耿琳琳 杨润全 王 豪 王怀法

（太原理工大学矿业工程学院，山西省太原市，030024）

1 概述

浮选是细粒级煤泥主要的分选方法，分为正浮选和反浮选。常规浮选中，用烃类油作捕收剂，煤成为泡沫产品，高灰矿物质成为槽内产品。反浮选就是加入煤的抑制剂和矿物质的捕收剂，使矿物质成为泡沫产品。

国内相关专家进行过煤泥的反浮选试验研究，选用糊精作抑制剂、松油醇作起泡剂，当十二胺（DDA）用量为1200g／t时，反浮选效果较好，浮尾（精煤）的灰分降至12.04%，浮精与浮尾灰分相差了15.87%。也有专家选用糊精作为抑制剂，仲辛醇作为起泡剂，先用起泡剂浮起易浮煤之后，再用十二胺盐酸盐和十六烷基三甲基溴化铵作捕收剂，浮尾灰分最低分别降至8.09%和10.27%，十二胺对煤泥的反浮选效果比十六烷基三甲基溴化铵好。另有专家选用十二烷基三甲基溴化铵（DTAC）作为捕收剂对煤泥反浮选进行了研究，选用糊精作抑制剂、单宁酸作分散剂，当浮选入料的灰分为34.6%时，加入1375g／t的DTAC，精煤的灰分降至16.7%，产率达到50.4%。

众多试验后发现需要大量的捕收剂，并提出零调浆的概念。零调浆是直接基于浮选系统的热力学分析而提出的新概念，在零调浆过程中，捕收剂进入矿浆时与气泡碰撞吸附在泡沫的表面，然后再接触离子表面。传统浮选中，气泡与附着有捕收剂的矿物颗粒表面直接碰撞，传统浮选方法见图1。浮选药剂溶解 （或分散）在矿浆中通常要通过一个调节过程，而在零调浆中捕收剂进入浮选槽，浮选过程开始没有提供任何时间调节矿浆，使得附着有捕收剂的气泡与颗粒表面发生碰撞，零调浆技术见图2。在反浮选中，零调浆主要用来促进脉石矿物的浮选。

图1 传统浮选方法

图2 零调浆技术

在处理煤泥时，由于煤颗粒表面的天然疏水性较好，正浮选成为最常用的有效分选方法。但是，在浮选入料中精煤量远大于其它矿物质，这将加大浮选设备的负荷，同时使得能耗增大。浮选煤矸石可使泡沫产品产量从50%～70%降低到30%～50%的范围，大大降低了浮选设备的承载能力。此外，由于低阶煤和氧化煤的总疏水性较低，难以采用传统浮选进行煤泥的分选，使得这部分氧化煤和低阶煤多数被抛弃或废置，造成了资源浪费。因此，研究反浮选对尾煤的再选和难浮煤泥的浮选很有意义。

2 煤样性质与试验方法

2.1 煤样性质

煤样取自山西平朔某矿，属动力煤，其工业分析如下：Mad为1.99%，Ad为38.47%，Vdaf为38.42%，FCdaf为37.14%，煤样为高水、高灰、高挥发分以及中低等固定碳的煤。

参照GB／T19093-2003 《粉煤筛分试验方法》，将试验煤样经过筛分后分成4个粒级，分别是0.25～0.125mm、0.125～0.074mm、0.074～0.038mm 和-0.038mm，煤样筛分试验结果见表1。

由表1可以看出，煤样中0.25～0.125mm 粒级的产率占9.37%，含量较少，而-0.038mm 粒级细煤泥的产率占到了33.47%。同时煤样各粒级灰 分 分 布 较 均 匀， 均 在 37% 左 右， 只 有-0.038mm粒级的灰分与其它粒级相比较高，达到了39.03%。

表1 煤样筛分试验结果表

2.2 试验方法

浮选试验采用XFD-1型单槽浮选机，浮选槽的容积为1L。矿浆浓度为60g／L，调浆时间为3 min。捕收剂分别选用DDA 和DTAC，均为分析纯，起泡剂选用仲辛醇，选用糊精做抑制剂。试验前，先将DTAC 和糊精均配制成1%的水溶液备用，DDA 与盐酸按照摩尔比1∶1混合，配成浓度为1%的十二胺盐酸盐水溶液。试验过程中，酸性矿浆采用稀盐酸调整，碱性矿浆采用氢氧化钠调整。试验采用4种方案进行：

（1）方案一：只添加DTAC 或DDA，浮选药剂按照捕收剂、起泡剂的顺序添加，时间间隔分别是1min和10s，刮泡时间为5min。

（2）方案二：零调浆，不加糊精，加药顺序为起泡剂、捕收剂，起泡剂加入10s后直接起泡，此时添加捕收剂并开始刮泡，刮泡时间5min。

（3）方案三：不使用零调浆，加入加捕收剂DTAC或DDA，并加入糊精，浮选药剂按照抑制剂、捕收剂、起泡剂的顺序依次添加，时间间隔分别为2min、1min和10s。

（4）方案四：零调浆，并加入糊精。操作同方案二，只是加入起泡剂前先加入糊精。

3 试验结果与分析

3.1 不同捕收剂对煤泥反浮选的影响

3.1.1 DTAC捕收剂对煤泥反浮选试验的影响

当使用糊精的用量为1500g／t、仲辛醇的用量为100g／t时，DTAC 的用量和零调浆对浮选精矿产率和灰分的影响见图3和图4，DTAC 的用量和零调浆对浮选尾矿产率和灰分的影响见图5和图6。

由图3和图4可见，随着DTAC 用量的增加，浮选精矿的产率呈增大趋势。零调浆的加入可以减少药剂用量，提高浮选精矿产率。当DTAC 的用量均为1500 g／t 时，常规浮选精矿产率为49.63%，而使用零调浆后浮选精矿产率为58.04%，提高了8.41%。糊精的加入降低了浮选精矿产率，但却明显提高了选择性。不加入糊精时，浮选精矿灰分最高41.26%，加入1500g／t的糊精后，浮选精矿灰分最高可达56.77%。

图3 DTAC的用量和零调浆对浮选精矿产率的影响

图4 DTAC的用量和零调浆对浮选精矿灰分的影响

图5 DTAC的用量和零调浆对浮选尾矿产率的影响

由图5 和图6 可见，浮选尾矿的产率随着DTAC用量增加而呈现降低的趋势。当DTAC 的用量为2000g／t时，浮选精矿的灰分为49.15%，浮选尾矿的灰分为23.48%，浮选精矿灰分和浮选尾矿灰分差值达到25.67%，此时取得较理想的结果。

图6 DTAC的用量和零调浆对浮选尾矿灰分的影响

3.1.2 DDA 捕收剂对煤泥反浮选的影响

当使用糊精的用量为1500g／t、仲辛醇的用量为60g／t时，DDA的用量和零调浆对浮选精矿产率和灰分的影响见图7和图8，DDA 的用量和零调浆对浮选尾矿产率和灰分的影响见图9和图10。

图7 DDA 的用量和零调浆对浮选精矿产率的影响

图8 DDA 用量和零调浆对浮选精矿灰分的影响

图9 DDA 用量和零调浆对浮选尾矿产率的影响

图10 DDA 用量和零调浆对浮选尾矿灰分的影响

由图7～图10 可知，当使用的DDA 用量为500g／t时，浮选精矿的灰分为25.35%，浮选尾矿的灰分为49.20%，浮选尾矿的产率为49.48%，可以实现正浮选。继续增加DDA 的用量到800g／t时，浮选精矿的灰分为30%左右，浮选尾矿的灰分为60%左右，浮选尾矿的产率降低至15%左右。单独添加DDA 时，由于低阶煤表面含氧官能团较多，在矿浆中添加阳离子表面活性剂DDA 可以提高低阶煤浮选效果。糊精能抑制有机化合物，对煤有很好的抑制效果。加入1500g／t的糊精后，浮选精矿灰分在50%以上，浮选尾矿灰分可到20%以下。

DDA 是很好的煤的表面活性剂，但并不能达到反浮选的效果。DDA 用量的增加使得浮选精矿的产率随之增加。不使用零调浆，当DDA 的用量为1000g／t时，浮选精矿产率41.4%；加入零调浆后，DDA 的用量为800g／t，浮选精矿产率为50.58%。浮选尾矿产率随着DDA 用量增加而呈现降低的趋势。当DDA 用量为800g／t时，浮选精矿的灰分为54.38%，浮选尾矿的灰分为19.72%，浮选精矿灰分和浮选尾矿灰分差值最大为34.66%，此时取得最理想的结果。

综上分析，零调浆技术可以降低药剂用量，DDA 作为捕收剂可以使用反浮选。

3.2 矿浆pH 值对煤泥反浮选试验的影响

3.2.1 DTAC为捕收剂时矿浆pH 值对反浮选试验的影响

当DTAC 用量为2000g／t、仲辛醇用量为100g／t以及糊精用量为1500g／t时，pH 对浮选精矿及尾矿的产率和灰分的影响见图11和图12。

图11 pH 值对浮选精矿产率和灰分的影响

图12 pH 值对浮选尾矿产率和灰分的影响

由图11和图12可以看出，在矿浆pH 值为4时，浮选精矿灰分最高可达54.49%，浮选尾矿的产率为54.94%，浮选尾矿的灰分为22.91%，取得了较理想的效果。高岭石晶体层面和端面的荷电机理不同，其端面荷电是表面原子的选择性吸附和解离而成，并随着pH 值的变化而变化，其层面荷电为金属离子的晶格取代永久负电荷且不随溶液pH 值变化而改变，试验测得高岭石IEP值为3.6。因此，胺类捕收剂分选高岭石矿物的最佳pH 范围应是4左右。

由图11知可，在中性和酸性环境下浮选精矿灰分基本都达到50%及以上。在碱性环境下，浮选精矿灰分为45%，浮选尾矿灰分为30%，浮选入料灰分为37.88%，浮选效果较差。

3.2.2 DDA 为捕收剂时矿浆pH 值对反浮选试验的影响

当DDA 用量为800g／t、仲辛醇用量为60g／t以及糊精用量为1500g／t时，pH 对浮选精矿及尾矿的产率和灰分的影响见图13和图14。

由图13和图14可见，在酸性环境中浮选效果较好，在矿浆pH 值等于4时，浮选精矿灰分最高可达到56.23%，浮选尾矿的产率为52.53%，浮选尾矿的灰分为19.66%。随着pH 值的升高，胺分子的沉淀效应会越明显。当pH 值增大到10时，浮选精矿的产率只有10.44%。这是因为矿物在水中溶解会产生分子或者离子，继而发生水解等复杂的化学反应，对矿物的可浮性产生影响。由高岭石的溶解平衡可知，当pH 值升高时，高岭石会产生亲水性的SiO44-、HSiO43-和Al（OH）3等物质，造成可浮性下降。因此，当pH 较高时，高岭石的溶解反应也使得胺类药剂的捕收效果不好，从而失去捕收意义。DTAC 极易溶于水，而直链的十二伯胺会产生分子沉淀效应也可能会影响捕收性能。

4 结论

通过不同捕收剂对煤泥反浮选进行了试验研究，取得了较理想的结果试验发现，DDA 对煤泥的反浮选的效果比DTAC 好，拥有药剂用量少及反浮选效率高的优势。糊精能够很好提高选择性，零调浆的加入降低了捕收剂用量，但药剂消耗量仍然很大，需进一步改进。pH 值对反浮选有着显著影响，在pH 为4的酸性矿浆中此种煤泥反浮选的效果最好。

［1］ 樊民强，杨红丽，徐宇霞等.煤泥反浮选试验研究［J］.选煤技术，2001 （4）

［2］ 彭素琴，张继龙，王之春等.泡沫浮选对风化煤腐植酸含量影响初探 ［J］.中国煤炭，2013 （4）

［3］ 杨建利，杜美利，黄婕等.地沟油制备煤泥浮选捕收剂的研究 ［J］.中国煤炭，2013 （6）

［4］ 杨宏丽，樊民强，王鹏等.捕收剂对煤泥反浮选效果的影响 ［J］.选煤技术，2002 （5）

［5］ Ding K.et.al.Coal reverse flotation.Part I：Separation of a mixture of subbituminous coal and gangue minerals［J］.Minerals Engineering，2006 （1）

［6］ Ding K.et.al.Coal reverse flotation.Part II：Cleaning of a subbituminous coal technical notes ［J］.Minerals Engineering，2006 （1）

［7］ Patil D.P.et.al.Development of zero conditioning procedure for coal reverse flotation ［J］ .Minerals Engineering，2008 （5）

［8］ J·S·拉斯科夫斯基，郭秀平等.煤的浮选及其未来 ［J］.国外金属矿选矿，2007 （2）

［9］ 王灿霞.pH 对胺类捕收剂反浮选脱硅的影响 ［J］.武汉工程大学学报，2011 （2）

［10］ 寇珏，孙体昌等.胺类捕收剂在磷矿脉石石英反浮选中的应用及机理 ［J］.化学矿物与加工，2010（5）

［11］ 彭兰，曹学锋等.铝硅酸盐矿物捕收剂的设计研究［J］.广西民族学院学报 （自然科学版），2005（2）［12］ 胡岳华，曹学锋等.N-烷基-1，3-丙二胺类捕收剂的结构与浮选铝硅酸盐矿物性能的研究 ［J］.矿产保护与利用，2002 （6）