糊精对煤和石英浮选的影响研究

张晋霞，孙伟光，牛福生，夏灵勇，刘向东，赵亚伟

(1.华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063009；2.开滦(集团)有限责任公司，河北 唐山 063018)

在我国现有选矿厂采用的煤炭洗选工艺中，浮选仍是分选细粒煤泥最有效的方法[1]。浮选利用在水溶液中煤和矸石表面润湿性的差异而达到分选目的[2，3]。近年来随着煤炭资源的不断开采，煤泥灰分不断上升，且粒度较细，比表面积大。在浮选过程中捕收剂用量增加会使细泥表面药剂吸附量增加[4-6]，增强其可浮性，导致细泥混入浮选精煤，浮选效果变差。

为改善浮选效果，降低浮选精煤灰分，众多学者进行了大量研究。李延峰等[7]利用扫描电镜发现煤泥表面罩盖着由微米级高岭土等粘土矿物组成的大量异质细泥，通过增加调浆搅拌速度加速了细泥与煤泥的分散，得到了较低灰分含量的精煤。付晓哲等[8]针对煤泥脉石结构复杂，煤油捕收精煤质量较差的问题，利用植物油和烃油为原料，成功复配出针对性较好的捕收剂。吕凤新等[9]通过改变浮选工艺流程，进行一粗一精浮选试验，有效地降低了精煤灰分。Long Liang等[10]通过zeta电位测量和DLVO相互作用能计算，表明加入20mg/L的PAC中和了石英表面上的负电荷，削弱了石英颗粒之间静电双层排斥力的强度，进而诱导了石英颗粒的聚集，成功缓解了细煤浮选中石英夹带问题。

糊精是由淀粉大分子在受热、酸或淀粉酶作用下发生分解和水解时转化而成的小分子中间物质[11]，属淀粉类多糖药剂。由于淀粉对石英滑石等脉石矿物具有良好的抑制作用，且来源广泛，价格便宜，对人体和环境无害等优点，对微细粒矿物的浮选分离具有较高使用价值。糊精被广泛应用于硫化矿及氧化矿等金属矿物的浮选分离[12，13]，通常应用于抑制硫化矿、氧化矿和盐类矿等，而在煤泥浮选领域研究较少，且糊精对石英抑制作用较高岭土强。本文针对高灰细粒煤泥，以糊精为抑制剂，通过浮选试验和接触角测定，探究糊精在煤泥浮选中抑制性能。采用分别测定煤单矿物和石英单矿物对糊精的吸附量的方法，分析了糊精的抑制机理，为高灰细粒煤泥的选别研究提供了理论支持。

1 试 验

1.1 试样分析

对煤泥试样进行了XRD分析，分析结果如图1所示。

图1 煤样X射线衍射图谱

从图1煤样射线衍射(XRD)分析可知：衍射图中的杂质峰是一个弥散的宽峰，从衍射峰中可知煤样中的杂质主要为有序的三维晶体结构，从对应的晶格衍射峰分布分析可知，煤样中所含矿物质主要为石英，高岭石，蒙脱石及黄铁矿物质，同时存在少量方解石及赤铁矿。其中石英与高岭石矿物衍射峰值比较高，说明矿物质本身强度较高，是构成煤样中无机矿物杂质的主要成分，方解石及黄铁矿衍射峰值略低，说明其主要为煤系共生产物，较难分离。

煤样的筛分分析结果见表1。

表1 煤泥筛分试验结果

从表1可以看出：该煤样中0.5～0.25mm物料含量较少，为3.84%，灰分为23.18%。0.25～0.074mm物料含量达到56.31%，灰分有所降低，该粒级物料对于浮选属较易分选的，这一粒级物料分选速度也比较快、稳定性较强[14]。-0.045mm煤样物料含量为24.48%，灰分明显增加，为26.23%，该粒级物料在浮选过程中细泥易掺杂在精煤中，难以得到高质量精煤。

1.2 试验方法

试验所用煤油、仲辛醇、糊精、氯化钠、硫酸等药剂均为分析纯，试验用水为去离子水。吸附试验所用煤单矿物取自河南平顶山，反复筛选研磨至纯度为95.69%，细度为-38μm，符合单矿物浮选试验要求。石英单矿物取自天然块状石英，研磨至-38μm，纯度为99.58%。

1.2.1 浮选试验

浮选试验在容积为1L的XFD充气式搅拌挂槽浮选机中进行。每次试验称取80g煤样，加入适量去离子水调浆搅拌3min，加入抑制剂糊精搅拌2min，之后加入捕收剂煤油搅拌2min，再加入起泡剂仲辛醇搅拌10s，浮选刮泡6min。泡沫产品和尾矿吸水烘干，称取重量，计算产率，化验灰分。煤油用量为100g/t，起泡剂用量为120g/t，矿浆浓度为80g/L，叶轮转速为1800r/min。

1.2.2 接触角测定

称取一定量干燥的浮选精煤和尾煤，分别将两者全部研磨至-38μm。称取0.15g试样，使用FW-4A粉末压片机在2.0×105MPa的压力下对试样进行压片，利用微量进样器将去离子水缓缓滴落在片样上，使用CA100B接触角测量仪截取水滴平衡状态下图像，并测得接触角大小。

1.2.3 吸附量测定

称取适量被测单矿物于锥形瓶中，加入50mL 0.01mol/L的NaCl溶液，搅拌均匀，再加入50mL已知药剂浓度的糊精溶液，摇匀。之后放入恒温振荡器中振荡90min，振荡频率150r/min。振荡结束后取适量溶液离心10min，离心速度8000r/min。取上清液用苯酚-硫酸法[15]测定药剂残余浓度，再与已知药剂浓度差值计算吸附量。吸附量常用的计算公式如下：

式中，Qt为单矿物某一时刻的吸附量，mg/g；C0为糊精初始浓度，mg/L；C1为糊精在某一时刻浓度，mg/L；V为溶液体积，L。

2 浮选试验数据分析

2.1 糊精对浮选效果的影响

糊精用量对煤样的产率和灰分影响如图2所示。

图2 糊精用量对煤样的产率和灰分影响

由图2可知，糊精用量为0g/t时，精煤产率为84.9%，灰分为13.62%。加入糊精后精煤产率不断降低，当糊精用量为400g/t时，精煤产率为66.24%，降低了18个百分点左右。当糊精用量从0g/t增加到300g/t时，精煤灰分逐渐减小，且在300g/t时达到最小值，为11.98%。当糊精用量从300g/t增加到400g/t时，精煤灰分反而增加，此时糊精可能对脉石矿物的抑制和分散作用降低，导致细泥混入精煤。亦或是糊精药剂用量增加抑制了大量精煤上浮，导致精煤灰分含量相对升高。为了达到煤泥降灰提质的目的，试验在保证精煤产率的情况下，应尽可能降低精煤灰分，因此选择糊精用量为200g/t。

2.2 糊精对煤泥可浮性影响

由上述试验可知，糊精可以改变煤泥的疏水性能。在没有添加糊精时，浮选精煤和尾煤接触角分别为70.47°、36.67°。糊精作用后精煤和尾煤接触角的变化如图3所示。

图3 糊精用量对精煤和尾煤接触角的影响

由图3可知，随着糊精用量的增加，精煤接触角先升高后降低。当糊精用量为300g/t时，精煤接触角达到最大值，为96.26°。之后随着糊精用量的继续增加，精煤接触角降低了6.01°，说明此时精煤疏水性降低，这一现象与浮选试验相印证。当糊精用量从0g/t增加到100g/t时，尾煤接触角减小，降至最低为26.14°。当糊精用量继续增加时，尾煤接触角不断升高，表明此时糊精不仅抑制了泥质矿物上浮，同时也抑制了部分精煤，导致精煤混入尾煤，增大了尾煤可浮性。

2.3 单矿物对糊精的吸附量

由苯酚硫酸法得到吸光度(A)与多糖药剂(糊精)浓度(C)标准曲线回归方程：A=0.00983C-0.00439，R2=0.99919，C的取值范围为4～40mg/L。

根据浮选试验结果，分别进行了单矿物在8mg/L、16mg/L、24mg/L、32mg/L的药剂浓度条件下吸附量测定试验，吸附量测定结果如图4所示。

图4 单矿物在不同糊精浓度条件下吸附量

由图4可知，单矿物对糊精的吸附量随着糊精浓度的增加而升高，且石英的吸附量增大趋势比煤大。在糊精药剂浓度为32mg/L时，石英的吸附量较糊精浓度为24mg/L时增加了0.607mg/g，表明糊精对石英的抑制作用反而增强，排除了浮选试验中糊精对脉石矿物抑制作用降低的可能。

糊精是一种高分子聚合物，其吸附于石英表面后使其亲水，并对石英表面吸附的捕收剂具有掩盖作用。石英粒子中破裂的Si—O具有较强极性，在水中可以与OH-形成Si—OH，使石英表面荷电。糊精在石英表面作用机制主要为静电及氢键作用，这是糊精对石英具有抑制作用的主要原因。糊精对煤的吸附主要是由于煤中杂质含有金属离子成分，有利于吸附的进行，与糊精对石英的作用相比影响较小。

3 结 论

1)通过煤泥原料性质分析可知，石英与高岭石矿物是煤样中无机矿物杂质的主要成分且煤泥中细粒级物料含量较多，灰分较高。

2)糊精对脉石矿物具有良好的抑制作用，取得较好的浮选效果。在糊精用量为200g/t时，精煤产率为76.55%，灰分为12.1%，与未添加糊精相比，精煤灰分降低了1.5个百分点左右。

3)随着抑制剂用量增加，精煤接触角先增大后减小，尾煤接触角先降低后升高。当抑制剂为300g/t时，精煤接触角达到最大值，说明此时精煤可浮性最强。在糊精用量大于100g/t时，尾煤接触角逐渐升高，这是由于浮选精煤混入尾煤中造成的，增大了尾煤可浮性。

4)吸附量测定结果表明石英对糊精的吸附量较煤对糊精的吸附量大。糊精药剂用量增加抑制了大量精煤上浮，导致精煤灰分含量相对升高。