金属离子对煤泥浮选细泥罩盖的影响研究_马新涛.pdf

：收稿日期：作者简介：马新涛（），男，山东郓城人，高级工程师，主要从事煤炭洗选技术管理工作，：。引用格式：马新涛，万光显，甄 选 金属离子对煤泥浮选细泥罩盖的影响研究 煤炭工程，（）：金属离子对煤泥浮选细泥罩盖的影响研究马新涛，万光显，甄 选（山东能源集团煤炭营销有限公司，山东 济南；山东新巨龙能源有限责任公司，山东 菏泽；中国国际工程咨询有限公司，北京）摘 要：为了研究不同金属离子对煤泥浮选中细泥罩盖的影响，利用浮选试验和 电位分析等手段考察了不同金属离子对浮选的作用，研究结果表明：钠、钙、镁、铝离子都会不同程度地影响细泥存在下的浮选指标，低浓度的钙、镁、铝离子便可以使细泥罩盖更易发生，而且金属阳离子的价数越高影响越显著。提高捕收剂用量可以减少细泥罩盖对浮选精煤产率的影响，但是会增大浮选精煤灰分。钠离子对细泥罩盖的影响最微弱，但是高浓度的钠离子浓度会通过影响气泡大小及矿浆黏度的方式影响浮选指标，具体表现为钠离子浓度越高气泡越小，矿浆黏度越大。金属阳离子可以通过压缩矿物颗粒表面双电层的方式改变矿物 电位，矿物 电位负值随着金属阳离子浓度的增大而降低，高浓度的铝离子还会使矿物颗粒 电位由负值变为正值。关键词：金属离子；浮选；细泥罩盖；电位 中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，；，）：，：；矿物浮选作业中，微米级杂质矿物颗粒易附着在煤粒表面及裂隙中形成细泥罩盖。煤炭浮选中若存在黏土矿物，其产生的细泥极易在煤炭颗粒表面发生罩盖，改变煤粒的疏水性，严重恶化浮选效果。矿物界面性质是影响细泥罩盖的主要因素，矿浆 值、离子种类和浓度等因素均会对细泥罩盖产生影响。近年来，众多学者研究发现在浮选矿浆中加入电解质会对浮选回收率有一定程度的提升，同时也会对最终产品灰分也会造成影响。有研究者发第卷第期 煤 炭 工 程 ，现电解质的加入会提高矿物杂质（主要包括高岭石、伊利石、蒙脱石等）的回收率，使浮选的选择性变差。陈亮从动力学和热力学两个方面入手研究电解质的加入对低阶煤油泡浮选过程的影响，研究表明，金属离子浓度可改变煤粒和气泡的表面电负值，影响浮选效果。将精煤与高岭石以 的比例混合并进行浮选，通过控制浮选矿浆中 离子的加入量来探究 离子对浮选中细泥罩盖现象的影响，结果表明，离子浓度对细泥罩盖现象具有显著影响。不同价态的金属阳离子对细泥罩盖的影响是不同的，不同细泥对浮选效果的影响也不尽相同。本文通过改变浮选时所加入的金属阳离子种类、浓度以及细泥的种类探究了金属离子种类及浓度对细泥罩盖现象的影响。研究方法 材料准备煤样来自炼焦煤选煤厂，原煤灰分为 ，高岭石纯度，试验所使用的离子调整剂包括：氯化钠、氯化镁、氯化钙和氯化铝，纯度均为分析纯。首先使用 颚式破碎，并分别使用 和 的筛子进行筛分，得到，三个粒级煤样，并在烘箱中干燥。使用不易残留的有机重液进行密度分级，将粒级为，的煤样采用离心机（，）分 为 ，三个密度级。有机重液试剂见表。表 有机重液试剂试剂名称化学式密度（）规格三溴甲烷 化学纯苯 化学纯四氯化碳 化学纯最终 得 到 试 验 煤 样 性 质 如 下：密 度 小 于 、粒度级为 的煤样产率为，灰分为 ，将该部分将作为后续浮选实验的主要入料；密度级为 、粒度小 于 的 煤 样 产 率 为 ，灰 分 为，该部分煤样将作为后续浮选实验中所加入的中间密度细泥；密度大于 、粒度小于 的煤样产率为 ，灰分为 ，该部分煤样将作为后续浮选实验中所加入的高密度细泥；密度小于 、粒度小于 的煤样产率为 ，灰分为 ，将该部分煤样通过浮选方法降灰至 ，作为后续浮选实验中所加入的低密度细泥。试样性质使用 衍射仪对三种密度级的细泥进行了 分析，结果显示，低密度细泥绝大部分组分为煤，矿物杂质含量很少，仅含有极少量的石英；中间密度细泥中除了含有非晶质成分外还含有一些石英、高岭石、伊利石等矿物杂质；而高密度细泥中含有大量的石英、高岭石等矿物杂质，几乎不含有非晶质组分。试验方法浮选试验均在 浮选管中进行，其结构如图 所示，该浮选管由于其特殊的“喉管”结构，浮选夹带率较低。浮选管的容积为 ，浮选矿浆浓度为 ；浮选管的充气装置为高压氮气瓶，充气量为 ；浮选管的搅拌装置为磁力搅拌器，搅拌速度为 ；浮选所使用的捕收剂为十二烷，起泡剂为甲基异丁基甲醇（）。浮选时，首先将 煤样与 细泥加入到搅拌槽中，使用 去离子水将其润湿，开启搅拌装置，期间加入捕收剂、起泡剂以及实验所需的调整剂，后将矿浆转移至浮选管，开启搅拌装置及充气装置开始浮选，浮选时间为 ，浮选完成之后将精矿槽中的精煤及浮选管中剩余的尾煤转移出来，过滤烘干称重并化验灰分。图 浮选管为了更好地研究金属离子对细泥罩盖影响的机理，采用 电位分析仪测量了在金属离子改变时矿物的 电位。在 浓度为 的 溶液中加入 待测矿物颗粒，使用电磁搅拌器持续搅拌使矿物颗粒在溶液中均匀分散，用比色皿取 待测悬浮液测量矿物颗粒 电位，测量 次取均值记录。研究探讨 煤 炭 工 程 年第 期 金属离子对浮选的影响选煤厂循环水中一般含有大量的钙离子、镁离子、铝离子，本文研究了不同金属离子对细泥罩盖现象的影响。浮选试验的起泡剂用量为 ，捕收剂用量为 和 。进行浮选试验时钙离子的添加浓度分别为，添加的细泥有低密度细泥、中密度细泥、高密度细泥、高岭石。图 钙离子对浮选的影响 钙离子钙离子对不同细泥煤浮选的影响如图 所示。无捕收剂时，随着钙离子浓度升高，低、中密度组精煤产率略有上升，灰分变化不大；而高密度组精煤产率由 下降至 ，精煤灰分降低；高岭石组精煤产率均有较明显下降，精煤灰分略有下降。当捕收剂用量 时，随着钙离子浓度升 高，低 密 度 组 精 煤 产 率 由 上 升 至；中密度组浮选精煤产率从 升至，精煤灰分上升 百分点；高密度组浮选精煤产率先从 上升至 又下降至，精煤灰分持续升高，当钙离子浓度为 时，精煤产率和灰分指标最优；高岭石组随着钙离子浓度从 上升至 ，浮选精煤产率从 上升至 ，随后精煤产率变化不大，精煤灰分持续增加。由上述结果可知，钙离子浓度升高加重了细泥罩盖，低密度细泥罩盖对浮选影响不明显；中密度细泥不足以罩盖煤粒全部的疏水表面，煤粒仍能在捕收剂作用下浮起，使得精煤产率和灰分都有不同程度增加；高岭石与高密度细泥煤体系类似，在足量的捕收剂作用下，精煤产率随着钙离子浓度的增加先增大后略微减小，精煤灰分一直上升，高密度细泥和高岭石罩盖加重后，捕收剂的作用不足以抵消罩盖对煤粒疏水表面的影响，精煤不易粘附在气泡上且高灰细粒矿物易随煤粒进入精煤，导致精煤产率下降、灰分增加。镁离子对浮选试验的影响镁离子对不同细泥煤浮选的影响如图 所示。总体来说，各浮选体系中矿浆中镁离子浓度对浮选试验结果的影响与钙离子浓度的影响相似，但是无论是浮选精煤产率还是精煤灰分，变化幅度都没有加入钙离子时大。钙离子和镁离子的加入都会使细泥罩盖现象加重，当捕收剂用量为 时，这种现象体现在浮选精煤产率的略微下降，当有捕收剂作用时，细泥随着煤粒进入到精煤中导致精煤产率和灰分上升，但是细泥罩盖现象加剧时，捕收剂的作用不足以抵消其影响，导致精煤产率略有下降。铝离子铝离子对浮选的影响如图 所示。无捕收剂状态下，随着铝离子浓度升高，低密度组精煤产率上升了 百分点；中密度组精煤产率先略有下降后又略有上升，精煤灰分缓慢增加了 百分点；高密度组浮选精煤产率先下降后上升，精煤灰分先上升后下降；随着铝离子浓度由 增至 ，高岭石组精煤产率下降了 百分点，铝离子浓度继续 年第 期 煤 炭 工 程 研究探讨 图 镁离子对浮选的影响上升，精煤产率逐渐回升至 ，精煤灰分呈现先上升后下降的趋势。当捕收剂用量为 时，随着矿浆中铝离子浓度升高，低密度组浮选精煤产率持续上升了 百分点；中密度组浮选精煤产率提高 百分点，精煤灰分增加 百分点；高密度组与高岭石组相似，精煤产率和精煤灰分同时呈现出先上升后下降的趋势。由图 可知，在低密度细泥煤浮选体系中，铝离子的加入对浮选有明显的促进作用，大幅度提升了精煤产率。在中间密度细泥煤浮选体系中，随着矿浆中铝离子浓度的增加，中间密度细泥容易在煤粒发生罩盖，粒度较细的煤炭颗粒也容易覆盖在粗粒煤表面，比表面积较大的细粒煤携带有大量药剂，其在粗粒煤表面的“罩盖”使得粗粒煤更易黏附在气泡上，大大增加了精煤产率。高密度组和高岭石组，微量的铝离子会加重细泥罩盖现象，浓度较高的铝离子会使细泥罩盖现象得到轻微缓解，因此在不添加捕收剂时，精煤产率先是由于高密度细泥在煤粒表面的罩盖而下降，随后又缓慢上升；当使用足量捕收剂时，高密度细泥先罩盖在煤粒表面随之进入到精煤中，导致精煤产率和灰分上升，随着罩盖现象得到缓解，精煤产率和灰分随之下降。钠离子矿浆中钠离子浓度对浮选的影响如图 所示。当捕收剂用量为 时，随着钠离子浓度升高，低密度组开始浮选精煤产率和灰分几乎没有变化，然后浮选精煤产率有小幅度的提升；中密度组精煤产率基本没有变化，精煤灰分增加了 百分点；高密度组开始浮选精煤产率和灰分变化都不大，继续增大钠离子浓度，精煤产率上升了 百分点，精煤灰分上升了 百分点；高岭石组与高密度细泥煤组变化规律相似。当捕收剂用量为 时，低密度组矿浆中钠离子浓度在 以内时，随着钠离子浓度升高，精煤产率变化不显著，当钠离子浓度进一步升高，精煤产率有了较为明显的提升；中密度组随着矿浆中钠离子浓度小于 时，精煤产率变化不大，随着钠离子浓度继续增加至 ，精煤产率由 增加至 ，在这个过程中精煤灰分变化不明显；高密度组矿浆中钠离子浓度小于 时，精煤产率和灰分变化不大，当钠随着浓度继续提升至 ，精煤产率上升 百分点，精煤灰分上升 百分点；高岭石组与高密度细泥煤组变化规律相似。当矿浆中钠离子浓度升高时，四种浮选体系下浮选指标的变化情况基本相同，但是与前面三种金属离子不同的是，矿浆中钠离子浓度小幅度的变化（以内）对浮选指标基本没有影响，该浓度范围内的钠离子基本不会对细泥罩盖产生太大的影响，只有当钠离子浓度足够高时（）才能明显影响到精煤产率和灰分等浮选指标。金属离子对细泥罩盖影响的机理分析金属离子对低、中、高三种密度细泥 电位的影响如图 所示。未加入金属离子时，矿浆中颗研究探讨 煤 炭 工 程 年第 期粒 电位都为负值，细泥颗粒之间由于静电斥力的作用，较为稳定地分散在矿浆中，不易罩盖在煤粒表面。当金属离子浓度升高，矿物颗粒紧密层内正电荷数量增多，三种密度细泥的 电位绝对值降低，矿物颗粒扩散层变薄，双电层被压缩，矿浆中细泥颗粒与煤粒之间的静电斥力也随之减小，细泥颗粒在煤粒表面罩盖时的“势垒障碍”变小，细泥罩盖加重。铝离子和钙镁离子对细泥 点位的影响显著强于钠离子。图 铝离子对浮选的影响图 钠离子对低密度细泥煤浮选的影响图 金属离子对三种密度细泥 电位的影响 钙离子浓度从 上升到 阶段，三种密度细泥 电位负值降低，高密度细泥 电位降幅度最大，低密度细泥次之，中密度最小，单从各矿物 电位值来看，中间密度细泥在煤粒表面罩盖最严重，这一点在捕收剂用量为 时三种体系的浮选试验结果中有很好的体现。铝离子浓度 上升到 阶段，细泥 电位降低更快，其中低密度细泥 电位降幅最大，高密度次之，中密度最小。铝离子浓度升至 时，低密度细泥 电位率先为正值，此时，煤与中、高灰细泥由于电性相异，产生了静电引力，细泥罩盖加剧；继续增大铝离子浓度，中、高密度细泥 电位也相继转为正值，煤与细泥颗粒间再次产生静电斥力，罩盖减轻，但仍强于未加入铝离子的状态。随着钠离子浓度上升，三种密度细泥的 电位负值逐渐降低，降低速度逐渐变慢，三种密度细泥颗粒与煤粒之间始终存在静电斥力，且静电斥力由大到小依次为：高密度细泥低密度细泥中间密度细泥。金属离子对高岭石、煤样 电位的影响如图 所示。随着钙离子浓度增大，二者的 电位值先快速降低再缓慢降低并逐渐趋于平缓，最后高岭石的 电位负值小于煤样。随着铝离子浓度增加，煤粒与高岭石 电位降低直至出现二者出现电性相异，罩盖持续加重，直至高岭石和煤样的 电 年第 期 煤 炭 工 程 研究探讨 位值均转为正值且逐渐增大，二者静电斥力逐渐增大，细泥罩盖得到缓解。钠离子对矿物表面双电层的压缩作用要远远小于钙离子、镁离子及铝离子。当钠离子浓度为 时各矿物的 电位值与钙离子浓度为 时各矿物的 值很接近，即理论上这两种条件下各细泥在煤粒表面的罩盖程度相近，各体系的浮选指标也应该相近，但是此时各浮选体系下的精煤产率却普遍高于钙离子浓度为 时的产率，这是由于高浓度的钠离子会使气泡尺寸减小，泡沫稳定性增强，矿浆粘度增大，煤粒更容易粘附在气泡上且不易脱附，浮选精煤产率增大，但是这也导致气泡夹带水量增加，细颗粒更易通过夹带水进入到精煤中，使得精煤灰分增大。图 金属离子对高岭石 电位的影响 结 论）钠、钙、镁、铝离子都会不同程度地影响细泥存在下浮选试验的指标，具体表现为除了钠离子外，低浓度的金属阳离子便可以使细泥罩盖更易发生，而且金属阳离子的价数越高影响越显著，当价数相同时，半径越大的离子影响越显著，足量的捕收剂可以抵消细泥罩盖对浮选精煤产率的影响，但是精煤灰分会增大。钠离子对细泥罩盖的影响最微弱，但是高浓度的钠离子浓度会通过影响气泡大小及矿浆黏度的方式影响浮选指标。）金属阳离子通过压缩矿物颗粒表面双电层的方式改变矿物 电位，矿物 电位负值随着金属阳离子浓度的增大而降低，作用效果由大到小依次为：铝离子钙离子镁离子钠离子。高浓度的铝离子还会使矿物颗粒 电位由负值变为正值。参考文献：桂夏辉，程 敢，刘炯天，等 异质细泥在煤泥浮选中的过程特征 煤炭学报，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，（）：亓 欣，匡亚莉 黏土矿物对煤泥水处理的影响 煤炭工程，（）：，（）：，（）：，（）：，：陈 亮，陈松降，陶秀祥，等 电解质对低阶煤油泡浮选矿化过程的影响 煤炭学报，（）：，（）余萍 不同无机电解质对煤浮选的影响及溶液化学研究 太原：太原理工大学，吕鑫磊 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