表面活性剂在煤浮选中应用研究 摘 要: 本文论述了煤浮选中选择表面活性剂的影响因素 ， 通过试验 ， 验证了表面活性剂对浮选的促进作用 ， 并探究其Z佳用量。研究发现 ， 加入少量表面活性剂可显著提高经济效益。关键词: 表面活性剂; 浮选 煤炭洗选作为一项洁净煤技术 ， 可显著降低灰分和硫分的含量。煤炭经过洗选后改善了用煤质量 ， 可以大幅度减少无效运输 ， 提高铁路和公路的利用率。在我国现阶段采用的煤炭洗选工艺中 ， 浮选仍是细粒煤分选的Z有效的方法。我国选煤厂普遍存在浮选效率低、药耗高的问题。煤泥粒度细是主要原因， 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， 可浮性变差。传统药剂浮选细粒难， 选煤大多效果较差， 并且复合浮选药剂的品种也远远不够。表面活性剂是一种添加很少量便能很大程度上降低物质界面张力的化学试剂。它具有改变气 -液、液- 液及液 - 固界面性质的能力 ， 使其具有起泡、消泡、乳化、分散、润湿、增溶等多方面的性能 ， 因此表面活性剂存在于人类活动的各个领域 ，应用在化妆品调制、食品加工、纤维加工、纺织品印染及整理、农药和医药的加工、矿物浮选、石油开采、油品处理、洗涤等各个工业部门 ， 而被誉为“工业味精”。在煤用浮选剂中加入表面活性剂与起泡剂和捕收剂进行复配 ， 能改善浮选指标 ， 提高流动性及稳定性 ， 并可以提高浮选速度和精煤收率 ， 降低药剂的消耗 ， 改善精煤质量 ， 且无毒无害 ， 操作简便 ，是当今研制复合浮选药剂的主要趋势。1 表面活性剂选取的影响因素1.1 HLB 值对浮选效果的影响HLB 值即亲水亲油平衡值。用于判别乳化剂中的亲水与亲油平衡性的值 ， 在浮选中应用时很有价值 ， 如 HLB 值在 012 时起消泡作用 ， 水中不分散 ， HLB 值 4～6 时在水中分散性小， 做 W/ O 乳化剂; 在 8～10 时乳状分散 ， 稳定乳状分散 ， 12～14 时透明分散; 16～20 时呈可溶化剂 ， 透明胶体溶液 ， 为 O/ W 乳化剂。HLB 值与表面活性剂的应用性能之间有密切的关系 ， 有研究发现 ， 浮选时非离子型的表面活性剂 HLB 值宜在 12～16 之间 ，本试验几种表面活性剂的 HLB 值见表 1。1.2 EO 加成数的影响EO 加成数 ， 即非离子型表面活性剂中环氧乙烷的数目。目前 ， 普遍认为表面活性剂对煤浮选的作用 ， 主要是与煤的表面发生了氢键吸附 ， 且此类型的吸附能介于物理吸附和化学吸附之间 ， 作用较强 ， 具体体现在: 羟基是煤分子中形成氢键的主要官能团， 它与不同的氢键受体可形成不同类型的氢键 ， 当表面活性剂中含有多个醚基时 ， 煤表面和表面活性剂分子可形成 OH ?O 型分子间氢键 ， 此时表面活性剂另一端与捕收剂缔合 ， 使煤表面极性区变为非极性区 ， 消除了含氧官能团的影响 ， 使煤更加疏水， 从而提高浮选效果。1.3 浓度的影响大量浮选试验发现 ， 随着表面活性剂用量增大 ， 其对煤浮选的促进作用与用量并不是简单的正比关系。下面试验中会详细讨论 ， 暂不累述。2 试验部分2.1 材料和仪器1 试验材料取自实验室提供的捕收剂、起泡剂、煤泥样 <015 mm 粒级 。2 试验仪器包括: 115L 单槽浮选机、滤纸、烘箱、马弗炉、天平、过滤机、台秤、制样机、烧杯、量筒、秒表、微量注射器。2.2 试验结果及分析2.2.1 表面活性剂的选择根据实验室使用药剂量的经验 ， 确定浮选药剂总用量019kg/ t ， 捕收剂与起泡剂用量比例 4 ∶1 ，表面活性剂用量为011kg/ t ， 试验结果见表 2。选取七台河煤样 ， 浮选入料灰分为 2313 %，以上述影响因素作为参考 ， 选取以上 8 种表面活性剂进行小浮选实验 ， 如表 2 显示， TS 系列表面活性剂中， TS1 效果较好 ， TS2 使精煤灰分显著提高 ， 影响了精煤质量。ST 系列表面活性剂中 ，ST1 效果显著 ， 而加入 ST2 和 ST3 后 ， 精煤灰分也有明显提高。PW 表面活性剂能显著降低精煤灰分 ， 浮选效果较好。HN 和 SZ两种表面活性剂在提高精煤产率的同时 ， 使灰分过度提高 ， 大大降低了浮选完善指标。试验发现 ， TS1 ， ST1 ， PW 三种表面活性剂在一定条件下 ， 基本保证了精煤产率 ， 并显著降低精煤灰分 ， 使浮选完善指标有所提高 ， 起到了促进作用 ， 且 HLB 值对表面活性剂的作用有重要影响 ， HLB 值过大的表面活性剂对浮选不利 ， HLB 值较低的 W/ O 型乳化剂也可以提高浮选指标。2.2.2 表面活性剂提高浮选指标为进一步验证表面活性剂对浮选结果的影响 ，及寻找其Z佳用量 ， 分别对 TS1、ST1、PW 三种表面活性剂取 50g/ t、100g/ t、150g/ t ， 进行小浮选实验 ， 试验结果见图 1～图 3。 如图 1 所示 ， 增加 TS1、PW 的添加量 ， 精煤产率先下降后提高 ， 而增加 ST1 使精煤产率始终下降 ， 表面活性剂的添加并没有让精煤产率始终提高 ， 也没有像大多数论文中提到的先提高到一定值然后下降 ， 这可能由于表面活性剂与捕收剂及起泡剂存在复杂的交互作用 ， 使精煤产率呈现不稳定。如图2 所示 ， 增加 TS1、ST1 的添加量 ， 精煤灰分先下降 ， 但当 PW 用量过多时 ， 精煤灰分显试验 G2 动力学方程为- 11 0141233R = S/ V ×819305 ×10 ×[m ] 5Fe2式中: S —方铅矿表面积 cm ; V —反应溶液体积 ml 。通过方铅矿氧化动力学试验 ， 获得了反应速率、反应速率常数、反应级数及反应活化能等参数 ， 建立了氧化动力学方程 ， 为硫化物的氧化动力学反应研究提供了理论基础。3 结论本文通过采用三氯化铁作氧化剂 ， 在不同温度、相同pH 值条件下 ， 对不同浓度介质中方铅矿进行氧化试验 ， 通过试验分析温度和浓度对方铅矿氧化速率的影响 ， 获得方铅矿氧化动力学参数 ， 计算了方铅矿氧化速率、氧化反应的反应速率常数、反应级数和反应活化能 ， 建立了方铅矿氧化动力学方程。经对实验结果的分析 ， 获得以下初步结论:1 在 pH = 2、以三氯化铁为氧化剂时 ， 在25 ℃和50 ℃时 ， 氧化反应均是随着浓度的增加而加快。在以上反应中 ， 均是在介质浓度为 600mg/l时氧化效果较好 ， 但相比较而言 ， 介质浓度为600mg/l、温度为 25 ℃时氧化效果较好。而在50 ℃时， 由于副反应中 Fe OH 沉淀的生成 ，3沉淀附着在方铅矿表面而阻碍氧化反应的进行.2 通过反应级数和反应速率常数的计算 ， 建立了方铅矿氧化动力学方程 ， 为以后此类实验研究提供了理论基础。
