焦油-氨水乳化制备煤炭捕收剂研究

闫一诺， 曹珂珂， 安可心， 孙晓然， 赵 峥*

(1. 华北理工大学以升创新教育基地，河北 唐山 063210；2.华北理工大学化学工程学院，河北 唐山 063210)

目前我国大部分选煤厂用于浮选的捕收剂主要为煤油、柴油和汽油等产品。由于煤油和轻柴油是能源短缺的材料，必须探索出能源消耗量少，浮选性能高并且用量少的方法。大量研究表明，通过在油品中加入表面活性剂，能够有效达到提高浮选效果，降低成本的目的。线梦瑶等[1]确定了最优的煤焦油乳化方法，并将煤焦油乳化液与传统捕收剂煤油进行浮选性能对比。结果表明，乳化液和煤油浮选效果相当，并且煤焦油乳化液对煤炭具有更高的选择性，用油量更少；李志斌[2]通过将乳化柴油和柴油作为捕收剂，进行煤炭浮选试验，结果表明乳化柴油分选出的浮精灰分较柴油低；侯捷等[3]通过机械搅拌乳化制备了含油污泥乳化液，并应用于浮选实验，结果表明含油污泥乳化液与煤油具有相当的浮选性能，并大大减少成本。但目前的研究仍存在乳化不充分，浮选效果不理想等问题，因此，本文将以焦油氨水为原料，通过添加复配型表面活性剂制备出稳定性好的焦油氨水乳化液，考察其浮选效果并与传统捕收剂煤油进行对比。

1 实验部分

1.1 实验仪器与药品

JJ-1精密定时电动搅拌器，江苏中大仪器科技有限公司；电子天平，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；激光粒度分析仪，美国布鲁克海文仪器公司；PK/FD1型单槽浮选机，武汉洛克粉磨设备制造有限公司。

焦油、氨水、煤泥，均为工业品；十六烷基三甲基溴化铵、Tween80、仲辛醇，均为分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 焦油氨水乳状液的制备

在50 g混合体系下，焦油氨水按照一定质量比进行混合，乳化温度为25 ℃，搅拌速率为3 000 r/min，加入一定量的乳化剂进行机械搅拌乳化处理，制得焦油氨水乳化液。用稀释法测定乳化液的类型；用激光粒度分析仪测定焦油氨水乳化液的粒径。

1.2.2 煤炭浮选实验

选用的煤样灰分为16.51%。采用制备的焦油氨水乳状液和煤油作为捕收剂对比浮选性能，依据GB/T 4757-2001，用1 L单槽浮选机，转速为1 800 r/min，矿浆入料质量浓度为100 g/L，起泡剂用量为0.1 kg/t，充气量为0.25 m3/h，考察浮选后所得精煤产率、可燃体回收率及精煤灰分。

2 结果与讨论

2.1 焦油氨水乳化液的制备

2.1.1 乳化剂种类对乳化效果的影响

针对7种不同乳化剂，焦油氨水质量比为3∶7，油剂质量比为7.5∶1，考察了不同乳化剂的乳化情况。加入Span80、Span60、Span85和Tween60乳化效果差，烧瓶底部和瓶壁均残留大量焦油；加入十八烷基三甲基氯化铵和Tween80的焦油氨水大部分乳化，但烧瓶底部仍存在少量焦油，乳化液分别呈棕黑色和黄绿色；十六烷基三甲基溴化铵的乳化效果最优，乳化液呈棕色，稳定时间长。十六烷基三甲基溴化铵降低界面张力的能力较强，并且分子结构为长直链，占据面积小，在油水界面上吸附量大，从而乳化效果好[4]。

2.1.2 油水比对乳化效果的影响

油水质量比为7∶3、4∶6时，乳化效果差，平底烧瓶上残留大量焦油；油水质量比为2∶8、5∶5、6∶4时，焦油氨水大部分乳化，但瓶底和瓶壁仍有少量焦油残留；油水质量比为2∶8至7∶3范围内，油水质量比为3∶7时，乳化效果最优，焦油氨水基本全部乳化，乳化液呈棕黄色。

2.1.3 油剂比对乳化效果的影响

油剂质量比为15∶3.8的乳化效果最差，有大量焦油未完成乳化，黏附在瓶壁；油剂质量比为15∶3.2、15∶3.6的乳化效果较好，但仍有少量焦油黏附；油剂质量比为15∶3.4的乳化效果良好，焦油氨水充分乳化。但乳化液较为黏稠，且稳定时间不长，考虑在阳离子表面活性剂基础上加入乳化效果最优的非离子型表面活性剂Tween80进行复配，以此制备不挂壁的乳化液。

2.1.4 复配比对乳化效果的影响

复配质量比为3∶1乳化效果最差，瓶壁有大量焦油黏附；复配质量比为2∶1的乳化效果较好，瓶壁黏附较少，但未能达到充分乳化的效果；复配质量比为1∶1的乳化效果最佳，瓶壁没有焦油黏附，焦油氨水乳化充分。

2.1.5 焦油氨水乳化液性质

用稀释法测定焦油乳化液性质，乳化液在水中的分散性好，因此乳化液的类型为水包油型。图1为焦油氨水乳化液的粒径分布图，单峰分布，其平均粒径约为3.93 μm。

图1 乳状液粒径分布

2.2 焦油氨水乳状液在煤炭浮选中的应用

2.2.1 捕收剂用量对浮选效果的影响

由图2、图3可知，随着捕收剂用量的增加，精煤产率和可燃体回收率均逐渐增加，其中，捕收剂用量为1.2 kg/t～1.6 kg/t之间增速最快，1.6 kg/t后逐渐趋于平稳，此时精煤产率为77.91%，可燃体回收率为92.13%。说明焦油氨水乳化液对煤样有良好的捕收能力，最优的捕收剂用量为1.6 kg/t。焦油本身黏度大、水中分散性差，与煤粒接触几率很小，不能达到浮选效果。但加入了表面活性剂将焦油氨水乳化后，乳状液在矿浆中具有高度分散性，大大增加了与煤粒的接触碰撞和附着率，因此焦油氨水乳状液具有较好的捕收性能。

图2 捕收剂用量对精煤产率的影响

图3 捕收剂用量对可燃体回收率的影响

2.2.2 焦油氨水乳化液与煤油浮选效果对比

第26页图4为焦油氨水乳化液、煤油[1]分别作为捕收剂进行煤炭浮选的效果对比。由图4可知，随着捕收剂用量的增加，精煤灰分基本呈现增加的趋势。在捕收剂用量为1.0 kg/t～1.8 kg/t范围内，焦油氨水乳化液精煤灰分均远低于煤油精煤灰分，浮选效果更好，证明焦油氨水乳化液对该煤炭的选择性大于煤油，这是因为焦油氨水乳状液中含有的杂极性物质促进了其对煤炭的选择性[5]。

图4 捕收剂用量对精煤灰分的影响

3 结论

本文考察了乳化剂种类、油水比、油剂比、复配比对乳化效果的影响，确定了以十六烷基三甲基溴化铵-Tween80为复配乳化剂，焦油氨水乳化液的最佳制备工艺条件：25℃下，油水质量比为3∶7，油剂质量比为15∶3.4、十六烷基三甲基溴化铵与Tween80的复配质量比为1∶ 1。制备的焦油氨水乳化液为水包油型，平均粒径为3.93 μm，在水中分散性好，宏观呈黄棕色，乳化均匀。浮选实验研究表明，焦油氨水乳状液具有良好的捕收能力，较煤油有更好的选择性，并可以显著降低用油量及浮选成本。