月桂酸二乙醇酰胺对长焰煤浮选促进作用的研究

2019-01-31许晨涛程宏志

选煤技术 2018年1期

许晨涛,程宏志,石焕

(1.煤炭科学研究总院,北京 100013; 2.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北唐山 063012; 3.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北唐山 063012)

随着煤炭资源的开发，高品质煤炭资源紧缺的状况日益严重，低阶煤的清洁高效利用成为选煤发展的必然趋势。煤炭作为不可再生资源，其清洁化与高效利用是国家持续发展的重要保证，而选煤是煤炭清洁高效利用的有效手段之一[1]。低阶煤通常是指褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等变质程度较低的煤种，该部分煤占中国已探明煤炭储量的50%以上[2]，但由于其内在水分高、挥发分高、粘结性差、发热量低，因而限制了低阶煤大规模的利用[3]。煤表面疏水性是煤炭浮选、油团浮选和选择性絮凝等技术的基础，因此改善低阶煤表面疏水性，提高其在水中的可浮性，是提高低阶煤浮选效果的重点与关键。为了实现低阶煤更好的分选，可以通过物理或化学方法改善其表面疏水性，常用方法采用添加有效的捕收剂，选择性地作用在矿物表面，使矿粒更加牢固地附着于气泡。微细粒低阶煤泥表面含氧官能团较多[4]，传统的非极性烃类油捕收剂很难在低阶煤表面进行铺展，捕收效果较差，为了得到较好的浮选效果，在实际生产中一般采用增加药剂用量的方式，李少章等[5]对低阶煤浮选机理及浮选添加剂的选择进行了相关研究。

试验选取在低阶煤中占比较高的长焰煤为研究对象，采用非离子型表面活性剂——月桂酸二乙醇酰胺作为捕收剂的添加剂，探索了其对长焰煤浮选的促进作用，以为提高低阶煤的浮选效果提供参考。

1 试验部分

1.1 试验煤样

试验煤样取自宁东红柳选煤厂，通过破碎机进行破碎至0.5 mm，然后筛分选取<0.5 mm粒级煤粉作为试验样品，封袋备用。

1.1.1 粒度组成

粒度组成是煤泥可浮性的影响因素之一[6]，根据GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》对煤样进行了小筛分试验，结果见表1。

表1 煤样粒度组成

由表1可以看出，煤样总体灰分较高，为39.15%，各粒级分布比较均匀，随着粒级的减小，灰分呈逐渐增高的趋势，其中<0.075 mm粒级部分灰分明显高于粗粒级，<0.045 mm粒级煤样灰分达到55.94%，产率为43.48%。

1.1.2 密度组成

按照GB/T 478—2008《煤炭浮沉试验方法》对煤样进行小浮沉试验，结果见表2。

表2 煤样密度组成

由表2可知，煤样中低密度级含量少，<1.4 g/cm3密度级的产率仅为14.92%，高密度级占比较高，>1.8 g/cm3密度级产率达51.25%，中间密度级占比相对较少。

1.1.3 煤样的红外光谱

红外光谱分析是利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析、定性和定量分析的方法[7]。通过对红柳煤样进行红外光谱分析，可以由峰位置和强度分析官能团的种类。红外光谱对红柳煤样进行测定的结果如图1所示。

图1 煤样红外光谱图

1.2 试剂与设备

月桂酸二乙醇酰胺又名6501二乙醇酰胺，为淡黄色液体[12]，具有润湿、净洗、乳化、柔软等性能，对阴离子表面活性剂有很好的稳泡作用，其分子表达式为C11H23CON(CH2CH2OH)2，分子量为287.16。试验采用的型号为6501(1∶1)型，可溶于一般的有机溶剂中，与其他活性物起到协同作用。

采用机械搅拌的方法在捕收剂中添加月桂酸二乙醇酰胺。试验配制使用的磁力搅拌器为DF101s集热式恒温磁力搅拌器，搅拌器搅拌频率为2 000 r/min。具体配制方法为：量取4 mL柴油捕收剂放于烧杯中，放入搅拌器，升温至40 ℃；在烧杯中加入定量月桂酸二乙醇酰胺和少量助溶剂(正戊醇)[13]，恒温搅拌；搅拌结束后，使用超声清洗器进行充分混合15 min；最后，将混合好的药剂装入一次性塑料试管中备用，做好标签记号。

浮选试验采用XFD型单槽浮选机，浮选槽实测容积为1.5 L，充气量为0.25 m3/(m2·min)，叶轮转速为2 000 r/min。试验使用仲辛醇作为起泡剂，柴油作为捕收剂。矿浆浓度为80 g/L，调浆时间为2 min，捕收剂作用时间为1 min，起泡剂作用时间为10 s，刮泡时间为3 min。

1.3 评价指标

以精煤产率和浮选完善指标作为浮选结果评价指标，可燃体回收率公式和浮选完善指标公式如下[14]：

式中：Ec为浮选精煤可燃体回收率，%；γj为精煤产率，%；Aj为精煤灰分，%；Af为入料灰分。

式中：ηwf为浮选完善指标，%；Ay为计算入料灰分，%；Aj为浮选精煤灰分，%；γj为实际浮选精煤产率，%。

2 试验结果与分析

2.1 单元浮选试验

试验煤样属于难选煤，首先进行了捕收剂用量和药比(捕收剂用量∶起泡剂用量)的浮选探索试验，采用常用捕收剂——柴油进行浮选试验，结果见表3。

表3 柴油常规浮选试验结果

由表3可知，在柴油用量为1.5 kg/t时，药比对其浮选效果影响并不明显，浮选完善指标提升不大。在药比为3∶1的条件下，提高捕收剂用量，精煤产率提升效果才略为明显，但浮选完善指标约为8.89%，因此表明此煤样可浮性较差，常用捕收剂难以提高浮选效果。

2.2 添加月桂酸二乙醇酰胺的浮选试验

试验以月桂酸二乙醇酰胺的用量为主要考察因素。在浮选试验前，首先按照1.2中配制方法进行药剂的混合配制。在4 mL柴油中，月桂酸二乙醇酰胺添加比例为1∶20、1∶15、1∶10和1∶5。起泡剂采用仲辛醇，药剂用量为2.0 kg/t，在药比为3∶1条件下进行单元浮选试验，试验结果如图2所示。由图2可知，当月桂酸二乙醇酰胺添加量在1∶15以下时，随着添加量的增加，精煤产率和浮选完善指标有明显的提升；当添加量体积比为1∶15时，精煤产率和浮选完善指标增加的趋势逐渐变缓，因此当添加量为 1∶15时，对浮选的促进效果较好，此时的精煤产率提高了15个百分点，浮选完善指标提高了9个百分点。在试验过程中，浮选完善指标均不高，但是添加月桂酸二乙醇酰胺后，浮选完善指标出现上升趋势，表明月桂酸二乙醇酰胺可以改善煤样的疏水性。

图2 月桂酸二乙醇酰胺添加量对浮选试验的影响

3 月桂酸二乙醇酰胺促进机理

通过试验可知，添加月桂酸二乙醇酰胺可以对浮选效果起到促进作用，这与烷醇酰胺内部分子结构有关，煤样表面的含氧官能团能够与烷醇酰胺的极性基—CONR2产生氢键吸附，极性基亲固原子主要由O、N、S等原子组成，而烷醇酰胺基团中含有多个亲固原子[15]，有利于煤粒的吸收，同时月桂酸二乙醇酰胺与捕收剂中其他表面活性成分有协同作用，对浮选过程起到了促进作用。

为了探究月桂酸二乙醇酰胺对长焰煤的浮选促进机理，将定量的月桂酸二乙醇酰胺加到不同捕收剂中进行浮选试验，探究月桂酸与其他常用低阶煤捕收剂的协同作用和疏水性改化程度，起泡剂选用仲辛醇，药比为3∶1，选取柴油、捕收剂A和捕收剂B分别进行单元浮选试验，其中月桂酸二乙醇酰胺添加量固定为体积比为1∶15，结果见表4和表5。

从表4和表5可以看出，B捕收剂的浮选效果要优于前两种，在精煤灰分变化不大的情况下，精煤产率提高了10个百分点，说明药剂提高了煤粒表面的疏水性；浮选完善指标提高到38.47%，说明捕收剂的选择性得到改善。A、B捕收剂比柴油的可燃体回收率明显提高，其中B捕收剂达到64.39%，浮选完善指标同样提高了3个百分点左右，表明A、B捕收剂与月桂酸二乙醇酰胺的协同作用较柴油更强，更加有效地促进了长焰煤表面疏水性的提高，从而提高了精煤产率。