張 寧 宋書宇 郭 坤 趙文婷 樊民強(qiáng)

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,山西省太原市,030024)

★煤炭科技·加工轉(zhuǎn)化★

變性淀粉對(duì)煤泥浮選作用的研究

張 寧 宋書宇 郭 坤 趙文婷 樊民強(qiáng)

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,山西省太原市,030024)

以乙酰化己二酸雙淀粉、陽離子淀粉醚、辛烯基琥珀酸淀粉鈉、羥丙基淀粉醚、羥丙基磷酸雙淀粉和氧化淀粉這6種不同性質(zhì)的變性淀粉作為調(diào)整劑,對(duì)兩種不同的煤樣進(jìn)行浮選試驗(yàn),分別對(duì)精煤產(chǎn)率、精煤灰分、尾煤灰分和浮選完善指標(biāo)進(jìn)行分析對(duì)比。浮選試驗(yàn)結(jié)果表明,陽離子淀粉醚能夠提高精煤產(chǎn)率,略微提高精煤灰分,對(duì)煤泥浮選具有明顯的促進(jìn)作用;氧化淀粉能夠降低精煤產(chǎn)率,降低精煤灰分,對(duì)煤泥浮選具有選擇性抑制效果。

變性淀粉 調(diào)整劑 浮選 煤泥

1 引言

淀粉是一種可再生的天然有機(jī)高分子聚合物,其廉價(jià)、無毒和易生物降解的性質(zhì)使得其在許多行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。淀粉作用于礦物表面后可使礦物表面親水,對(duì)礦物表面已吸附的捕收劑有掩蓋屏蔽的作用。此外,淀粉對(duì)懸浮物有凝聚的作用,因此淀粉常作為抑制劑和選擇性絮凝劑應(yīng)用于選礦領(lǐng)域。

淀粉分子中含有糖苷鍵和易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的羥基,所以淀粉能和許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。天然淀粉經(jīng)化學(xué)、物理和生物等方法處理改變了淀粉分子中某些D－吡喃葡萄糖單元的結(jié)構(gòu),同時(shí)也不同程度地改變了天然淀粉的物理和化學(xué)性質(zhì),經(jīng)過這種變性處理的淀粉通常稱為變性淀粉或淀粉衍生物。變性淀粉與天然淀粉相比具有更多優(yōu)良的性質(zhì),其種類繁多并廣泛應(yīng)用于食品、紡織、礦業(yè)、化工、造紙、醫(yī)療和其他許多行業(yè)。變性淀粉在選礦領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用,在選煤方面也取得了一些進(jìn)展。

相關(guān)專家對(duì)比了變性淀粉、水玻璃、六偏磷酸鈉和羧甲基纖維素鈉4種抑制劑對(duì)高灰煤泥的抑制效果,結(jié)果表明變性淀粉降低精煤灰分的效果是幾種抑制劑中最為明顯的,當(dāng)其用量為1000 g/t時(shí),可以將精煤灰分降低到8.70%,與空白試驗(yàn)相比較下降了1.6個(gè)百分點(diǎn),且精煤產(chǎn)率僅僅下降了5個(gè)百分點(diǎn);有的專家使用變性淀粉作抑制劑,當(dāng)用量為1000 g/t時(shí),精煤產(chǎn)率為69.20%,精煤灰分從12.09%降為10.53%,抑制高灰礦物效果明顯;還有專家認(rèn)為,淀粉會(huì)與粘土類礦物表面的金屬離子及氧離子通過化學(xué)鍵合或氫鍵發(fā)生吸附,進(jìn)而對(duì)粘土類礦物起到抑制作用。

變性淀粉的種類繁多,不同的變性淀粉對(duì)煤泥浮選的作用也有所差異,研究和發(fā)現(xiàn)不同變性淀粉對(duì)煤泥浮選作用的影響對(duì)于煤泥浮選有著積極的作用。本文選取了6種變性淀粉作為煤泥浮選的調(diào)整劑,研究其對(duì)煤泥浮選作用的影響。

2 試驗(yàn)與方法

2.1 煤樣

本試驗(yàn)選用的兩種煤樣,一種采自位于山西靜樂縣大遠(yuǎn)煤礦選煤廠的入洗原煤,屬1/3焦煤,灰分為22.50%左右,標(biāo)記為A;另一種采自沁源的氧化煤泥,灰分為21.00%左右,標(biāo)記為B。兩種煤樣粒度級(jí)均低于0.5 mm。

2.2 藥劑

浮選試驗(yàn)使用的捕收劑為納爾科N88002,起泡劑為仲辛醇,調(diào)整劑為6種變性淀粉,變性淀粉信息見表1。

表1 變性淀粉信息

由表1可見,乙?；憾犭p淀粉是由醋酸酐和己二酸酐與淀粉進(jìn)行酯化反應(yīng)制得的產(chǎn)物;陽離子淀粉醚是由陽離子試劑叔胺鹽在一定條件下與淀粉反應(yīng)制得的產(chǎn)物;辛烯基琥珀酸淀粉鈉由辛烯基琥珀酸酐與淀粉經(jīng)酯化反應(yīng)制得,通常以淀粉鈉的形式出現(xiàn);羥丙基淀粉醚是在堿性條件下由淀粉與環(huán)氧丙烷作用制得;羥丙基磷酸雙淀粉是在堿性條件下,先由淀粉與環(huán)氧丙烷作用達(dá)到一定醚化度,然后加入六偏磷酸鈉作為交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)而制得;氧化淀粉是在堿性條件下,由氧化劑次氯酸鈉與淀粉作用制得。

2.3 煤泥浮選試驗(yàn)

煤泥浮選試驗(yàn)采用XFDⅣ型充氣單槽浮選機(jī),主軸轉(zhuǎn)速為1800 r/min,充氣量為1.33 L/min,浮選槽容積為1.5 L,礦漿濃度為100 g/L,浮選試驗(yàn)流程圖見圖1。

圖1 浮選試驗(yàn)流程圖

由圖1可見,加入煤樣攪拌2 min后加入變性淀粉,1 min后加入捕收劑納爾科N88002,1 min后加入起泡劑仲辛醇,10 s后開始刮泡,持續(xù)刮泡3 min后結(jié)束。

3 結(jié)果與討論

對(duì)于煤樣A,固定捕收劑和起泡劑的用量分別為400 g/t和40 g/t;對(duì)于煤樣B,固定捕收劑和起泡劑的用量分別為533 g/t和53.3 g/t。本試驗(yàn)采用變性淀粉作為調(diào)整劑,其用量為0 g/t時(shí)作為對(duì)照組,改變其用量分別為100 g/t、300 g/t和500 g/t。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了6種變性淀粉的用量與精煤產(chǎn)率、精煤灰分、尾煤灰分以及浮選完善指標(biāo)的關(guān)系圖分別見圖2～圖5,并測(cè)定了2種煤樣在添加變性淀粉前后煤粒表面電位的變化見圖6。

3.1 變性淀粉對(duì)精煤產(chǎn)率的影響

變性淀粉對(duì)精煤產(chǎn)率的影響見圖2。

由圖2(a)可見,對(duì)于煤樣A,1號(hào)、2號(hào)和4號(hào)變性淀粉在不同用量的下都會(huì)增加精煤產(chǎn)率; 5號(hào)和6號(hào)變性淀粉對(duì)精煤產(chǎn)率呈減小的趨勢(shì),藥劑用量越大,減小精煤產(chǎn)率的作用越明顯;3號(hào)變性淀粉對(duì)精煤產(chǎn)率則基本沒有影響。

由圖2(b)可見,對(duì)于煤樣B,1號(hào)、2號(hào)和5號(hào)變性淀粉在低藥劑用量的情況下增加精煤產(chǎn)率,高藥劑用量的情況下減小精煤產(chǎn)率,其中5號(hào)作用最為明顯;6號(hào)變性淀粉隨著藥劑用量的增加,精煤產(chǎn)率逐漸降低;3號(hào)和4號(hào)變性淀粉對(duì)精煤產(chǎn)率的影響不明顯。

圖2 變性淀粉對(duì)精煤產(chǎn)率的影響

3.2 變性淀粉對(duì)精煤灰分的影響

變性淀粉對(duì)精煤灰分的影響見圖3。

圖3 變性淀粉對(duì)精煤灰分的影響

由圖3(a)可見,對(duì)于煤樣A,1號(hào)、2號(hào)和4號(hào)變性淀粉隨著藥劑用量的增加,精煤灰分逐漸增加;3號(hào)變性淀粉隨著藥劑用量增加,精煤灰分先增加后略有降低;5號(hào)變性淀粉隨著藥劑用量的增加,精煤灰分先增加后趨于穩(wěn)定;6號(hào)變性淀粉隨著藥劑用量的增加,精煤灰分呈逐漸降低的趨勢(shì),降低趨勢(shì)較為平緩。6種藥劑中,只有6號(hào)變性淀粉的加入可以使得精煤灰分低于對(duì)照組,實(shí)現(xiàn)了降低精煤灰分的作用。

由圖3(b)可見,對(duì)于煤樣B,1號(hào)和2號(hào)變性淀粉用量為100 g/t時(shí),灰分增長(zhǎng)較大,隨著藥劑用量的增大,灰分略微降低;3號(hào)變性淀粉隨著藥劑用量增大灰分先增加后減小;4號(hào)變性淀粉隨著藥劑用量增大灰分增加后趨于平緩;5號(hào)變性淀粉隨著藥劑用量的增加,灰分呈先增加后降低的趨勢(shì),用量在500 g/t時(shí),精煤灰分低于對(duì)照組;6號(hào)變性淀粉隨著藥劑用量的增加,精煤灰分呈逐漸降低的趨勢(shì)。由此可見,6號(hào)變性淀粉的加入實(shí)現(xiàn)了降低精煤灰分的作用。

3.3 變性淀粉對(duì)尾煤灰分的影響

變性淀粉對(duì)尾煤灰分的影響見圖4。

由圖4(a)可見,對(duì)于煤樣A,1號(hào)和2號(hào)變性淀粉在不同用量情況下,尾煤灰分均高于對(duì)照組;3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)和6號(hào)變性淀粉在低藥劑用量的情況下,尾煤灰分均高于對(duì)照組,隨著藥劑用量增加,尾煤灰分總體呈降低趨勢(shì),6號(hào)變性淀粉的降低趨勢(shì)最為明顯。

由圖4(b)可見,對(duì)于煤樣B,在低藥劑用量的情況下,除了3號(hào)變性淀粉外,各變性淀粉尾煤灰分均高于對(duì)照組尾煤灰分,其中2號(hào)和5號(hào)變性淀粉提高尾煤灰分最為明顯;隨著藥劑用量的增加,尾煤灰分均有所降低,其中5號(hào)和6號(hào)變性淀粉降低尾煤灰分最為明顯;3號(hào)變性淀粉只在用量為300 g/t時(shí)略微提高尾煤灰分,其對(duì)尾煤灰分作用不明顯。

3.4 變性淀粉對(duì)浮選完善指標(biāo)的影響

變性淀粉對(duì)浮選完善指標(biāo)的影響見圖5。

由圖5(a)可見,對(duì)于煤樣A,在低藥劑用量的情況下,1號(hào)、3號(hào)和6號(hào)變性淀粉的浮選完善指標(biāo)高于對(duì)照組,2號(hào)和4號(hào)變性淀粉略低于對(duì)照組;在高藥劑用量情況下,只有6號(hào)變性淀粉的浮選完善指標(biāo)略低于對(duì)照組,其他各變性淀粉均明顯低于對(duì)照組,5號(hào)變性淀粉在各藥劑用量情況下,浮選完善指標(biāo)均低于對(duì)照組。

由圖5(b)可見,對(duì)于煤樣B,在低藥劑用量的情況下,2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)和6號(hào)變性淀粉的浮選完善指標(biāo)高于對(duì)照組,1號(hào)和2號(hào)變性淀粉略低于對(duì)照組;在高藥劑用量情況下,1號(hào)、2號(hào)和4號(hào)變性淀粉的浮選完善指標(biāo)接近于對(duì)照組,3號(hào)、5號(hào)和6號(hào)的浮選完善指標(biāo)遠(yuǎn)低于對(duì)照組。

圖4 變性淀粉對(duì)尾煤灰分的影響

圖5 變性淀粉對(duì)浮選完善指標(biāo)的影響

3.5 Zeta電位的測(cè)定

Zeta電位的測(cè)定可以檢測(cè)出A煤樣和B煤樣在加入各種變性淀粉前后煤粒表面電位的變化,測(cè)定礦漿p H值為6.75,不考慮煤泥變化引起礦漿p H值的微弱變動(dòng),假設(shè)其保持不變,得出不同變性淀粉作用下煤粒表面電位圖見圖6。

圖6 不同變性淀粉作用下煤粒表面電位圖

由圖6可見,各變性的淀粉的加入降低了煤粒表面的電位的絕對(duì)值,使其更接近等電點(diǎn),其中2號(hào)變性淀粉使得煤粒表面電位降幅最大。添加各變性淀粉后的煤粒,表面電位降幅與藥劑用量為300 g/t時(shí),兩種煤樣精煤產(chǎn)率總體上呈正相關(guān)關(guān)系。

3.6 藥劑作用總結(jié)

(1)1號(hào)變性淀粉用量適當(dāng)可提高精煤產(chǎn)率,提高尾煤灰分,但精煤灰分提高過多,添加該藥劑對(duì)煤泥浮選影響沒有意義。

(2)2號(hào)變性淀粉可提高精煤產(chǎn)率,略微提高精煤灰分,提高尾煤灰分,適當(dāng)用量浮選完善指標(biāo)可高于對(duì)照組,促進(jìn)了煤泥浮選。由于煤粒表面帶有負(fù)電荷,陽離子淀粉發(fā)生吸附于煤粒表面,煤粒表面電位大幅降低,水化作用減弱,水化層變薄,提高了礦物表面疏水性和可浮性。

(3)3號(hào)變性淀粉的加入對(duì)精煤產(chǎn)率影響不大,精煤灰分略有增加,尾煤灰分影響不大,添加該藥劑對(duì)煤泥浮選影響沒有意義。

(4)4號(hào)變性淀粉的加入雖然可略微提高精煤產(chǎn)率,但使精煤灰分提高較多,提高尾煤灰分不明顯,浮選完善指標(biāo)單調(diào)下降,添加該藥劑對(duì)煤泥浮選有害無利。

(5)5號(hào)變性淀粉的加入使得低精煤產(chǎn)率降低,但降精煤灰分不明顯,而浮選完善指標(biāo)單調(diào)下降,即對(duì)煤泥的選擇性差,添加該藥劑對(duì)煤泥浮選有害無利。

(6)6號(hào)變性淀粉的加入使得精煤產(chǎn)率降低,精煤灰分降低,浮選完善指標(biāo)隨藥劑用量增加而略有增加,對(duì)于煤泥浮選是一種良好的選擇性抑制劑。氧化淀粉分子中存在大量親水的含氧官能團(tuán),它吸附于煤煤泥表面之后,降低了其可浮性,從而抑制了煤泥的浮選。

4 結(jié)論

(1)乙?；憾犭p淀粉、辛烯基琥珀酸淀粉鈉、羥丙基淀粉醚和羥丙基磷酸雙淀粉使得精煤產(chǎn)率過分降低或者精煤灰分提高過多,它們的加入對(duì)于煤泥浮選有害無利,不宜作為煤泥浮選的調(diào)整劑。

(2)陽離子淀粉醚提高精煤產(chǎn)率,略微提高精煤灰分,提高尾煤灰分,適當(dāng)用量能夠促進(jìn)煤泥浮選,可作為難浮煤泥的促進(jìn)劑。

(3)氧化淀粉能夠降低精煤產(chǎn)率、尾煤灰分和精煤灰分,浮選完善指標(biāo)隨藥劑用量增加而略有增加,可作為高灰煤泥選擇性抑制劑。

[1] 高明,徐志強(qiáng).兩性型淀粉－丙烯酰胺接枝共聚物的合成與在煤泥水處理中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭, 2013(11)

[2] 吳永云.淀粉在選礦工藝中的應(yīng)用[J].國(guó)外金屬礦選礦,1999(11)

[3] 王小雄,張媛等.淀粉絮凝劑的研究概況[J].工業(yè)水處理,2009(1)

[4] I.Dogu et.al.Separation of dark-colored minerals from feldspar by selective flocculation using starch [J].Powder Technology,2004(3)

[5] 馮國(guó)濤,單志華.變性淀粉的種類及其應(yīng)用研究[J].皮革化工,2005(4)

[6] 嚴(yán)瑞瑄.水溶性高分子[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998

[7] 張友松,胡克祥.我國(guó)變性淀粉生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].精細(xì)與專用化學(xué)品,2003(18)

[8] Hai-pu LI et al.Effect of modified starches on depression of diaspore[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2010(8)

[9] Daniel Chappell et al.Effect of degree of substitution of carboxymethyl starch on diaspore depression in reverse flotation[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2011(8)

[10] 陳達(dá),葛英勇.改性淀粉對(duì)石英－磁鐵礦浮選體系的影響[J].礦產(chǎn)綜合利用,2006(1)

[11] 涂照妹,劉文禮,黃銳等.抑制劑在煤泥浮選中的作用機(jī)理及應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用, 2010(3)

[12] 徐初陽,聶容春,張明旭等.煤泥浮選中抑制劑的應(yīng)用研究[J].礦業(yè)工程,2005(2)

(責(zé)任編輯 王雅琴)

Research on effects of modified starch in coal slime floatation

Zhang Ning,Song Shuyu,Guo Kun,Zhao Wenting,Fan Minqiang
(College of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China)

By using six different types of modified starchs as regulators:acetylated distarch adipate,cationic starch ether,starch sodium octenylsuccinate,hydroxypropyl starch ether, hydroxypropyl distarch phosphate and oxidized starch,the authors conducted select floatation experiments for two different coal samples and also analysed and compared the cleaned coal yield, cleans ash,tailing ash and improved floatation index.The result showed that the cationic starch ether could increase cleaned coal yield and slightly increase cleans ash,obviously promote coal slime floatation;and the oxidized starch could decrease cleaned coal yield and cleans ash,and had a selectively depressant effect on coal slime floatation.

modified starch,regulator,flotation,coal slime

TD943.14

A

張寧(1988－),男,山西陽泉人,在讀碩士,主要從事煤泥浮選藥劑的研究。