浮选有着显著影响，在pH 为4的酸性矿浆中此种煤泥反浮选的效果最好。

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