基于难浮煤泥表面性质的浮选药剂优化研究

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浮选是煤泥降灰提质的一种重要方法。我国低阶煤储量丰富,但是其表面含氧量高,表面孔隙大,常规捕收剂煤油(轻柴油)与水不互溶,难在矿浆中分散,在煤粒表面铺展困难且易进入煤中孔隙,使得在浮选过程中不仅药耗过大且其捕收性和选择性都不理想,因此低阶煤被认为是一种难浮煤泥,对其合理开发利用对我国能源经济供给意义重大。论文对五种含氧量不同的煤泥进行了工业分析、元素分析、粒度分析、XRD测试以及XPS测试,确定煤泥的基本性质。五种煤样氧含量差别明显:内蒙色连二矿煤泥11.25%,朔州东露天煤泥9.54%,大同四老沟石炭纪煤泥9.43%,大同晋华宫侏罗纪煤泥8.37%,斜沟选煤厂煤泥7.73%。通过实验室浮选试验,探究以柴油为捕收剂的可燃体回收率与试样元素含量的关系,发现同等药剂用量下,随着煤样含氧量的增高,浮选效果逐渐变差。通过非线性拟合,构建了俩者之间的函数模型,得出可燃体回收率与试样氧含量之间呈现一种负相关的关系。论文以饱和羧酸(正辛酸、正癸酸、月桂酸)、不饱和羧酸(油酸)、皂类(月桂酸钠、油酸钠)与柴油复配,考查各复配捕收剂对低阶煤浮选的影响,并且在此基础上添加六偏磷酸钠为调整剂,考查其对浮选的强化效果。浮选结果表明,同等药剂用量下,饱和羧酸(正辛酸、正癸酸、月桂酸)、不饱和羧酸(油酸)与柴油的复配药剂的浮选效果均优于柴油,说明其对煤泥浮选有促进作用。所有试验所用药剂中,油酸复配捕收剂的作用效果最好,能够明显提升低阶煤的浮选效果,特别是能够大幅度提高低含氧量煤泥的可燃体回收率。例如,对于大同晋华宫侏罗纪煤(含氧量8.37%),油酸配入比例为10%时,可燃体回收率也可达91.18%,在相近的可燃体回收率时,油酸复配捕收剂比柴油节省用量,节油率可达50%以上。三种饱和羧酸中,月桂酸的作用效果最佳,配入比例以20%为宜。皂类复配捕收剂的浮选效果与柴油相比虽有一定的提升,但却弱于油酸复配捕收剂,同时皂类复配捕收剂的选择性较差。在此基础上适量六偏磷酸钠的加入对内蒙色连二矿煤泥、朔州东露天煤泥的浮选提质有较好的效果,可降低精煤灰分,有效提升尾煤灰分,1000 g/t六偏磷酸钠的添加可强化朔州东露天煤泥的浮选速率。通过对药剂作用前后精煤的接触角、红外光谱、表面含氧官能团变化、以及复配药剂在水中的分散粒径、Zeta电位等表征,探讨了复配捕收剂及六偏磷酸钠的作用机理。在五种含氧量不同的煤泥中,氧含量越高,接触角越小,意味着煤表面越亲水。羧酸复配捕收剂作用后煤表面的接触角变大,煤泥的疏水性增强。XPS测试表明,煤中C元素有四种存在形式:C-C,C-H,C-O,C=O,COO-,其中C-C,C-H为疏水官能团,含氧官能团C-O、C=O和COO-为亲水官能团。油酸与柴油的复配药剂使煤样的疏水性官能团增加,含氧官能团减少,提高低阶煤的疏水性。结合红外测试认为,复配药剂中油酸的极性成分-COOH在煤样亲水区域发生氢键缔合作用,同时柴油与油酸中的非极性成分吸附于煤表面的疏水区域,强化了煤样表面的疏水性。此外,激光粒度测试表明,油酸复配捕收剂的分散粒度最小且分布集中,这也是其浮选效果最好的原因之一。通过Zeta电位测试发现,加入六偏磷酸钠后,试样的Zeta绝对值不同程度的增大,精煤与高灰脉石矿物之间的静电斥力加大,矿浆体系更稳定,分散效果更好,从而促进于浮选效果。
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