不同类型表面活性剂乳化煤油对低阶煤浮选的影响研究.pdf
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1、1582023,55(9):158-164.美,引用格式:杨春晖,侯艺,童等不同类型表面活性剂乳化煤油对低阶煤浮选的影响研究.煤炭工程,Vol.55,No.9COALENGINEERING第55卷第9 期程炭煤doi:10.11799/ce202309027不同类型表面活性剂乳化煤油对低阶煤浮选的影响研究杨春晖,侯艺,童美,张迪,谢乾坤,黄根(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083)摘要:选取阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、非离子表面活性剂Tween-80三种不同类型的表面活性剂分别与煤油制成乳化煤油捕收剂,对低阶煤
2、进行浮选试验,对比乳化前后捕收剂的浮选效果。采用激光粒度仪、接触角和傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)分析了乳化煤油的作用机理。结果表明:在捕收剂用量为6 0 0 0 g/t,单独采用煤油作捕收剂时,精煤可燃体回收率为6 0.0 7%,浮选完善指标为30.44%。采用乳化煤油的浮选效果均优于煤油,当采用Tween-80乳化煤油作捕收剂时,精煤可燃体回收率达到最大值,为88.05%,浮选完善指标31.2 1%。粒度分析表明,乳化作用可降低油滴粒径,煤油在水中分散的平均粒径为1 6 7 m,T w e e n-8 0 乳化煤油的平均粒径为1.1 9m,SD S乳化煤油的平均粒径为0.152um,D
3、T A B乳化煤油的平均粒径为1.52 m。结合浮选结果可知,乳化煤油油滴平均粒径1.19m且小于3.7 7 m油滴占90%时,精煤可燃体回收率和浮选完善指标最高。FTIR和接触角结果表明,捕收剂有效吸附在低阶煤表面并降低含氧官能团对浮选的影响,增强煤表面的疏水性,关键词:低阶煤;乳化捕收剂;表面活性剂;煤泥浮选;分散粒径中图分类号:TD94文献标识码:A文章编号:1 6 7 1-0 959(2 0 2 3)0 9-0 1 58-0 7Impacts of kerosene emulsified by different surfactant on low rank coal flotatio
4、nYANG Chunhui,HOU Yi,TONG Mei,ZHANG Di,XIE Qiankun,HUANG Gen(School of Chemical and Environmental Engineering,China University of Mining and Technology-Beijing,Beijing 100083,China)Abstract:Three types of surfactants,namely anionic surfactant sodium dodecyl sulfate(SDS),cationic surfactant dodecyltr
5、imethyl ammonium bromide(DTAB)and non-ionic surfactant Tween-80,were selected to prepare emulsified kerosenecollector.The flotation tests of low-rank coal were carried out to compare the flotation effect of the collectors before and afteremulsification.The mechanism of emulsified kerosene was analyz
6、ed by laser particle size analyzer,contact angle and Fourierinfrared spectroscopy(FTIR).The results showed that when the collector dosage is 6000 g/t and kerosene is used as collectoralone,the combustible recovery is 60.07%and the flotation perfection index is 30.44%.With the Tween-80 emulsifiedkero
7、sene collector,the combustible recovery reaches the maximum,is 88.05%,and the flotation perfection index is 31.21%.According to the size analysis,the particle size of oil droplets is reduced after emulsification,the average particle size ofkerosene dispersed in water is 167 m,and that of Tween-80 em
8、ulsified kerosene,SDS emulsified kerosene and DTABemulsified kerosene is 1.19 m 0.152 m 1.52 m,respectively.Combining with the flotation results,when the averageparticle size of emulsified kerosene oil droplet is 1.19 m and 90%of the particle is smaller than 3.77 m,the combustiblerecovery and flotat
9、ion perfection index are the highest.The results of FTIR and contact angle showed that the collector isadsorbed effectively on the surface of low-rank coal,reduces the influence of oxygen-containing functional groups on flotation,and increases the hydrophobicity of coal surface.Keywords:low-rank coa
10、l;emulsified collectors;surfactant;slime flotation;dispersed size收稿日期:2 0 2 3-0 4-1 1作者简介:杨春晖(1 998 一),女,山西阳泉人,研究方向:煤泥浮选,E-mail:y c h 0 6 0 8 2 0 2 1 1 6 3.c o m。通讯作者:黄根(1 98 6 一),男,湖南湘潭人,博士,副教授,研究方向:矿物加工理论、工艺及设备,E-mail:huanggencumth 。1592023年第9 期研究探讨程炭煤我国能源的赋存特点是“富煤、贫油、少气”,煤炭在我国能源消费中占有不可替代的地位1.2 。低
11、阶煤储量约占我国已发现煤炭资源储量的40%以上3,低阶煤的开发与利用具有广阔的应用前景。由于低阶煤表面含有大量含氧官能团4,侧链多且孔隙度高,疏水性差、可浮性差5,导致低阶煤浮选困难。因此,探索高效清洁的低阶煤浮选药剂对于低阶煤的综合开发利用具有重要意义6-8 。用于低阶煤浮选的捕收剂一般为非极性烃类油,主要作用在煤表面的疏水位点9,对于表面含有大量亲水位点的低阶煤来说其吸附作用较弱,因此烃类含氧有机捕收剂成为目前低阶煤浮选药剂的主要研究对象1 0-1 。近几年,国内外学者致力于对浮选药剂的研究,特别是乳化浮选药剂1 6 ,其中乳化液Ext-F17、E C-98 0 0 1 8 、A O 捕收
12、剂1 9、DR煤油乳化液2 0 等,与常规煤泥浮选所用捕收剂相比,乳化捕收剂能够增加其在矿浆中的分散性,增大药剂与煤粒的碰撞概率2 1 O基于不同药剂协同作用下的药剂复配是提高低阶煤浮选效果的重要方法,本研究以低阶煤为研究对象,对其基本性质进行分析,选用不同类型的表面活性剂作为乳化剂,利用磁力搅拌和超声波结合的方式对煤油进行乳化,并分析了不同乳化剂乳化煤油的浮选效果以及表面活性剂单独加人时对低阶煤浮选效果的影响,实现低阶煤资源的有效利用。1试验样品和方法1.1试验样品1.1.1试验煤样本研究以内蒙古布尔台选煤厂的长焰煤作为研究对象,样品为现场未加人任何药剂的浮选人料。煤样的粒度组成见表1。表1
13、煤样筛分试验结果筛上累计/%筛下累计/%粒级/mm产率/%灰分/%产率灰分产率灰分0.50.2522.4017.4922.4017.49100.0024.780.250.12516.3618.2238.7617.8077.60 26.880.1250.07413.6320.5652.3918.5261.24 29.190.0740.04513.0021.2565.3919.0647.6131.66-0.04534.6135.57100.0024.7834.6135.57合计100.0024.78由表1 可知,-0.0 7 4mm粒级含量较高,为47.61%,灰分为31.6 6%。其中-0.0
14、45mm粒级含量占34.6 1%,且灰分较高,为35.57%。说明煤样中含有较多的高灰细泥,在浮选过程中,可能导致细泥罩盖,增加精煤灰分。根据煤炭浮沉实验方法(CB/T4782008),对煤样的密度组成进行分析,试验结果见表2。表2煤样小浮沉试验结果密度级/浮物累计/%沉物累计/%产率/%灰分/%(g:cm3)产率灰分产率灰分-1.306.877.066.877.06100.0024.431.30 1.4012.719.5119.588.6593.1325.711.401.5015.4813.3935.0510.7480.4228.271.50 1.6023.7817.5758.8313.50
15、64.9531.811.60 1.7014.6426.2173.4716.0441.1740.041.70 1.808.0236.3581.4918.0426.5347.66+1.8018.5152.57100.0043.0018.5152.58总计100.0024.43由表2 可知,-1.50 g/cm含量为35.0 5%,灰分为1 0.7 4%;1.50 1.7 0 g/cm含量为38.42%,灰分为2 0.8 6%,中间密度级含量较多;+1.7 g/cm3含量为2 6.53%,灰分为47.6 7%,高密度级含量较多。使用X射线衍射仪(德国布鲁克公司ADVANCE)分析煤样的物相组成,检测
16、结果如图1所示。由图1 可知,煤样中的主要矿物质为高岭土、蒙脱石和石英。高岭土和蒙脱石容易泥化,导致细泥罩盖和夹带。500007KK一高岭土M一蒙脱石40000Q一石英30000KK20000KKMK10000MQ0L102030405060708020/()图1煤样XRD测试结果1.1.2试验药剂和仪器试验采用的捕收剂和起泡剂分别为煤油和仲辛醇,表面活性剂为阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS,化学纯,试剂级)、阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB,化学纯,试剂级)、非离子表面活性剂失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(T w e e n-8 0,化学纯,试剂级)。乳化过程如下:将表面活
17、性剂、煤油和去离子水按表面活性剂添加量(占油相体积比)1 0%,油水体积比3:7 置于带有刻160灰2023年第9 期程研究探讨煤度的烧杯内,用恒温磁力搅拌器40、6 0 0 r/min搅拌3min,最后将烧杯置于7 2 0 W超声波细胞粉碎仪中超声乳化90 s,放置2 min直至上层泡沫消失。试验仪器见表3。表3试验设备设备名称规格厂家X-射线衍射仪BRUCKERD8ADVANCE德国布鲁克公司浮选机XFD-0.5L吉林省探矿机械厂恒温磁力搅拌器B11-2型上海司月仪器公司超声波细胞粉碎仪YDC-1200E易德诚天地公司电热鼓风干燥箱101-2S上海力辰邦西仪器公司箱式电阻炉SX2-5-12
18、龙口市先科仪器公司1.2试验方法1)浮选试验方法。试验所使用的浮选机为XFD-0.5L单槽浮选机。浮选条件:主轴搅拌转速1800r/min,矿浆浓度8 0 g/L,充气量0.1 5m/h。浮选流程:在0.5L浮选槽中加人40 g煤样搅拌2min,使煤样充分润湿和分散后加人捕收剂搅拌1min,然后加人起泡剂,充气1 5s,刮泡2.5min。最后对浮选后的精煤和尾煤分别进行抽滤、烘干、称重、制样、烧灰。采用精煤产率、精煤灰分、精煤可燃体回收率和浮选完善指标作为浮选效果的评价指标。煤可燃体回收率:100-A,E,=,(1)100-A浮选完善指标:A,-A,X(2)100-AA式中,E,、分别为精煤可
19、燃体回收率和浮选完善指标,%;i、A,、A,分别为精煤产率、原煤灰分和精煤灰分,%。2)乳化油粒度测定。使用激光粒度仪(M a s t e r s i z e r 2 0 0 0,英国马尔文公司生产),分析乳化油的液滴粒径分布。先按设定的要求配制乳化液,然后静置直至上层泡沫消失,最后装瓶、贴签。激光粒度仪能够测试的粒径分布范围为1 0 0 nm3500m,扫描速率为1 0 0 0 次/s。3)样品表面接触角测定。将煤样与乳化油充分搅拌,捕收剂用量为6 0 0 0 g/t,低温烘干。接触角测量之前,先采用FY-30型压片机对煤样进行压片,压力为55MPa,时间为2 min,然后再利用HARKES
20、PCA接触角测定仪测量样品的接触角4)样品表面含氧官能团测定。使用傅里叶红外光谱仪(FTIR,Ni c o l e t IS1 0 美国尼高力生产),分析煤样表面含氧官能团的分布情况。先将煤样与乳化煤油充分作用后过滤、真空低温干燥,然后取少量粉末样品,加人KBr后进行压片,并置于红外光下检测。红外光谱仪的扫描范围为40 0 40 0 0 cm,分辨率优于0.4cm,波数精度优于0.0 1 cm。2乳化煤油对低阶煤浮选的影响2.1捕收剂用量对浮选效果的影响通过前期探索试验及条件优化,最终确定浮选条件为:主轴转速1 8 0 0 r/min,充气量0.1 5m/h,矿浆浓度8 0 g/L,捕收剂用量
21、对浮选的效果如图2所示。当捕收剂的用量为2 0 0 0 g/t时,精煤的产率都较低,可燃体回收率和浮选完善指标也较低,随着捕收剂用量的增加,精煤产率和灰分都随之增加,可燃体回收率也呈上升趋势,但浮选完善指标呈先上升后缓慢下降的趋势。当捕收剂用量超过6000g/t时,精煤产率增加缓慢,但精煤灰分增加显著,因此最佳药剂用量为6 0 0 0 g/t。此时采用Tween-80作表面活性剂的乳化油的精煤产率为82.78%,灰分为1 1.58%;采用SDS作表面活性剂时精煤产率为8 2.9 8%,灰分为1 1.8 1%;采用DTAB作表面活性剂时精煤产率为7 0.49%,灰分为10.77%,煤油作捕收剂时
22、精煤产率最低为54.6 9%,灰分也最低为9.57%。在相同药剂耗量的情况下,Tween-80的可燃体回收率和浮选完善指标最高,SDS稍逊于Tween-80,D T A B次之,煤油的效果最差。2.2乳化油对煤表面接触角的影响接触角可以直观反映煤样表面的疏水性,接触角越大,疏水性越好,可浮性越好。不同捕收剂作用后,煤样表面接触角的变化如图3所示。由图3可知,相较于煤油,乳化油作用之后的煤样表面的接触角均大幅增加,其中Tween-80接触角增幅最大,SDS次之,DTAB最小。由于低阶煤表面含有大量的极性官能团,煤油为非极性烃类油,在水中以油滴形式存在,与煤表面极性位点作用较弱,因此接触角较小。而
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