鄭變琴

(霍州煤電集團(tuán) 云廈白龍洗煤廠， 山西 霍州 031400)

浮選是目前細(xì)粒煤分選最為經(jīng)濟(jì)有效的方式之一[1,2]. 浮選是根據(jù)礦物表面親疏水性的差異，通過(guò)浮選藥劑的作用達(dá)到分選的目的[3]. 傳統(tǒng)的浮選藥劑因品種單一、質(zhì)量不穩(wěn)定等因素限制了煤泥分選效果，在浮選過(guò)程中，起泡劑必不可少。最先使用的起泡劑大都為天然產(chǎn)品，因受其來(lái)源的制約，合成起泡劑或是多種起泡劑的聯(lián)合使用日漸成為焦點(diǎn)[4,5]. 因此，選擇化學(xué)改性、超聲乳化以及兩者耦合的方式對(duì)起泡劑進(jìn)行改性試驗(yàn)，以確定起泡劑最佳改性方式，提高煤泥浮選效率。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)所用煤樣取自霍州白龍礦粒度<0.5 mm的粉末狀煙煤；實(shí)驗(yàn)過(guò)程所用試劑主要有捕收劑煤油(北京化工廠)，起泡劑仲辛醇(天津市精細(xì)化工研究所)，兩者均為分析純；改性劑有濃硫酸(天津市科密歐，濃度98%)、磷酸(北京化工廠，分析純)、鄰苯二甲酸酐(成都市克隆化工試劑廠，分析純)。

實(shí)驗(yàn)儀器主要有超聲波細(xì)胞粉碎儀UH-250A(北京晴輝世創(chuàng)科技發(fā)展中心)、電子天平AL104(梅特勒-托利多儀器有限公司)、DT系列分析天平DT1000(常熟市意歐儀器有限公司)、傅里葉變換紅外光譜儀FTIR8400S(日本島津)、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱DHG-9053(上海一恒科技有限公司)、高效節(jié)能馬弗爐XRMF-9X(鶴壁市新銳科技有限公司)、多用真空過(guò)濾機(jī)XTLZφ260/φ200(西昌一〇二制造廠)、集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S(鞏義市予華儀器有限公司)。

1.2 超聲乳化試驗(yàn)

將超聲儀器置于平整的試驗(yàn)臺(tái)上，量取一定量的起泡劑和水，使其總量保持在100 mL，調(diào)整超聲儀器支架高度，確保超聲頭浸入溶液中，將盛有起泡劑的燒杯放置在超聲頭下部，開啟超聲設(shè)備，設(shè)置超聲頻率為25 kHz，將稱量好的水溶液緩慢加入起泡劑中，超聲一定時(shí)間，直到生成乳白色的乳化液。

1.3 起泡劑化學(xué)改性試驗(yàn)方法

采用的仲辛醇化學(xué)改性方法為仲辛醇酯化和仲辛醇酸化(硫酸酸化和磷酸酸化)，酸化過(guò)程見方程式[6].

仲辛醇硫酸酸化方程式：

C8H17OH+H2SO4=C8H17OHSO3+H2O

C8H17OHSO3+NaOH=C8H17OSO3Na+H2O

仲辛醇磷酸酸化方程式：

C8H17OH+H3PO4=C8H17OH2PO3+H2O

C8H17OH2PO3+2NaOH=C8H17OPO3Na2+2H2O

仲辛醇酯化步驟見圖1.

圖1 仲辛醇酯化步驟圖

1.4 浮選試驗(yàn)

試驗(yàn)采用XFD-Ⅲ型1.5 L掛槽式浮選機(jī)，功率為90 W，葉輪轉(zhuǎn)速可設(shè)定0～2 000 r/min，刮板轉(zhuǎn)速15～20 r/min，充氣量0～0.6 m3/h；試驗(yàn)礦漿濃度100 g/L，捕收劑煤油400 g/t，起泡劑仲辛醇改性前后用量相同，均為55 g/t.

1.5 紅外光譜的測(cè)定

將光譜純溴化鉀置于真空干燥箱內(nèi)，烘2 h以除去水分，準(zhǔn)確稱取烘好的溴化鉀于研缽中研磨，之后通過(guò)壓片機(jī)制得純溴化鉀片；將待測(cè)溶液滴到溴化鉀片上，置于紅外光譜儀中，測(cè)定起泡劑改性前后親疏水官能團(tuán)的變化。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 超聲乳化對(duì)浮選效果的影響

將起泡劑與水以1∶1的比例混合，在室溫25 ℃條件下測(cè)定其溶液的表面張力。測(cè)定結(jié)果顯示，仲辛醇超聲乳化前的表面張力為31.88 mN/m，經(jīng)超聲乳化后表面張力值降低至29.79 mN/m. 選擇起泡劑溶液最低表面張力下的濃度，對(duì)煤泥進(jìn)行浮選，測(cè)定起泡劑仲辛醇超聲乳化前后對(duì)煤泥浮選效果的影響。其浮選結(jié)果見表1.

表1 仲辛醇超聲乳化前后煤泥浮選結(jié)果表

從表1可以看出，起泡劑經(jīng)超聲乳化后，浮選精煤產(chǎn)率提高了11%，雖然灰分也稍微上升，但可燃體回收率提高了13%，這說(shuō)明超聲乳化起泡劑對(duì)精煤浮選有明顯效果。這是因?yàn)槌暿沟秒娔苻D(zhuǎn)換成聲能產(chǎn)生空化效應(yīng)[6]，將與其接觸的液體瞬間變成密集的超小氣泡，這些超小氣泡持續(xù)接受能量后迅速炸裂，釋放出的能量又可以作用于起泡劑，激發(fā)起泡劑的活性使起泡劑乳化，乳化后的起泡劑更易溶于水，提高了煤泥的可浮性。

2.2 化學(xué)改性對(duì)浮選效果的影響

將改性后仲辛醇與未改性的仲辛醇用于煤泥浮選，判斷化學(xué)改性仲辛醇能否提高煤泥浮選效率，試驗(yàn)結(jié)果見表2.

表2 仲辛醇化學(xué)改性前后煤泥浮選結(jié)果表

從表2可以看出，仲辛醇經(jīng)鄰苯二甲酸酯酯化后，浮選精煤產(chǎn)率提高了8%，雖然灰分有所增加，但可燃體回收率提高了9%左右；經(jīng)磷酸和硫酸酸化后，浮選精煤產(chǎn)率分別提高了5%和10%.同時(shí)，可燃體回收率提高了將近5%和13%.即起泡劑化學(xué)改性后，煤泥浮選效率均有提高；仲辛醇經(jīng)硫酸酸化后，煤泥浮選效率升高更加明顯一些。

2.3 超聲乳化-化學(xué)改性耦合作用對(duì)浮選效果影響

起泡劑仲辛醇在超聲乳化-化學(xué)改性條件下進(jìn)行煤泥浮選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2. 由圖2可以看出，經(jīng)超聲乳化+酯化后的仲辛醇作用于煤泥，精煤產(chǎn)率和可燃體回收率分別提高了15%和14.6%；經(jīng)超聲乳化+硫酸酸化后的仲辛醇浮選煤泥，精煤產(chǎn)率和可燃體回收率分別提高了14%和12.6%；經(jīng)超聲乳化+磷酸酸化后的仲辛醇浮選煤泥，精煤產(chǎn)率和可燃體回收率分別提高了12%和11.8%. 這說(shuō)明起泡劑仲辛醇在超聲乳化-化學(xué)改性條件下進(jìn)行煤泥浮選試驗(yàn)，其精煤產(chǎn)率和可燃體回收率均發(fā)生了明顯的提高，比起泡劑未改性時(shí)的浮選效果好；且在相同作用條件下，仲辛醇經(jīng)超聲乳化-酯化改性耦合作用后對(duì)煤泥浮選效果最佳。

圖2 仲辛醇化學(xué)改性-超聲乳化后煤泥浮選效果圖

2.4 改性前后紅外光譜的變化

起泡劑經(jīng)化學(xué)改性、超聲乳化耦合作用前后紅外測(cè)定結(jié)果見圖3.

從圖3可以看出，經(jīng)化學(xué)改性-超聲耦合作用后的起泡劑仲辛醇在波數(shù)1 000～1 300 cm-1處C-O特征峰強(qiáng)度明顯，這表明改性后的起泡劑中伴有醇、醚或酯的生成，這與上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致，經(jīng)超聲乳化后起泡劑變得更加親水，煤泥浮選效果提高；在2 850～2 960 cm-1處是甲基亞甲基疏水性基團(tuán)伸縮振動(dòng)峰，仲辛醇經(jīng)超聲乳化-化學(xué)改性后，疏水性伸縮振動(dòng)峰均有減弱趨勢(shì)，經(jīng)超聲乳化-酯化后的疏水性伸縮振動(dòng)峰強(qiáng)度最弱，起泡劑疏水性弱，親水性強(qiáng)，對(duì)煤泥浮選起到增強(qiáng)的效果。

圖3 改性前后紅外光譜圖

3 結(jié) 論

1) 起泡劑經(jīng)超聲乳化后，煤泥浮選效果明顯好轉(zhuǎn)，超聲乳化產(chǎn)生的空化效應(yīng)激發(fā)了起泡劑的活性，增加了煤泥的可浮性。

2) 起泡劑仲辛醇經(jīng)化學(xué)改性作用后，生成了一些親水性官能團(tuán)，增加了起泡劑的親水性，使得精煤浮選效率高于未改性條件下精煤浮選效率。

3) 起泡劑仲辛醇經(jīng)超聲乳化-化學(xué)改性，煤泥浮選效率均發(fā)生明顯提高。經(jīng)超聲乳化后，仲辛醇浮選精煤產(chǎn)率提高了11%，可燃體回收率提高了13%；經(jīng)化學(xué)改性后仲辛醇浮選精煤產(chǎn)率至少提高了5%；經(jīng)超聲乳化-酯化改性耦合作用，精煤浮選產(chǎn)率提高了15.3%，可燃體回收率提高了14.6%；化學(xué)改性-超聲耦合方法比單一方法改性仲辛醇，精煤產(chǎn)率更高，浮選效率更好。