新型浮选药剂论文

新型浮选药剂论文

一：浮选原理及新型浮选药剂

浮选是利用矿物亲水性的差异而实现矿物分离的方法。易被水湿润的表面称为亲水表面，难被水润湿的表面称为疏水表面。煤各部分的显微组分是不同的，煤粒表面的大部分为非极性区域，部分为极性区域。有机组分的表面主要是非极性区域，矿物杂质等的表面主要是极性区域。

煤粒在水中，其表面的质点和水分子互相极化，从而产生程度不同的水化作用。极性区域的水化作用较强，能生成较厚且较稳定的水化层，从而表现出亲水性。非极性区域的水化作用弱，甚至没有水化作用，表现出疏水性。

浮选时，在搅拌和起泡剂的作用下产生气泡，气泡和煤中的疏水表面相接触时，因水化层较薄容易破裂，结果使气泡和煤中的有机组分黏在一起而上浮。而当气泡和由煤中的矿物杂质构成的亲水表面相接触时，要克服较厚的水化层的阻挡是困难的，故难以使其上浮。

当煤粒表面吸附液相中的离子或分子后，其水化作用的大小程度会变化，故可通过向水中加入药剂的方法来扩大被分离组分间亲水性的差别，并产生大量合适的气泡，促进有机组分的上浮。按其作用可把这些药剂分为两类。其中一类属于起泡剂，它们能在气-液界面上促进气体向水中的扩散，从而生成大量均匀、稳定性好的气泡。另一类属于捕收剂，其主要作用是在固-液相界面上增加有机组分的疏水性，从而使煤粒和气泡结合的更牢固。

捕收剂

浮选是细粒煤泥精选的最为有效的方法，煤泥浮选过程中通常要加入捕收剂来提高煤颗粒表面的疏水性，捕收剂多为煤油、轻煤油，约占80~90%。而这类浮选药剂普遍存在药耗量过大的问题，而且，对于细粒煤含量较多和低变质程度的焦煤，由于其可浮性和选择性更差，因而浮选药剂耗量更大。煤泥浮选中烃类油用量一般在吨干煤泥1~2kg，随着油价上涨，浮选药剂费用将大幅度上升，从而导致浮选成本上升，最终影响到选煤厂的经济效益，近年来，世界各国都在研制新型高效的浮选药剂，以求降低成本，提高精煤产率。以下是新型捕收剂的种类。

第一类：ZNX-0711捕收剂

ZNX-0711捕收剂是一种新型煤泥浮选捕收剂具有捕收性能好、浮选速度快、分选效率高的特点。采用这种捕收剂在实验室进行了煤泥浮选的对比试验，并在选煤厂进行了工业应用。实验结果表明：ZNX-0711用于煤泥浮选，其性能明显好于煤油和柴油。

理论分析：

煤泥浮选涉及到气、液、固三相，是一个相当复杂的过程，不同变质程度的煤具有不同的可浮性，浮选药剂的作用正是通过调节气、液、固三相的界面性质，增加了煤与矿物之间是的表面性质的差异，从而实现了煤与矿物颗粒的有效分离。

煤泥浮选的前提条件就是要提高煤颗粒的疏水性，增大煤颗粒与杂质的表面疏水性差异。烃类油（柴油、煤油等）是一种疏水性物质，它与水互不相溶，在矿浆中不能形成细小的分散相，只能以液滴的形式存在，导致烃类油与煤粒发生接触碰撞时附着的概率较小，而

且烃类油滴在短时间内还会发生聚集成大的油滴，从而导致较大的油滴被细小煤粒过量吸附而提前浮出，造成浪费，使精煤中的泥质较多，精煤灰分升高。

ZNX—0711捕收剂中含有一些极性有机物质，这些极性有机物质一端为极性基因，一段为非极性基因，一方面可使捕收剂中的非极性烃类油组分很好地分散在煤浆中增加非极性组分与煤表面的接触机会，另一方面极性端又易与煤表面局部亲水区域的含氧官能团作用，飞极性端指向水，改变了局部的疏水性。ZNX—0711捕收剂中的极性组分和非极性组分从整体上提高了煤粒表面疏水性，从而大大提高了煤泥浮选的效果。

ZNX—0711捕收剂是一种新型高效的煤泥浮选捕收剂，具有较好的捕捉性能，分选效率高，可提高煤泥浮选的精煤产率。洗煤厂工业生产实践表明，ZNX—0711捕收剂可以取代煤油或柴油用于煤泥浮选，明显降低了选煤药耗，使浮选精煤产率大幅提高，为选煤厂带来巨大的经济效益。

第二类：对捕收剂进行乳化作用

用适当的方法将捕收剂乳化后使用，不仅可以降低药剂用量，还能改善浮选条件，减轻高灰细泥对浮选精煤的污染。

理论分析：

在浮选过程中，药剂经乳化后之所以能减少用量，主要是因为捕收剂经乳化后，它的粘度下降，分散度大大提高，由于“油粒”变小，相应的在煤粒表面形成的“油膜”也就变薄，这就是能减少用量的主要原因。从理论上讲油膜厚度仅需1至2个分子厚度，但实际上由于油水的互不相溶，极大的限制了捕收剂在水中的分散度，造成油液滴过大。油液滴过大不仅浪费了捕收剂，而且还会导致捕收剂再被煤粒吸附的同时一并将煤泥表面的细泥覆盖，导致细泥的污染。根据中国一些洗煤厂浮选精煤质量的分析结果可知油膜过厚、粘度偏高、二次富集效果不好，是造成细泥污染严重的主要原因。捕收剂经乳化后粘度下降，也就减轻了高灰细泥在煤粒表面的粘附，从而提高了“二次富集”的效果，降低了细泥对精煤的污染。

近几十年的有关文献表明，在捕收剂化学乳化的研究中，国内外专家进行了大量的有益工作。概括而言，主要是在乳化剂的优化和强化乳化工艺方面进行了大量的研究探究。在乳化剂的优化方面有选用单一的表面活性剂作为乳化剂到优选由2种或多种表面活性剂复配成的乳化剂。在乳化工艺方面，近年来趋向于采用综合方式依次对药剂进行搅拌，高压喷射切割、超声破碎和均化、强磁化等处理。这样制得的乳化液分散相颗粒较小，稳定性也有所提高；但乳化工艺有些复杂，因此，增强乳化剂的自乳化效能是简化乳化工艺的有力手段。

起泡剂

随着现代工业的飞速发展，我国煤炭产量不断递增，特别是为了出口优质煤炭，对原煤必须进行洗选。且随着采煤机械化的发展和煤层的变化，我国煤粉量相对增多，入洗原煤中约有20%左右的细煤粒进入循环水，沉降成煤泥，可浮性变差。浮选技术是最重要的选矿技术之一。浮选过程包括三个主要的步骤：通过化学药剂来选择性的改变矿物的表面性质，即改变矿物表面的疏水性或亲水性；疏水性矿物颗粒与气泡之间的接触和粘附；可浮性矿物颗粒与不可浮颗粒的分离。起泡剂在第二和第三步起最重要的作用。起泡剂的作用主要是影响气泡和矿物颗粒的接触，并能在泡沫层中使由于疏水性而粘附在气泡上的矿物颗粒与夹杂的亲水性颗粒分离。浮选结果的好坏，浮选药剂是重要的因素。

起泡剂多数是杂极性表面活性剂，可以在气—液界面吸附浓缩，降低气—液表面能，使气泡体系能量降低，促使空气分散，生成直径较小的气泡，并能在相界面上进行定向排列，使其极性端指向水，非极性端指向空气，由于极性端和水分子发生作用，在气泡表面形成一层水化层，阻碍了气泡的兼并，同时还可以增加气泡抗变形及破裂的能力。起泡剂非极性基

越长，气泡能力就应越强，同时非极性基的长短要与极性基配合。针对选煤中起泡剂用量大，精煤产率低的问题研制出了以下新型起泡剂。

第一类：微生物起泡剂

微生物起泡剂是一类由微生物合成的、结构不同的表面活性分子。与化学起泡剂相比，它们除了具有降低表面张力、稳定乳化液和发泡功能外，还具有一般化学合成的表面活性剂所不具备的无毒、能被生物降解等性能，不会对环境造成污染和破坏，因此有很好的应用潜力。

微生物起泡剂的提取过程是：取发酵液，6000r/min离心20min；离心上清液用4M HCI 调PH至2.3，开始有絮状沉淀，4℃放置24h后，12000r/min离心20min，除去上清液，沉淀用0.5M NaOH调节PH值为中性，冷冻干燥后得到起泡剂粗品。

经过科学家实践证明，在起泡剂与捕收剂用量固定的情况下，采用微生物起泡剂粗品其精煤产率介于仲辛醇和杂醇油之间，精煤灰分略低于杂醇油。对于实验所采用的煤泥，采用微生物起泡剂粗品的浮选效率略好于杂醇油，能有效降低表面张力，且起泡剂稳定性较好。因此能够作为传统浮选起泡剂的代用品。当然对于其他煤泥的浮选效果，仍需要进一步的开展研究。此外，进一步研究采用排放量大的有机废物发酵生产微生物起泡剂、降低成本，也是使得绿色浮选药剂尽快走向市场的前提。

第二类：新型合成起泡剂

丁醚油(即合成起泡剂—l·1·3—三乙氧基丁烷,俗称四号油)的研究与试制工作,已为浮选生产提供了一种新型合成起泡剂。它的分子结构式为: CH3一CH一CH:一CH一O一C:万5 }} O一C ZH,O一C:H, 纯品是无色油状液体,粗制品由于含有少量树脂杂质,呈橙黄色带有水果香味。在酸性介质中水解而放出经基丁醛。经基丁醛很容易被氧化变成旦一经基丁酸。因此它在尾矿水中也能较快的被水解,相继被氧化,是一种无毒的起泡剂。

第三类：微乳化型起泡剂

GH起泡剂是以多种表面活性剂、高级醇和辅助剂按独特工艺制成的一种微乳型起泡剂。该产品为琥珀色液体、不易燃、不易挥发、使用安全；使用中无明显刺激性气味，略有高级醇香，无任何沉淀杂质。

浮选时泡沫是矿粒上浮的媒介，因此起泡剂是浮选过程中必不可少的药剂。为了使有用矿物有效的富集在空气与水的界面上，必须利用起泡剂产生大量的泡沫，制造大量的界面。好的起泡剂应具有良好的起泡性、一定的选择性，还应具有适当的稳定性，稳定性太低，矿化后泡沫在上浮的过程中容易发生兼并而破灭；过于稳定，泡沫自浮选机排出后，上时间不兼并破灭，因此不宜运送，更不利于下一步的浓缩机烘干。而GH选煤起泡剂的特性有以下几点：

（1）产生的泡沫大小分布合理，韧性适中，粘度不高。如浮选的气泡太大则气泡个数小，气泡的总面积小，附着的矿粒也少，浮选效果差；气泡过小附着矿粒之后上浮困难。

（2）具有好的流动性、因GH起泡剂是微乳化液所以在水中分散性好，易于跟非极性矿物结合，尾矿水中残留量小，更有利于循环水多次利用。

（3）GH选煤起泡剂无毒、无刺激性气味、不易燃、便于运输和添加操作。

第四类：复合型起泡剂

起泡剂由极性基和非极性基组成的表面活性剂，绝大多数是非离子型的。现用起泡剂主要有杂醇油类、浮选油类或工业化工废料，气味大、毒性大对生产工人的健康很不利。选煤起泡剂B是用于煤泥浮选的一种表面活性剂复合型起泡剂，表面活性剂在气－水界面吸附能力大，而在煤炭表面不发生或很少发生吸附，能大大地降低表面张力，增大了空气在煤浆中的弥散，改变气泡在煤浆中的大小和运动状态，降低向矿浆中充气搅拌的动力消耗，并能在矿浆面上形成浮选需要的泡沫层。且起泡剂的气泡致密性稳定、选择性好、反应速度快，

不受温度和ph值影响，用量小。该产品闪点高不易燃、不易挥发、使用安全；使用中无明显刺激性气味。无任何沉淀杂质，凝固点低、无需保温或加热，冬季低温使用不会变稠便于使用。颜色为深褐色或黑色油状液体，无不良气味。

调整剂

调整剂用于调整其它药剂与矿物表面的作用，调整矿浆的性质，提高浮选的选择性。调整剂是控制矿物与捕收剂作用的一种辅助药剂，调整剂按作用可分为活化剂、抑制剂、pH 矿浆调整剂、分散与絮凝剂四类。

目前用于选煤的调整剂并不多，但要解决煤泥可浮性差的最有效、最简单的方法是加入调整剂。现已研制的OC系列调整剂是一种非离子型添加剂，能与氧化煤中的多种含氧官能团形成化学吸附。配成一定浓度的OC水溶液与煤泥充分搅拌后接触角能增大10°~14°，这说明形成的化学吸附使煤的疏水性变好。此外，把OC加入有捕收剂的煤泥水中，能降低油水界面张力，促进油滴在水相中的分散，使油滴与煤粒接触，有利于气泡矿化，从而改善浮选的选择性。

二：浮选药剂的选用

浮选药剂的选择和使用是提高煤泥浮选效率最重要的环节之一。当浮选易浮煤时，可以选择浮选活性略低的捕收剂，但浮选表面疏水性差的煤时，应使用浮选活性高的药剂。对于分选细泥含量高的煤泥，就应该选择具有良好选择性的药剂，必要时还需要添加调整剂。起泡剂的选择应视煤泥中所含高灰分煤泥的数量及浮选机的充气情况而定。对细泥含量大的煤泥，不宜采用起泡率高、气泡直径小、寿命长的起泡剂，以便减少细泥被泡沫层机械夹带，提高浮选的选择性。在浮选粗颗粒含量高的煤泥时，宜采用起泡率高、气泡直径小、寿命长的起泡剂，这有助于颗粒与气泡间的固着。

捕收剂的选用

1. 煤泥系统的捕收剂，主要是非极性烃类油，油的品种不同，碳氢化合物的分子量不同，浮选效果也不同。低分子量的油，容易在煤粒表面展开，但油膜不稳定，并可渗透到煤的孔隙中去，使浮选剂耗量增加。

2. 煤是极为复杂的化合物，任何单一成分的非极性烃类油都不会是最佳的捕收剂。为了改善浮选药剂性能，对煤有最佳的捕收性能，芳烃和烷烃组分合理配合的混合物应是最好的捕收剂。

起泡剂的选用

起泡剂的种类繁多，化学组分差别大，因此具有不同的化学性质。极性基比例较高的起泡剂，具有较高的亲水性和较低的起泡性能，而非极性基比例较高的起泡剂则具有较高的表面活性。

起泡剂的选择，视煤泥中所含高灰细泥的数量以及浮选机的充气情况而定。对细泥含量大的煤泥，不宜采用起泡率高、气泡直径小、寿命长的起泡剂，以便减少细泥被泡沫层机械夹带，提高浮选的选择性。在浮选粗颗粒含量高的煤泥时，宜采用起泡率高、气泡直径小、寿命长的起泡剂，这有助于颗粒与气泡间的固着。对于煤浆充气量大的浮选机，应该采用起

泡率较高的起泡剂。

选择起泡剂时，还应注意到所用的起泡剂应对煤浆PH值的变化不敏感，且不与溶液中的矿物盐离子发生作用。当煤浆中盐离子含量高时，应避免使用离子型的起泡剂。

调整剂的使用

在煤泥浮选中，一般只使用两种浮选剂，一种是改善煤粒表面疏水性的捕收剂，另一种是起泡剂。调整剂在煤泥浮选中使用不多，但随着市场对煤质量要求的进一步提高，调整剂的使用可能会受到一定程度的重视。煤浆酸碱度调整剂可以使用石灰、碳酸钠、盐酸等。使用调整剂是为了使煤浆具有适宜程度的酸碱度，例如松油、煤油等在碱性煤浆中使用效果较好。

使用现在常规的浮游选煤技术条件，无法脱除黄铁矿硫，而且在很多场合下，浮选精煤中的硫分要高于入料中的硫分，即黄铁矿颗粒与煤粒一起浮起，并富集在精煤之中。为了抑制自然疏水性较强的黄铁矿，可采用的调整剂有石灰、碳酸钠等。

消除细泥对精煤污染的调整剂可使用石灰、食盐、氯化铝等，因为煤浆中极细的泥质含量多时，能吸附在煤将表面，增高精煤灰分，同时也因煤粒表面的亲水性而降低精煤产率。

浮选剂的使用受许多因素的影响，对煤泥浮选更普遍的要求是，清楚的认识到用什么样的浮选剂可望得到最佳的浮选效果。

三总结

1.复合浮选药剂是近年来浮选剂开发的一种新趋势，它兼具捕收、起泡双重功能。

2.联合用药已成为浮选药剂研究的热点，联合用药一般能产生协同效应，比单一用药效果好。

3.起泡剂着重在人工合成，特别是以石油加工产品烯类为原料合成醇类起泡剂，效果最好。

4.国内外专家对调整剂也进行了初探，做了大量工作。采用优良的调整剂，能够改善煤的浮选产率和选择性指标。

5.研究和开发高效、安全无污染的生物型煤泥水处理絮凝剂会成为今后研究开发的重点。

6.开发新型、无毒、价廉、易得的新药剂是目前浮选药剂研究领域的重要方向。