煤泥选择性絮凝研究

2015-05-30谭晴晴张浩武文双张锦瑞

科技资讯 2015年28期

关键词：研究现状

谭晴晴张浩武文双张锦瑞

摘要：介绍了细粒级煤泥的特征，选择性絮凝过程中常用的分散方法以及分散过程的影响因素，同时介绍了絮凝剂的分类、影响因素及絮凝作用机理；介绍了国内外煤泥选择性絮凝研究现状；探讨了选择性絮凝技术亟待解决的问题。

关键词：细粒级煤泥分散絮凝研究现状

中图分类号：TD946 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

第一作者：谭晴晴（1989-），女，河北保定，硕士研究生，研究方向：煤泥选择性絮凝。

煤炭是世界上储量最多、分布最广的常规能源，也是重要的战略资源。我国是世界煤炭资源大国，也是煤炭生产、消费大国。能源的消耗促进了选煤工业的快速发展。煤泥是煤炭洗选加工过程中的主要副产品，随着我国选煤机械化程度的提高和原煤开采量的加大，其产量也在逐年增加。很多地区的煤泥由于含水量较大，杂质多，发热量较低、处理成本高等原因不能得到充分利用。大量煤泥资源只能堆砌或外排，不仅造成了资源的浪费而且造成了环境的污染。因此，如何利用好不可再生的煤炭资源，使煤泥资源变废为宝，已成为煤泥综合利用迫切需要解决的问题。

1细粒级煤泥的特征

目前我国煤泥的特点为灰分高、有用组分嵌布粒度细、煤种多、含水量大。对于极细粒级煤泥上述特点更为突出，采用常规的浮选方法很难达到满意的指标。有用组分在选别过程中很难回收，有用矿物流失严重。极细粒级煤泥的基本特征为：1）矿物颗粒的质量小。小质量的颗粒产生的动量小，从而使矿物颗粒在流体力场中与介质的碰撞几率降低。2）矿粒比表面积大。矿物颗粒比表面积大使矿物颗粒具有较大表面能，同时矿物中存在的晶格缺陷、裂隙等因素会使矿物的选别更加困难。3）矿物颗粒含泥量大。粒度越细，含泥量越大，灰分越大，使得分选更容易受到细泥干扰。因此，为了充分地利用我国煤泥资源，应重点发展高灰、高硫及难选煤的极细粒煤分选技术。

2 细粒级颗粒分散行为的研究

2.1 常见的分散方法

为了有效地实现极细矿粒的选择性絮凝，首先要使矿物颗粒在矿浆中达到充分分散的状态，或者选择性分散效果，因此要预先对矿浆进行分散处理。常见的分散方法有物理分散法和化学分散法。物理分散法主要包括超声波处理、机械搅拌、改变温度等方法，使煤炭表面发生物理化学变化。选择性絮凝研究中应用化学分散法较多，主要是通过加入电解质或表面改性剂，使矿物颗粒的表面发生物理化学变化，如改变了颗粒的润湿性，表面动电位，空间位阻等，进而改变了颗粒与颗粒、颗粒与悬浮液间的相互作用[1]，从而达到分散效果。

2.2分散效果的影响因素

影响分散效果的因素主要包括：矿浆pH值、表面活性剂的种类及用量、搅拌强度等。1）pH及动电位的影响。亲水性物质的分散效果受悬浮液pH影响较大，颗粒表面动电位绝对值越大，分散效果越好，且团聚pH值与它们的零电点相吻合[2]。2）表面活性剂的种类及用量。对于不同的分散剂，其作用机理有区别，同时分散效果也不同。对于同一分散剂来说，作用效果与分散剂用量息息相关。在用量较低时，分散系统的稳定性随药量的增加而变好，当用量达到一定值后，分散稳定性趋于一定而体系稳定，当用量进一步加大时，分散稳定性急剧降低，悬浮液的稳定性变差。3）搅拌强度。对于不同的悬浮颗粒要想达到最佳的分散效果需要的外力是不同的，当搅拌强度较小时，不能克服颗粒间的作用力使其不能达到较好的分散果，当搅拌强度较大时，又使矿物颗粒处于过分散状态，增加了无效的能耗，所以适当的搅拌强度对于矿物的分散很重要。

3絮凝行为的研究

3.1絮凝剂的分类

絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂两大类，其中无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝；有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。在选煤行业中应用较多的为有机高分子絮凝剂和无机电解质凝聚剂。1）无机絮凝剂。无机絮凝剂包括铝盐铁盐等凝聚剂，还有一些铝盐铁盐形成的无机聚合物絮凝剂。2）有机絮凝剂。有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类。天然高分子型絮凝剂是指天然产出的，如淀粉、糊精等。随着工业的发展，合成高分子絮凝剂应运而生，常见的有磺化聚乙烯苯、聚丙烯酰胺等系列。

3.2絮凝效果的影响因素

影响絮凝效果的因素是多方面的，主要有絮凝剂的种类、浓度、用量、搅拌状况、pH值、温度及其变化等。1）絮凝剂的用量。絮凝剂的用量与絮凝效果息息相关，当用量较少时，很多颗粒可能吸附不到药剂而起不到作用，用量较大时，颗粒间由于物理化学作用可能会产生排斥作用。同时不同矿物颗粒对絮凝剂的用量具有选择性，即每种颗粒达到最佳絮凝条件时絮凝剂的用量不同以达到选择性絮凝效果。2）絮凝劑的种类。不同种类的絮凝剂其作用机理不同，无机絮凝剂主要靠提供大量离子压缩颗粒双电层降低动电位使胶体由相斥变为相吸，颗粒逐渐增大进而沉降。对于有机高分子絮凝剂，其絮凝效果主要由絮凝剂的官能团决定。3）搅拌与反应时间的影响。絮凝剂加入悬浮液后应当快速均匀地扩散到水中。通常利用机械搅拌作用，搅拌时间一定要适当，如果搅拌时间过短，絮凝剂不能与溶液中的固体悬浮物充分作用，相反如果搅拌时间过长，已经聚集形成的絮团会被破坏，从而削弱了高分子链的架桥及吸附能力。4）pH值。对于每一种絮凝剂来说，都有一个最佳的pH值范围，超出了这一范围，絮凝剂的絮凝效果就会明显变差。

3.3絮凝剂的作用机理

在均匀的分散体系中加入合适的絮凝剂后，原有的悬浮液胶体失去稳定性，会产生很多极小颗粒，而这些均匀分散的极小颗粒再聚集形成颗粒半径较大的絮团，快速在液体底部沉淀，整个过程被称为凝聚[14]。絮凝过程中，溶液中的絮凝剂首先会发生某些化学反应，生成水解的产物，然后它再与水中的颗粒产生静电中和、吸附架桥、网捕等作用，最后聚集成粗大的絮团，在重力的作用下，快速沉降，在整个絮凝过程中，以上几种作用可能同时发生，但在不同的试验条件下，主导因素可能是其中的某一种作用。

4 国内外煤泥颗粒的凝聚与分散行为研究现状

选择性絮凝法的优点在于投资较少，除杂率较高，且适用于微细粒分选。国内外许多研究结果表明通过此法生产超纯煤、脱灰、脱硫的效果较好。

4.1国外煤泥颗粒的凝聚与分散行为研究现状

选择性絮凝法最初是由选矿领域拓展到选煤领域。近年来国外对煤泥选择性絮凝方法进行了诸多报道。Dassen Parsons对高岭土悬浮液的絮凝沉降特性、颗粒间的相互作用及其聚合结构进行了研究。Sabah研究了粘土矿物悬浮液体系的流变性和电动电位，对选煤厂浮选尾煤的絮凝沉降处理进行了试验研究。随着研究的深入，学者主要开始从微观出发研究选择性絮凝，对煤泥水中的高岭石、蒙脱石、氧化硅等矿物颗粒在溶液中的荷电特性以及溶液中离子在这些矿物颗粒表面的吸附和解吸机理方面进行了研究。

R.Q.Honaker利用扩展的DLVO理论计算煤与矿物体系之间的总能量，计算结果表明在浮选溶液中煤与高岭石之间的能量为负值，蒙脱石与煤之间的能量为正值。

C.W.Angle研究了无机电解质的种类、浓度大小对矿物颗粒动电位及其相互作用的影响。

Audrey Beaussart研究了羧甲基纤维素在疏水性矿物表面的吸附及其对矿物基面形貌的影响，考察了聚合物浓度和离子浓度对吸附层的影响。

4.2国内煤泥颗粒的凝聚与分散行为研究现状

目前国内煤泥方面的选择性絮凝研究较少，且大多数没有进行工业应用，只停留在试验室阶段，主要对煤泥水处理方面絮凝法应用较多。其研究主要侧重于两方面，一放面一些学者通过选择性絮凝或选择性絮凝浮选工艺制得了超纯煤和低灰精煤，另一方面，进行了煤与粘土矿物絮凝过程中的机理研究。

蔡璋，蔣荣立对八一、大武口、大屯等矿区进行了极细粒煤泥的选择性絮凝研究，试验中为使悬浮液充分分散加入了两种分散剂和一种絮凝剂，经分选得到精煤灰分12%，最低为5%，可燃体回收率达90%以上[3]，与常规浮选比较，当精煤灰分相当时，采用选择性絮凝法得到的精煤产率比浮选高，灰分低。

施秀屏，余樟清[4]对选择性絮凝过程进行了表面化学分析，对加入药剂后煤和高岭石对药剂的吸附量进行测稳定，以此表征絮凝剂絮凝效果的好坏，通过试验，得出选择六偏磷酸钠作为分散剂时效果最好，选择阴离子型聚丙烯酰胺作为选择性絮凝剂效果较好。

邹文杰[5]对煤和高岭石的选择性絮凝进行了试验研究，以煤和高岭石对药剂的吸附量和形成絮团的表观粒径为评价指标，试验表明，不同型号的聚丙烯酰胺对煤和高岭石的吸附量是不同的，形成的絮团大小也有所差别。

蒋善勇，张军华[6]对细粒太西煤进行了选择性絮凝研究，采用分散剂、絮凝剂和矿浆浓度三水平进行正交试验，以浮选的方法来分离絮团，以精煤灰分、产率和浮选完善率为评价指标，最终得到最低灰分为1.29%，产率为41.26%的精煤。

5 待解决的关键问题

1）选择性絮凝的关键是找到具有高效选择性絮凝药剂。2）掌握不同煤种不同脉石矿物之间的影响规律。3）解决固液分离问题。

参考文献