王之春　董憲姝(太原理工大學礦業(yè)工程學院,山西省太原市,030024)

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腐植酸鈉對煤泥浮選抑制規(guī)律的研究?

王之春董憲姝
(太原理工大學礦業(yè)工程學院,山西省太原市,030024)

摘 要為了解決高灰細粒煤泥浮選降灰難的問題,以腐植酸鈉為抑制劑進行了不同用量條件下的煤泥浮選試驗、浮選產(chǎn)品與腐植酸鈉改性試驗,對改性前和改性后的產(chǎn)品進行接觸角測量和FTIR分析,并對浮選精煤進行X射線衍射分析。試驗結(jié)果表明,腐植酸鈉易吸附在尾煤上,提高煤系礦物質(zhì)親水性可抑制其上浮,進而達到降低精煤灰分,改善浮選效果的目的。當腐植酸鈉用量為900g/t時,浮選精煤灰分為16.18%,比未添加腐植酸鈉浮選精煤灰分降低了10.4%,浮選完善指標升高了14.17%,浮選效果最佳。

關(guān)鍵詞煤泥浮選 腐植酸鈉 FTIR分析 XRD分析

現(xiàn)階段我國煤炭洗選工藝中,浮選仍是細粒煤分選最有效的方法。然而,隨著機械化采煤程度的提高,原煤中細粒煤含量增加,大量的粘土類礦物混入到細粒煤中,使高灰細粒煤的分選成為一項難題。對于高灰難選細粒煤的分選,在浮選過程中添加抑制劑來抑制粘土類礦物上浮,從而降低精煤的灰分以及改善浮選效果,是較有效的方法之一。有研究人員在浮選中加入水玻璃、CMC和淀粉等,擴大了煤與礦物質(zhì)表面親疏水性的差異,達到抑制礦物質(zhì)以提高精煤質(zhì)量的目的;也有研究人員對亞硫酸鈉、淀粉、單寧和CMC這4種抑制劑的抑制效果進行了對比分析,發(fā)現(xiàn)其對礦物質(zhì)的抑制均有選擇性和局限性。

本文通過在浮選中加入腐植酸鈉作為抑制劑進行浮選試驗,取得了較理想的效果。腐植酸是一種大分子直鏈螺旋體結(jié)構(gòu)的有機酸,能夠吸附在高嶺石和蒙脫石等礦物質(zhì)表面,可以改變其表面性質(zhì)。腐植酸富含于泥炭、褐煤、風化煤和氧化煤中,已被廣泛應用于赤鐵礦等礦石的浮選。對于腐植酸鈉在高灰細粒煤中抑制作用的研究,不僅可以為高灰細粒煤的降灰途徑提供一種較有效的參考,同時對氧化煤的開發(fā)利用具有重大意義。

1　試驗部分

1.1試驗儀器及藥劑

實驗室選用1.5L的XFD－3型單槽式浮選機、德國布魯克TENSOR27型傅里葉變換紅外光譜儀、Miniflex600型X射線衍射儀以及HARKE-SPCA型接觸角測定儀。

抑制劑為腐植酸鈉(自制)、捕收劑為煤油(化學純)以及起泡劑為仲辛醇(化學純)。

1.2煤樣分析

試驗煤樣為王家?guī)X氣煤,經(jīng)破碎篩分至0.5mm粒級以下,其水分含量為2.25%、灰分含量為36.62%、揮發(fā)分為26.37%以及固定碳含量為34.76%。

根據(jù)《煤炭行業(yè)標準煤粉篩分試驗方法》(GB/T477－2008)的規(guī)定,分別采用篩孔為0.25mm、0.125 mm、0.074 mm和0.045 mm的標準篩對該煤樣進行粒度分析試驗,原煤粒度分析結(jié)果見表1。

表1　原煤粒度分析結(jié)果

由表1可以看出,0.25mm和－0.045mm粒級為主導粒級,灰分含量均較高。由于灰分隨粒級分布較為均勻,可知難以通過對粒級的選擇來實現(xiàn)高效分選。

1.3藥劑最佳用量探索

按照《煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法》(GB/T4757－2001),試驗條件如下:當?shù)V漿濃度為100g/L、充氣量為0.25 m3/h、攪拌速度為1800r/min時,煤油用量分別為200g/t、500g/t、1000g/t、1500g/t、2000g/t和2500g/t,仲辛醇用量分別為50g/t、100g/t、150g/t、200g/t、250g/t和300g/t,進行捕收劑和起泡劑最佳用量探索試驗,結(jié)合精煤產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標,經(jīng)比較分析得知,當捕收劑用量為2000g/t及起泡劑用量為200g/t時,精煤產(chǎn)率為75.71%,精煤灰分為25.68%浮選完善指標為35.67%。

1.4分步釋放試驗

分步釋放試驗是了解在一定灰分條件下理論上所能達到的最大產(chǎn)率,分步釋放浮選曲線圖如圖1所示。按照《選煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》(MT/T144－97),在藥劑最佳用量的條件下試驗,分布釋放試驗結(jié)果見表2。 %

圖1　分步釋放浮選曲線圖

表2　分布釋放試驗結(jié)果

由圖1和表2可以看出,經(jīng)過粗選及一次精選后,累計產(chǎn)率降為68.6%,平均灰分降到了21.62%,說明一次精選過后精煤灰分降低的效果很好,但精煤灰分仍較高。由曲線β可知,當精煤灰分降到了10%左右時,精煤的理論產(chǎn)率為15%左右,產(chǎn)率較低,由此可分析出即使通過多次精選,精煤也很難得到高產(chǎn)率的低灰精煤,所以嘗試添加一定比例的腐植酸鈉,在降低精煤灰分的同時保證了其產(chǎn)率。

1.5腐植酸鈉作抑制劑浮選試驗

按照《煤粉(泥)實驗室單元浮選試驗方法》(GB/T4757－2001),試驗條件如下:當?shù)V漿濃度為100g/L、充氣量為0.25 m3/h、攪拌速度為1800r/min、捕收劑用量為2000g/t以及起泡劑用量為200g/t時,改變腐植酸鈉的用量進行試驗,試驗簡易流程如圖2所示。

圖2　試驗簡易流程圖

由圖2可以看出,按照礦漿濃度為100g/L向浮選槽內(nèi)加入一定質(zhì)量的煤樣,攪拌2min,使其充分潤濕。依次加入抑制劑腐植酸鈉,再攪拌2min后加入捕收劑煤油,再攪拌1min后最后加入起泡劑仲辛醇,攪拌10s,打開充氣閥門,刮泡3min。刮出浮物即為精煤,槽內(nèi)產(chǎn)物為尾煤。

不同用量腐植酸鈉浮選試驗結(jié)果見表3,浮選精煤產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標關(guān)系如圖3所示。

表3　不同用量腐植酸鈉浮選試驗結(jié)果

由表3和圖3可以看出,隨著腐植酸鈉用量的增加,精煤灰分有所降低,同時精煤產(chǎn)率也呈下降趨勢,說明腐植酸鈉在抑制礦物質(zhì)上浮的同時,對精煤也存在一定的抑制作用。當腐植酸鈉用量為900g/t時,精煤灰分降到16.18%,相對未添加腐植酸鈉浮選精煤灰分降10.4%,精煤產(chǎn)率下降了19.31%,此時浮選完善指標達到最大值49.84%,提高14.17%,實際上改善了浮選效果。

圖3　浮選精煤產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標關(guān)系

分步釋放與添加抑制劑浮選試驗精煤產(chǎn)率和灰分的關(guān)系對比分析如圖4所示。

圖4　分步釋放與添加抑制劑浮選試驗精煤產(chǎn)率和灰分的關(guān)系

由圖4可以看出,在同一精煤灰分下,添加腐植酸鈉浮選后的精煤產(chǎn)率高于通過多次精選時的精煤產(chǎn)率,在精煤灰分為18%左右時,精煤產(chǎn)率提高約12%,由此可知通過添加腐植酸鈉降灰提質(zhì)效果較理想。

2　機理探索

2.1腐植酸鈉對浮選產(chǎn)品影響的探究

以灰分為10.03%的精煤和灰分為73.28%的尾煤為模擬樣煤和煤系礦物質(zhì)與不同用量腐植酸鈉的改性進行試驗。

取10g樣品,加水至100mL,制備礦漿濃度為100g/L的漿體,加入一定比例腐植酸鈉: 0g/t、300 g/t、600 g/t、900 g/t、1200 g/t、1500g/t、2000g/t和2500g/t,常溫攪拌10min進行吸附改性和過濾干燥后,進行接觸角θ的測量,并計算其可浮性K (K＝1－Cosθ)。改性試驗結(jié)果見表4,精煤和尾煤可浮性下降率及可浮性差值與腐植酸鈉用量關(guān)系如圖5所示。

表4　改性試驗結(jié)果

圖5　精煤和尾煤可浮性下降率及可浮性差值與腐植酸鈉用量關(guān)系

由表4和圖5可以看出,添加腐植酸鈉改性后,精煤和尾煤的可浮性隨著腐植酸鈉用量的增加均呈下降趨勢,可知腐植酸鈉對精煤和尾煤均有一定的抑制作用。隨著腐植酸鈉用量的增加,精煤可浮性降低緩慢,且當腐植酸鈉用量達1500g/t后,其可浮性基本穩(wěn)定不變,而尾煤可浮性下降率高于精煤,且保持較快下降趨勢,說明腐植酸鈉對尾煤的抑制作用較強。同時隨著|△k|的不斷增大,即精煤和尾煤改性后的可浮性差異越來越大。由此可知腐植酸鈉可以起到抑制煤系礦物質(zhì)上浮,改善浮選效果的作用。

2.2浮選產(chǎn)品改性前和改性后紅外光譜分析

對腐植酸鈉用量為900g/t改性前和改性后的精煤和尾煤進行紅外光譜分析,探究腐植酸鈉的吸附機理。紅外譜圖中主要吸收峰的歸屬見表5,精煤和尾煤改性前和改性后產(chǎn)品的紅外譜圖分別見圖6和圖7。

表5　主要紅外光譜吸收峰的歸屬

由表5可以看出,腐植酸鈉紅外譜圖在3690cm－1和3450cm－1左右出現(xiàn)－OH伸縮振動吸收峰,1710cm－1左右出現(xiàn)－C＝O伸縮振動吸收峰,1250cm－1左右出現(xiàn)Ar－O－Ar＇的伸縮振動吸收峰,可知腐植酸鈉含有大量親水基團,即羥基、羧基和醚氧基。

圖6　精煤改性前和改性后FTIR譜圖

由圖6可以看出,精煤的特征吸收峰在添加腐植酸鈉前、后基本上沒發(fā)生變化,即吸附前、后沒有新的官能團產(chǎn)生,說明腐植酸鈉與精煤基本上不發(fā)生吸附作用。

圖7　尾煤改性前、后FTIR譜圖

由圖7可以看出,吸附前、后的尾煤特征吸收峰變化最明顯的是1710cm－1和1250cm－1左右處,出現(xiàn)－C＝O伸縮振動吸收峰和Ar－O－Ar＇振動吸收峰,同時在3690cm－1、3600cm－1和1620cm－1左右處的吸收峰得到了加強。從以上分析可以推斷,腐植酸鈉更易吸附到礦物質(zhì)表面,增加了礦物質(zhì)表面的親水性,達到抑制礦物質(zhì)上浮的效果。

2.3浮選產(chǎn)品X射線衍射分析

對不同用量腐植酸鈉浮選精煤做X射線衍射分析。原煤XRD圖譜如圖8所示,抑制劑用量為0g/t(①)、900g/t(②)和2000g/t(③)時XRD圖譜如圖9所示。

圖8　原煤XRD圖譜

圖9　抑制劑用量0g/t(①)、900g/t(②) 和2000g/t(③)時XRD圖譜

依據(jù)XRD圖譜,利用RIR參比強度法對原煤及系列浮選精煤中礦物質(zhì)的組分含量百分比進行定量分析,結(jié)果見表6。

表6　RIR參比強度法定量結(jié)果

由圖8、圖9和表6可以看出,原煤中的主要礦物質(zhì)有4種,即高嶺石、石英石、方解石和方鈉石。在煤油和仲辛醇用量最優(yōu)的條件下,浮選精煤中石英石和方解石含量降低,但礦物質(zhì)組成沒變。由于腐植酸鈉的加入,浮選精煤中礦物質(zhì)組成發(fā)生改變,其中石英石和方解石得到完全抑制而消失,且隨著腐植酸鈉用量的增加,高嶺石含量百分比逐漸降低、方鈉石百分比含量逐漸增高,說明腐植酸鈉對高嶺石有較理想的抑制效果,但對方鈉石幾乎沒作用。綜合分析可知,腐植酸鈉對煤系礦物質(zhì)抑制效果理想。

3　結(jié)論

(1)腐植酸鈉降灰效果顯著,但同時會對精煤產(chǎn)率造成一定影響。當腐植酸鈉用量為900g/t 時,浮選效果最佳。

(2)對于高灰細粒煤泥浮選,添加腐植酸鈉降灰提質(zhì)與通過多次精選降灰相比較提質(zhì)效果更為理想。

(3)腐植酸鈉較易吸附到煤系礦物質(zhì)表面,提高礦物質(zhì)親水性,抑制其上浮,進而改善浮選效果。

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(責任編輯王雅琴)

★煤礦安全★

Researchondepreesantlawofsodiumhumateonthecoalflotation

WangZhichun,DongXianshu
(CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan,Shanxi030024,China)

AbstractInordertosolvetheproblemofreducingashdifficultduringhighashultrafine coalflotation,theauthorsconductedcoalslimeexperimentandflotationproductionwithsodium humatemodifiedtestsunderdifferentdosageconditionsofusingsodium humatedepressant, measuredcontactangleandanalyzedFTIRoftheproductsbeforeandafterthemodifying,and conductedX-raydiffractionanalysisofcleancoalflotation. Theresultsshowedthatsodiumhumateeasilyabsorbedontailcoal,improvingcoalmeasuresmineralhydrophiliccouldinhibitfloatingtoreduceashofcleancoalandimproveflotationeffects. Whenthedosageofsodiumhumate was900g/t,theashofcleancoalflotationwas16.18%whichless10.4%thanthenosodiumhumateaddingcondition. Thefaultlessindexofflotationraised14.17%whichwerebestflotationeffect.

Keywordscoalflotation,sodiumhumate,FTIRanalysis,XRDanalysis

中圖分類號TQ536.92

文獻標識碼A

基金項目:?節(jié)能減排技術(shù)研究專項——煤泥處理成套工藝、技術(shù)和關(guān)鍵設備研究與應用(20130313001－2)

作者簡介:王之春(1990－),男,安徽宿州人,太原理工大學在讀碩士研究生,主要研究方向為礦物加工工藝設備與理論。