浅谈非极性烃类油捕收剂作用及作用机理

杜佳龙

摘要：煤泥浮选的实质是具有疏水性的精煤与捕收剂作用，粘附在通过使用起泡剂产生的气泡上浮到水面，而具有亲水性的矸石颗粒则停留在水中，从而实现彼此之间互相分离的过程。煤粒的表面大多数为疏水性，具有很好的天然可浮性。在浮游选矿中广泛使用非极性烃类油作为捕收剂，尤其是煤油、轻柴油，改性煤油天然气冷凝液和一些人工合成的非极性烃类油捕收剂等，这些占煤泥浮选时捕收剂消耗量的80%—90%。烴类油大部分来自石油产品，主要是根据工业使用目的不同按一定沸点范围进行分馏和加工的。它们都是液体，分子结构对称，化学性质不活泼，在水中不会解离成离子，难溶于水，疏水性较高，一般和矿物表面不发生化学作用。本文主要论述了非极性烃类油捕收剂的特性、作用机理以及非极性烃类油的组成对捕收剂的影响等。

关键词：煤的浮选;浮选药剂;非极性烃类油捕收剂

一、非极性烃类油捕收剂作用

（一）非极性烃类油捕收剂

非极性烃类油是煤、石墨、辉钼矿等非极性矿物浮选时的捕收剂，也广泛用做磷灰石、氧化铁矿和石英等矿物浮选时的辅助捕收剂。硫化矿物的浮选也可用非极性烃类油作捕收剂，帮助粗粒和难浮颗粒上浮。据美国20世纪70年代统计，非极性烃类油捕收剂占浮选药剂消耗量的一半，其中主要为燃料油，其次为煤油。对选煤来说，非极性烃类油是最主要的捕收剂。

（二）非极性烃类油捕收剂特性

非极性烃类油具有如下特点：分子结构对称，无永久偶极，分子内部的原子以共价键结合，电子共有，而且不能转移到其他原子上。化学活性差，在水中不解离成离子、溶解度小、疏水性强，对呈分子键的、天然疏水性强的矿物表面具有良好的吸附性能。矿物表面疏水性越好，在其表面的吸附量越多;吸附时，与矿物表面不发生化学反应，只能以物理吸附的形式固着到矿物的表面。由于只能以物理吸附的形式吸附到矿物表而上，烃类油只能作为天然可浮性较好的矿物的捕收剂。因其难溶于水，实际上是以油滴形式存在干水中，故其用量较大。

（三）非极性烃类油捕收剂的作用

主要表现在三个方面：非极性烃类油可以提高疏水性矿物和气泡的附着。由于非极性烃类油在矿物表面展开，增加矿物表面的疏水程度，削弱其水化作用，使矿粒与气泡碰撞时，水化膜易破裂，附着过程易进行;非极性烃类油可有效提高疏水性矿粒在气泡上附着的牢固程度降低。主要原因是由于非极性烃类油能沿着三相接触周边富集，形成三相接触油环;细粒的物料表面黏附油滴后互相兼并，还可以形成气絮团。

（四）非极性烃类油捕收剂作用原因

非极性烃类油的捕收作用是由于它能够在非极性矿物表面吸附和在其表面展开并形成油膜。非极性烃类油的主要成分为脂肪烃、环烷烃和芳香烃，其分子都是由碳和氢原子组成，原子之间以非极性的碳—碳键和弱极性的碳—氢键结合，属于非极性分子。在煤泥分选过程中，大部分煤粒表面是非极性的，因此，煤粒对油分子吸引力大于对强极性水分子的吸引力，油滴吸附到煤粒表面，同时煤粒表面与油分子之间的作用力大于油分子本身之间的作用力，油滴在煤粒表面展开，形成疏水的薄油膜，进一步提高了煤粒表面的疏水性。而矸石颗粒绝大部分表面是极性表面，有很强的亲水性，矸石表面对油分子的吸引力小于对水分子的吸引力，矸石表面被水分子覆盖，形成水化膜，非极性烃类油不易在矸石表面吸附，或仅能吸附少量的烃类油到局部疏水部位，基本上不能提高矸石的疏水性，从而扩大了煤粒与矸石表面润湿性的差异，促使分选顺利进行。如果在煤粒表面夹杂极性的矿物杂质或局部被氧化，则能形成不连续的油膜。

（五）非极性烃类油的主要来源

石油工业产品，如煤油、轻柴油等其他工业副产品

二、非极性烃类油捕收剂作用机理

（一）非极性烃类油与水之间的作用

非极性烃类油的主要成分为脂肪烃、环烷烃和芳香烃，其分子都是由碳和氢原子组成，原子之间以非极性的碳—碳 键和弱极性的碳—氢键结合，属于 非极性分子。分子之间由色散力聚集在一起。而水分子是强极性分子，水分子与非极性烃类油分子之间的作用力为诱导力和色散力，并以色散力为主。水分子由于是强偶极子，有极强的定向力、诱导力，并且以定向力为主，加上水分子之间的氢键缔合作用，水分子本身之间的吸引力比油水之间作用力大，所以，油不溶于水，有很好的疏水性，非极性烃类油在水中只能以油滴状态存在。

（二）非极性烃类油与矿物之间的作用

矿物表面有极性和非极性之分，当矿物表面属于非极性表面时，σ固油<σ固水矿物表面对油分子吸引力大于对水分子的吸引力，油滴吸附到矿物的表面。如果矿物表面与油分子之间的作用力大于油分子本身之间的作用力，油滴可在矿物表面展开。反之，油分子只能以油滴的形式吸附在矿物表面，不能展开。当矿物表面是极性表面时σ固油>σ固水，矿物表面对油滴分子的吸力小于对水分子的吸引力，矿物表而覆盖了一层水分子，并形成水化膜，油分子不能在矿物表面吸附，仍以油滴状态留在水中，非极性烃类油对这种表面没有捕收作用。

在煤泥分选过程中，大部分煤粒表面是非极性的，因此，煤粒和油分子表面张力σ煤油小于煤粒与水分子之间的表面张力σ煤水。非极性烃类油可以在煤粒表面展开。非极性烃类油在煤粒表面形成疏水的油膜，进一步提高了煤粒表面的疏水性。而矸石绝大部分表面是极性表面，有很强的亲水性，σ矸油远大于σ矸水，矸石表面被水分子覆盖，形成水化膜，非极性烃类油不能在矸石表面吸附，或仅能吸附极少量的烃类油到局部疏水部位，基本上不能提高矸石的疏水性。从面扩大了煤粒与矸石表面润湿性的差别，促使分选顺利进行。

三、非极性烃类油中极杂性物质

非极性烃类油中除非极性组分外，还有少量的非烃杂质，例如，吡啶、喹啉、吡咯、酚、酸、醇酯和羰基化合物等杂极性化合物。

这些杂极性物质在结构上一端为极性亲固基，另一端为疏水的非极性基，它们对煤粒的捕收作用是因为杂极性分子可在煤粒表面极性部位定向吸附，即极性亲固基与煤粒表面的多种含氧官能团相互作用，产生吸附，非极性基朝水，使煤粒表面少量极性部位疏水，提高煤粒的可浮性，再促使烃类油固着到这部分表面上，进一步提高疏水性。由于这些杂质的存在，其浮游性大为提高，既可节约用量，又可提高工艺效果。但杂极性物质含量超过某一定量后，在煤粒表面形成反向吸附层，使已经疏水的煤粒表面重新变成亲水。

所以，在一定范围内，增加杂极性成分的比例，对提高浮选效果是有利的，特别对精煤产率和尾煤灰分提高比较明显。但杂极性比例增加后精煤灰分增加较大，杂极性含量过高时，精煤质量恶化。

四、结论

浮选是精选细粒煤泥最有效的方法， 浮选药剂对于调节煤与矿物表面性质，提高浮选选择性和速度起着十分重要的作用。近年来，世界各国都在研制利用化工副产品来代替石油制品的浮选药剂，以求降低成本，提高精煤产率。随着新型高效药剂的问世，选择适合特定煤种的浮选药剂引起人们的重视， 通过对非极性烃类油作用机理的研究生产出多种新型非烃类油捕收剂，而非极性烃类油捕收剂对浮选各种煤的作用已得到引人注目的评价，在未来的浮选药剂领域将会拥有更加重要的地位。

参考文献：

[1] 谢广元. 《选矿学》 徐州：中国矿业大学出版社  2012.9

[2] 蔡璋.   《浮游选煤与选矿》 北京：煤炭工业出版社 1991.

[3] 丁立亲. 《浮选的理论和实践》 北京：煤炭工业出版社 1987.