捕收剂和起泡剂对浮选精煤三相泡沫稳定性的影响

韩来兵，付晓恒，赵海铭，李梦杰，赵 静，王 鹤，冯致远

(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083)

捕收剂和起泡剂对浮选精煤三相泡沫稳定性的影响

韩来兵，付晓恒，赵海铭，李梦杰，赵 静，王 鹤，冯致远

(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083)

为考察捕收剂和起泡剂对三相泡沫稳定性的影响，以山西庞庞塔选煤厂9号煤样的原生煤泥为研究对象，选用4种捕收剂和4种起泡剂进行了浮选试验，并采用振荡法测定了三相泡沫的稳定性。对比试验表明，随着捕收剂、起泡剂浓度的增加，泡沫稳定性逐渐增大；当药剂达到一定浓度时，泡沫稳定性到达最大值；此后，继续增大药剂浓度，泡沫稳定性有下降趋势。试验还表明，起泡剂与捕收剂的交互作用对泡沫稳定性产生了更加复杂的影响。

浮选；捕收剂；起泡剂，三相泡沫；泡沫稳定性

在目前的煤泥浮选工艺条件下，在煤泥浮选过程中需要产生大量稳定的气泡来达到分选的目的，但是在浮选阶段完成之后的精煤矿浆运输与处理阶段则希望泡沫[1]尽快破灭，以提高选煤厂精煤输送能力，降低精煤损失，提高浓缩池及压滤机的利用效率，减少环境污染，否则将严重影响浮选精矿的后期处理[2]。浮选精煤三相泡沫与其他工业生产过程中所遇到的三相泡沫有很大的差别，浮选精煤三相泡沫是一种比较特殊的泡沫，其固体颗粒粒度范围跨度大，起泡剂与捕收剂交互影响泡沫的稳定性，因此对浮选精矿三相泡沫进行进一步地研究，找出捕收剂与起泡剂对于浮选精煤三相泡沫稳定性影响的特点，对于研究和开发消除浮选精煤三相泡沫的有效消泡剂与消泡方法具有重要的现实意义[3]。

1 煤样性质

1.1 煤质资料

试验煤样采自山西庞庞塔选煤厂9号煤样的原生煤泥。称取6份煤样，分别进行煤质检测[4]，煤质分析结果如表1所示。

表1 试验煤样煤质资料Table 1 Proximate and ultimate analysis of coal sample

1.2 小筛分试验

按照GB/T447—2008《煤炭筛分试验方法》[5]对煤样进行小筛分试验，试验结果见表2。由表2可知，随着粒度的减小，煤样灰分总体呈增加趋势，说明煤泥中矸石易碎；煤样中<0.125 mm粒级产率为40.56%，较多的细粒组成有利于形成大量三相泡沫[6]，为试验创造了有利条件。

表2 试验煤样小筛分试验结果表Table 2 Sieve test results of coal sample %

2 试验条件

2.1 试验方法

用于测量泡沫稳定性的方法包括气流法[7]、搅拌法[8]、振荡法[9]及近红外扫描仪法等方法。选煤厂浮选精煤泡沫在管道运输过程中，微泡与悬浮的矿粒混杂在一起，受湍流的作用发生无规则的位移、振动、旋转和翻滚等随机的复杂运动[10]，为尽可能模拟选煤生产中浮选精煤泡沫在管道运输时的状态，采用了流体运动特性与其相似的振荡法来定量测定泡沫的稳定性。

试验采用浮选机对煤泥进行浮选操作，得到精煤三相泡沫，然后将泡沫收集于振荡瓶(900 mL)中，并记录初始泡沫体积V1；随后，将振荡瓶置于回旋振荡器中，以固定速度(150转/min)振荡5 min，记录振荡后的泡沫体积V2。定义剩余泡沫与初始泡沫的体积百分比为泡沫存活率S，以泡沫存活率S来表征浮选精煤三相泡沫的稳定性。泡沫存活率S的表达式为：

S=V2/V1×100%。

为减少试验误差，试验结果采用多次测量求平均值的方法确定。

2.2 试验材料

试验用捕收剂分别为柴油(-10#)、煤油、正十二烷(分析纯)及自制的捕收剂F15，起泡剂为仲辛醇(分析纯)、MIBC(分析纯)、GF油(取自现场)、杂醇油(取自现场)

试验设备有XFD型单槽式浮选机和HY-5回旋振荡器。

3 试验结果与分析

3.1 起泡剂对泡沫稳定性的影响

选用柴油为捕收剂，用量为30 μL，起泡剂分别采用仲辛醇、MIBC、GF油和杂醇油。在不同的起泡剂用量条件下，分别进行浮选试验，采用振荡法测定泡沫存活率，试验结果如图1所示。

图1 起泡剂用量对泡沫稳定性的影响Fig.1 Effect of dosage of frothing agent on stability of froth

图1中的四条曲线是定量的柴油分别与不同浓度的仲辛醇、MIBC、GF油、杂醇油配合时三相泡沫稳定性的变化规律。从图1可见，随着起泡剂用量的增加，浮选精煤三相泡沫的稳定性呈现不同程度地增强；但随着起泡剂用量的进一步增加，泡沫稳定性出现下降趋势。这说明在一定用量范围内，四种起泡剂皆具有增强三相泡沫稳定性的作用。

Y·S·楚等人的研究结果很好地解释了这一现象[11]：当起泡剂浓度高于临界胶束浓度[11]时，随着起泡剂浓度的增加，虽然溶液的表面张力不再减小，甚至会稍微增大，但起泡剂分子在溶液表面富集，形成致密的表面膜，液膜表面强度增加，邻近液膜的排液受阻，延缓了液膜破裂时间，因而增加了泡沫的稳定性[13]；但当起泡剂浓度增加到一定程度时，形成的泡沫含液量减少，“刚性”增加，泡沫反而会变得不稳定[14]。

3.2 捕收剂对泡沫稳定性的影响

选用仲辛醇为起泡剂，用量为9 μL，捕收剂分别采用柴油、煤油、正十二烷和F15，捕收剂用量从10～60 μL设置6个梯度，分别进行浮选试验，采用振荡法测定泡沫存活率，试验结果如图2所示。

图2 捕收剂用量对泡沫稳定性的影响Fig.2 Effect of dosage of collecting agent on stability of froth

图2结果表明，随着捕收剂用量(即捕收剂浓度)的增加，浮选精煤三相泡沫存活率逐渐增大，在捕收剂用量为一定值时，泡沫存活率达最大值；之后，再进一步增大捕收剂用量，泡沫存活率(即稳定性)不再发生变化或呈现轻微下降。不同种类的捕收剂对泡沫稳定性的影响程度不同，在F15作为煤泥浮选捕收剂时，三相泡沫稳定性最大。

捕收剂对气泡稳定性的影响主要体现为以下两种情况：一是当捕收剂用量合适时，少量的捕收剂分子与起泡剂分子的非极性端相吸附，从而增强了起泡剂分子非极性端的疏水能力，使之更易附着在气液界面上，有利于气泡稳定性的提高；另一种情况是当捕收剂用量过多时，较多的捕收剂分子吸附在气液界面上，反而对起泡剂分子在气-液界面上的吸附产生了排挤作用，使起泡剂分子疏离气液界面，致使气泡表面水化层厚度减薄，气泡稳定性下降，气泡易兼并或破灭[15]。

3.3 捕收剂和起泡剂的交互作用对泡沫稳定性影响

考虑到煤泥的浮选过程是在捕收剂与起泡剂的共同作用下而进行的矿物分离富集过程，进而设计本试验来探究捕收剂与起泡剂的交互作用对泡沫稳定的影响。捕收剂选用柴油、正十二烷、F15，起泡剂选用仲辛醇、MIBC、杂醇油，在任意两种捕收剂与起泡剂组合的油比为5∶1的条件下进行浮选试验，采用振荡法测定浮选精煤三相泡沫的存活率，试验结果如图3、图4所示。

图3 起泡剂与多种捕收剂作用试验结果Fig.3 Results of interaction test between frothing agent and various collecting agent

图4 捕收剂与多种起泡剂作用试验结果Fig.4 Results of interaction test between collecting agent and various frothing agent

从图3可以看出，当三种捕收剂分别与仲辛醇作用时，三相泡沫稳定性的强弱关系为F15>正十二烷>柴油；当三种捕收剂分别与MIBC作用时，三相泡沫稳定性的强弱关系为F15>柴油>正十二烷；当三种捕收剂分别与杂醇油作用时，三项泡沫稳定性的强弱关系为十二烷>F15>柴油。

从图4可以看出，当三种起泡剂分别与柴油作用时，三相泡沫的稳定性强弱关系为杂醇油>仲辛醇>MIBC；当三种起泡剂分别与正十二烷作用时，三相泡沫的稳定性强弱关系为杂醇油>仲辛醇>MIBC；当三种起泡剂分别与F15作用时，三相泡沫的稳定性强弱关系大体相当，差异并不明显。

由此可见，浮选药剂对泡沫稳定性的影响还和与之配合的药剂有关，其原因主要是捕收剂和起泡剂复杂的交互作用，即捕收剂对泡沫稳定性的影响，起泡剂对矿物表面疏水性的影响以及起泡剂对捕收剂的乳化作用。

4 结论

通过以上研究，可以得出如下结论：

(1)起泡剂对浮选精煤三相泡沫稳定性有很大的影响。随着起泡剂浓度的增加,泡沫存活率逐渐增大，当起泡剂达到一定浓度时，泡沫存活率到达最大值；此后，起泡剂浓度继续增大，泡沫存活率有下降趋势。

(2)捕收剂对浮选精煤三相泡沫稳定性的影响呈现出与起泡剂相同的规律，随着捕收剂浓度的增加，泡沫稳定性先升高后下降。

(3)不同捕收剂或起泡剂对泡沫稳定性影响的强弱顺序并不是一成不变的，取决于与之相配合的起泡剂或捕收剂的种类，即起泡剂与捕收剂的交互作用对泡沫稳定性产生了更为复杂的影响。

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Effect of collecting agent and frothing agent on stability of three-phase clean coal froth in flotation

HAN Lai-bing,FU Xiao-heng,ZHAO Hai-ming,LI Meng-jie,ZHAO Jing,WANG He,FENG Zhi-yuan

(School of Chemical and Environmental Engineering，China University of Mining and Technology(Beijing)，Beijing 100083，China)

In order to understand effect of collecting agent and frothing agent on stability of three-phase clean coal froth in flotation,the primary slime of No.9 coal sample from Shanxi Pangpangta coal preparation plant is studied by flotation test using four kinds of collecting agents and four kinds frothing agents,then the stability is determined by shaking method. The result shows that the stability is gradually improved as the concentration of collecting agent or frothing agent increases and will reach its maximum when agent concentration goes up to cut point,while the concentration continues to increase,it shows decline in stability. Moreover,interaction between collecting agent and frothing agent has a more complicated influence on stability of froth.

flotation；collecting agent；frothing agent；three-phase froth; stability of froth

1001-3571(2015)02-0004-04

TD943

A

2015-03-13

10.16447/j.cnki.cpt.2015.02.002

韩来兵(1988—)，男，山东省德州市人，硕士研究生，从事矿物加工浮选方面的研究。

E-mail：hlb200@126.com Tel：15101142584