正十二酸对朔州低阶煤泥浮选的促进作用研究

王 晖，李志红，樊民强

(太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024)

浮选是目前细粒煤提质加工最有效的技术手段[1].我国低阶煤储量丰富，但表面含氧官能团多、孔隙结构发达、疏水性差，浮选困难，使用煤油、柴油等常规捕收剂浮选低阶煤时，存在分选效率低、药剂消耗量大、生产成本高等问题[2-5].探寻高效捕收剂对低阶煤的浮选及分质利用具有重要意义。

为改善低阶煤的浮选效果，许多研究者致力于不同药剂间的复配效果研究。沈笑君等[6-7]以杂醇油与0#柴油按一定比例配制了BM煤泥浮选捕收剂，其分选效果优于0#柴油。他们认为复合药剂可与煤表面含氧基团形成化学吸附，同时也可与煤粒表面形成氢键，有利于浮选效果的提高。徐亚男[8]通过调整药剂配比，研制出3种复合型浮选药剂CH-1、CH-2、CH-3，其中CH-3能够提高浮选速度和尾矿灰分，与选煤厂原药剂相比，精矿灰分提高1.19%，标准精煤产率提高3.27%，尾矿灰分提高6.70%.任聪等[9]使用煤油与酯类或非离子表面活性剂按一定比例配制4种复配药剂，并对葫芦素不黏煤进行了浮选试验。研究结果显示，复配药剂的分散粒径均小于煤油，在矿浆中更易分散；润湿热均大于煤油，在煤表面吸附作用更强，使煤表面疏水性进一步增大。相同药剂用量下，4种复配药剂作用下的浮选精煤产率均高于煤油；精煤产率相近时，复配药剂的用量至少比煤油节省50%.Renhe Jia等[10]研究发现THF同系物是低阶/氧化煤浮选的有效捕收剂。THF同系物对低阶煤的浮选指标均好于柴油，且药耗低。王永田等[11]研发了新型复配药剂FO系列，相同药剂用量下可获得高于柴油20%左右的精煤可燃体回收率，加快了浮选速度且药剂成本低，有利于低阶煤浮选。郑云婷[12]研究了不同捕收剂对低阶煤的浮选作用，发现捕收剂的不饱和脂肪酸和不饱和键C=C的活性较高时，可与低阶煤表面的含氧基团形成弱氢键吸附，提高低阶煤的疏水性和可浮性。

基于不同药剂协同作用的药剂复配是改善低阶煤浮选效果的重要手段。药剂配伍与煤泥性质密切相关，以朔州某选煤厂-0.5 mm煤泥为对象，基于煤泥性质研究，将正十二酸与柴油捕收剂按不同质量比进行复配，通过实验室浮选试验，探究正十二酸对低阶煤浮选的促进作用，以期为高效药剂研发及低阶煤提质利用奠定基础。

1 实验部分

1.1 煤样及其性质

1.1.1煤样基本性质

该试验所用煤样采自朔州某选煤厂-0.5 mm原生煤泥。煤样的工业分析及元素分析结果见表1.

表1 煤样的工业分析和元素分析表

试验煤样属于弱黏煤，变质程度较低。由表1数据可知，试样平均灰分为24.39%，属中等灰分；元素组成中氧含量较高，达到9.54%.煤样表面存在较多含氧基团，使其具有较强的亲水性。

依据GB/T 477-2008《煤炭筛分试验方法》对煤样进行粒度分析，结果见表2.

表2 煤样的粒度组成表

由表2可以看出，试验煤样中适合浮选的0.25～0.074 mm粒级累计产率为50.13%；粒度相对较粗的0.5～0.25 mm粒级含量为22.19%，灰分19.28%，浮选中应选择捕收能力较强的药剂加强对粗颗粒的回收。另一方面，试样中的-0.045 mm微细粒含量也比较高，为20.88%，由于其粒度细、表面能高，浮选中容易黏附于煤颗粒表面或孔隙中，难以与煤的有机组分分离，影响分选效果。

1.1.2煤样的XRD分析

X射线衍射仪(XRD)采用单色X射线为衍射源，一般可以穿透物体，验证其内部结构，获得矿物的成分。煤炭分选中常用其分析煤中的矿物质组成，试验煤样的XRD谱图见图1.

图1 试验煤样的XRD谱图

由图1可知，试验煤样中的矿物质类型主要是方解石和高岭石，这些矿物具有较强亲水性，特别是高岭石，属黏土类矿物，遇水极易泥化，形成粒度细小的微粒，极易在煤粒表面吸附而降低煤泥可浮性，使其浮选困难。

1.1.3煤样的XPS分析

为了解试验煤样表面氧的赋存状态，采用X射线光电子能谱(XPS)对其进行测试，其中C1s谱的分峰拟合结果见图2.由图2可以看出，试验煤样表面的氧主要以C-O形式存在，此外有C=O-和COO-，后两者极性强、水化作用大，浮选过程中会影响烃类油药剂与煤表面的作用。

图2 试验煤样的C1s分峰拟合曲线图

1.2 浮选试验

浮选试验所用仪器为 XFDⅢ-15L单槽浮选机、多功能真空过滤机、马弗炉、干燥箱、分析天平、标准筛等。因正十二酸常温下为固态，故捕收剂采用柴油及柴油与正十二酸的复配药剂，起泡剂采用仲辛醇。

试样加水配置浓度为100 g/L的矿浆，调浆搅拌2 min后加入捕收剂，再搅拌2 min后加入起泡剂，10 s后打开进气阀门开始刮泡，刮泡时间为3 min.试验结束后，以精煤可燃体回收率和浮选完善指标评定浮选效果。

2 结果与讨论

2.1 常规药剂浮选试验结果

以柴油为捕收剂、仲辛醇为起泡剂，不同药剂用量下的煤泥浮选试验结果见表3.

表3 常规浮选试验结果表

由表3可以看出，捕收剂用量一定时，浮选效果随起泡剂用量的增加而显著提高。仲辛醇用量由30 g/t提高至100 g/t，浮选精煤产率增加较大，可燃体回收率和浮选完善指标均有明显改善。同样，起泡剂用量一定时，精煤产率随捕收剂用量的增加而增加。捕收剂和起泡剂用量分别为1 500 g/t和100 g/t时，浮选精煤产率为27.39%，精煤灰分11.22%，尾煤灰分仅27.42%.

综合来看，试验煤样的可浮性较差，常规药剂用量下的浮选精煤产率和可燃体回收率低，浮选效果不理想。

2.2 复配药剂浮选试验结果

为改进试验煤泥的浮选效果，采用正十二酸与柴油以不同质量分数配制复配药剂。以复配药剂为捕收剂(1 000 g/t)，仲辛醇为起泡剂(100 g/t)进行浮选试验，结果见图3.

图3 不同质量分数下浮选的各项指标图

由图3可知，以正十二酸不同质量分数配制的复配捕收剂，对试验煤样浮选的各项指标均高于柴油单独作用的结果。而且，随着正十二酸所占质量分数的增大，浮选效果呈先提高后降低趋势。正十二酸的质量分数为25%时，试验煤样的浮选效果最好，精煤产率达到61.66%，与单独使用柴油相比提高30多个百分点，尾煤灰分达到37.99%，同时，精煤可燃体回收率达到最高，浮选完善指标也较柴油单独使用时有明显上升。之后，继续增大正十二酸所占比例，浮选精煤产率、可燃体回收率以及浮选完善指标均下降。可见，随正十二酸质量分数的增加，浮选效果呈现两端低，中间高的特点，复配药剂中正十二酸的最佳质量分数为25%.

2.3 复配药剂作用机理分析

2.3.1正十二酸对煤泥表面疏水性的影响

捕收剂柴油及其与正十二酸复配药剂，对试验煤样表面接触角的作用见图4.

图4 正十二酸对煤泥表面接触角的影响图

由图4可知，正十二酸与柴油复配，有利于提高低阶煤泥颗粒的表面疏水性，其接触角均较柴油单独作用时有明显提高。正十二酸的质量分数为25%时，试验煤样的接触角达到最大，为72.6°，对应浮选效果最好。之后，继续增大正十二酸含量，并不能持续改进浮选效果。

2.3.2正十二酸对药剂分散性的影响

采用激光粒度分析仪对柴油及其与正十二酸复配药剂的粒径分布进行了测试，结果见图5，6.

图5 粒度累计曲线图

由图5可得到不同质量分数下粒度的d50值，柴油(d50=72.39 μm)，16.6%质量分数(d50=52.77 μm),25%质量分数(d50=40.11 μm)，35%质量分数(d50=48.20 μm)，45%质量分数(d50=44.16 μm).

由图6可以看出，添加正十二酸后，捕收剂的分散性能明显改善。随正十二酸质量分数的增加，药剂粒径分布曲线向左移动，说明药剂粒度减小，分散性提高。其中，当正十二酸质量分数为25%时，粒径小且粒度分布集中，浮选效果最好。当正十二酸的质量分数分别为16.6%、35%、45%时，其粒径也远小于柴油，浮选效果也均好于柴油。这表明捕收剂在矿浆中的分散粒径与其捕收能力密切相关，捕收剂的分散性越好，在矿浆中分散的微小粒子越多，就会增加药剂与颗粒的碰撞概率，提升浮选效果。

图6 正十二酸对复配药剂分散性能的影响图

3 结 论

1)低阶煤表面含有较多含氧基团，亲水性强，常规浮选效果差。添加正十二酸对低阶煤泥浮选有促进作用，相同药剂用量下，复配药剂作用的浮选指标显著优于柴油单独作用的效果。

2)正十二酸与柴油复配，可促进柴油在矿浆中分散成小油滴。相同药剂用量下，油滴数量多，与颗粒附着机会多。同时，正十二酸可与煤表面含氧基团作用形成氢键作用，改善煤泥可浮性，提高浮选效果。

3)随复配药剂中正十二酸质量分数的增加，试样浮选效果呈现两端低、中间高的特点。正十二酸占质量分数为25%时，浮选效果最佳，精煤产率由柴油单独作用时的22.8%提高到61.66%，增幅达到38.86个百分点，作用效果显著。