摘要：為研究表面活性劑促進(jìn)浮選精煤脫水的機(jī)理，以難脫水浮選精煤為研究對(duì)象，采用十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)和月桂醇聚氧乙烯醚(Brij35)對(duì)浮選精煤礦漿進(jìn)行改性，并開(kāi)展脫水試驗(yàn)。結(jié)果表明：DTAB助濾效果最好，在最佳藥劑量下濾餅水分降低7.67%；SDS助濾效果次之，在最佳藥劑量下濾餅水分降低6.61%；而B(niǎo)rij35助濾效果最差，在最佳藥劑量下濾餅水分僅降低了3.94%。采用接觸角測(cè)量?jī)x和X射線光電子能譜儀對(duì)煤表面與不同藥劑作用前后的性質(zhì)進(jìn)行表征,發(fā)現(xiàn)3種表面活性劑均可在一定程度上提高煤表面的親水性。通過(guò)表面張力測(cè)試儀測(cè)量了3種藥劑作用后濾液的表面張力，結(jié)果表明：表面活性劑可大幅降低濾液表面張力，尤其是DTAB作用后的濾液表面張力僅為無(wú)藥劑作用時(shí)的一半，表面張力的降低可促進(jìn)煤顆粒間毛細(xì)水的脫除，是降低浮選精煤濾餅水分的主要原因。

引言

近年來(lái)，機(jī)械化開(kāi)采的大規(guī)模應(yīng)用使選煤廠入選原煤中細(xì)顆粒含量增加，這部分細(xì)顆粒通過(guò)浮選-過(guò)濾進(jìn)行回收，細(xì)粒煤脫水問(wèn)題逐漸凸顯。一般來(lái)說(shuō)，高含水量對(duì)煤的生產(chǎn)、加工、利用和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)是不利的。在運(yùn)輸時(shí)，水分增加了額外的運(yùn)輸負(fù)荷，且我國(guó)煤炭主要產(chǎn)區(qū)在高寒地帶，煤中的水在冬季容易凍結(jié)，給煤炭裝卸運(yùn)輸帶來(lái)困難。在煤炭應(yīng)用于煉焦或火力發(fā)電時(shí)，水分還會(huì)損壞焦?fàn)t或降低有效發(fā)熱量。選煤廠一般將浮選精煤與重選精煤進(jìn)行摻配，作為商品煤出售，浮選精煤水分過(guò)高一方面會(huì)使重選精煤“背水”，另一方面浮選精煤水分高會(huì)產(chǎn)生結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，很難摻配均勻。通常情況下，通過(guò)以下3種方法降低浮選精煤中的水分。①對(duì)精煤脫水系統(tǒng)進(jìn)行改造，比如使用快開(kāi)隔膜壓濾機(jī)等設(shè)備替代圓盤(pán)真空過(guò)濾機(jī)。②改變礦漿濃度或入料性質(zhì)，如摻粗等。③在礦漿中加入助濾劑，助濾劑可以改變礦漿性質(zhì)，從而減少過(guò)濾時(shí)間或降低濾餅水分。表面活性劑是助濾劑的一種，其助濾機(jī)理一般被認(rèn)為是能改變礦漿性質(zhì)，使水更容易從顆粒間排出；或是在煤粒表面發(fā)生吸附，改變煤表面親疏水性，從而降低濾餅水分。文獻(xiàn)對(duì)印度West Bokaro選煤廠浮選精煤開(kāi)展脫水研究，發(fā)現(xiàn)使用聚丙烯酸酯類表面活性劑使細(xì)粒煤水分減少了8%。文獻(xiàn)研究Goedehoop Colliery精煤，發(fā)現(xiàn)通過(guò)添加表面活性劑可以減少殘留的濾餅水分，認(rèn)為表面活性劑通過(guò)改變煤表面或固液界面性質(zhì)，從而減少濾餅空隙中殘留的水，降低了濾餅水分。任曉汾等對(duì)柳灣選煤廠浮選精煤開(kāi)展脫水過(guò)濾試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同類型的表面活性劑對(duì)精煤脫水均有效果，當(dāng)十六烷基三甲基溴化銨用量為500 g/t時(shí)可使濾餅水分降低4.2%，并認(rèn)為表面活性劑降低了液體的表面張力，促進(jìn)了濾餅中水的排出。羅曉玲等對(duì)臨渙選煤廠的浮選精煤進(jìn)行脫水試驗(yàn)，分別以十二烷基苯磺酸鈉和咪唑啉作為助濾劑，結(jié)果表明十二烷基苯磺酸鈉使濾餅水分降低了7.31%，咪唑啉使濾餅水分降低了6.22%，合適劑量的表面活性劑可以提高煤顆粒表面疏水性，但是藥劑過(guò)量時(shí)導(dǎo)致礦漿中產(chǎn)生大量氣泡，降低助濾效果。綜合來(lái)看，表面活性劑促進(jìn)水分脫出的機(jī)理主要被認(rèn)為是表面改性作用以及降低液體的表面張力。基于此，筆者以難脫水浮選精煤為研究對(duì)象，選取了3種表面活性劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，研究不同類型表面活性劑對(duì)浮選精煤脫水的影響，并通過(guò)測(cè)定接觸角、煤粒表面元素組成和表面張力，闡釋表面活性劑促進(jìn)浮選精煤脫水的機(jī)理，為煤泥高效脫水提供理論指導(dǎo)。

1試驗(yàn)

1.1煤樣性質(zhì)

試驗(yàn)采用山東能源新礦集團(tuán)內(nèi)蒙古能源中心選煤廠浮選精煤，經(jīng)充分混合晾干后，密封保存待用。煤質(zhì)分析見(jiàn)表1。由表1可知，樣品灰分較低，僅為9.35%。元素分析中氧含量為10.75%，主要來(lái)自煤中的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)和煤表面的一些含氧基團(tuán)，煤中的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)和含氧基團(tuán)與水能夠形成較強(qiáng)的氫鍵作用，使煤樣顯現(xiàn)出親水性，且水分不易排出。

依據(jù)GB/T447—2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》對(duì)煤樣進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，浮選精煤樣品粒度組成見(jiàn)表2。由表2可以看出，煤樣中細(xì)粒物料含量非常高，其中-0.045 mm粒級(jí)產(chǎn)率高達(dá)72.57%，而+0.125 mm粒級(jí)產(chǎn)率僅有2.8%。該煤樣粒度細(xì)，比表面積大，脫水時(shí)煤粒之間由于毛細(xì)作用存在大量毛細(xì)水，而且煤表面還存在大量的吸附水，難以通過(guò)機(jī)械力進(jìn)行有效脫除。此外，樣品中細(xì)粒含量高、粗粒含量少也會(huì)造成脫水過(guò)程中顆粒之間供水穿透的孔隙較少，脫水阻力較大。

表2浮選精煤樣品粒度組成

1.2表面活性劑性質(zhì)

選用3種表面活性劑開(kāi)展浮選精煤脫水過(guò)濾試驗(yàn)。3種表面活性劑分別為十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)、月桂醇聚氧乙烯醚(Brij35)。3種藥劑的疏水端均為十二烷基，親水端分別為硫酸根、銨根以及聚氧乙烯醚，3種藥劑的物理化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表3。

表3藥劑物理化學(xué)性質(zhì)