摘要：為研究表面活性劑促進(jìn)浮選精煤脫水的機理，以難脫水浮選精煤為研究對象，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)對浮選精煤礦漿進(jìn)行改性，并開(kāi)展脫水試驗。結果表明：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%。采用接觸角測量?jì)x和X射線(xiàn)光電子能譜儀對煤表面與不同藥劑作用前后的性質(zhì)進(jìn)行表征,發(fā)現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)表面張力測試儀測量了3種藥劑作用后濾液的表面張力，結果表明：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)，機械化開(kāi)采的大規模應用使選煤廠(chǎng)入選原煤中細顆粒含量增加，這部分細顆粒通過(guò)浮選-過(guò)濾進(jìn)行回收，細粒煤脫水問(wèn)題逐漸凸顯。一般來(lái)說(shuō)，高含水量對煤的生產(chǎn)、加工、利用和運輸等環(huán)節是不利的。在運輸時(shí)，水分增加了額外的運輸負荷，且我國煤炭主要產(chǎn)區在高寒地帶，煤中的水在冬季容易凍結，給煤炭裝卸運輸帶來(lái)困難。在煤炭應用于煉焦或火力發(fā)電時(shí)，水分還會(huì )損壞焦爐或降低有效發(fā)熱量。選煤廠(chǎng)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)生結團現象，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對精煤脫水系統進(jìn)行改造，比如使用快開(kāi)隔膜壓濾機等設備替代圓盤(pán)真空過(guò)濾機。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，其助濾機理一般被認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。文獻對印度West Bokaro選煤廠(chǎng)浮選精煤開(kāi)展脫水研究，發(fā)現使用聚丙烯酸酯類(lèi)表面活性劑使細粒煤水分減少了8%。文獻研究Goedehoop Colliery精煤，發(fā)現通過(guò)添加表面活性劑可以減少殘留的濾餅水分，認為表面活性劑通過(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。任曉汾等對柳灣選煤廠(chǎng)浮選精煤開(kāi)展脫水過(guò)濾試驗，發(fā)現不同類(lèi)型的表面活性劑對精煤脫水均有效果，當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。羅曉玲等對臨渙選煤廠(chǎng)的浮選精煤進(jìn)行脫水試驗，分別以十二烷基苯磺酸鈉和咪唑啉作為助濾劑，結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)水分脫出的機理主要被認為是表面改性作用以及降低液體的表面張力?；诖?，筆者以難脫水浮選精煤為研究對象，選取了3種表面活性劑進(jìn)行對比試驗，研究不同類(lèi)型表面活性劑對浮選精煤脫水的影響，并通過(guò)測定接觸角、煤粒表面元素組成和表面張力，闡釋表面活性劑促進(jìn)浮選精煤脫水的機理，為煤泥高效脫水提供理論指導。

1試驗

1.1煤樣性質(zhì)

試驗采用山東能源新礦集團內蒙古能源中心選煤廠(chǎng)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)機礦物質(zhì)和煤表面的一些含氧基團，煤中的無(wú)機礦物質(zhì)和含氧基團與水能夠形成較強的氫鍵作用，使煤樣顯現出親水性，且水分不易排出。

依據GB/T447—2008《煤炭篩分試驗方法》對煤樣進(jìn)行小篩分試驗，浮選精煤樣品粒度組成見(jiàn)表2。由表2可以看出，煤樣中細粒物料含量非常高，其中-0.045 mm粒級產(chǎn)率高達72.57%，而+0.125 mm粒級產(chǎn)率僅有2.8%。該煤樣粒度細，比表面積大，脫水時(shí)煤粒之間由于毛細作用存在大量毛細水，而且煤表面還存在大量的吸附水，難以通過(guò)機械力進(jìn)行有效脫除。此外，樣品中細粒含量高、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。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)