磁化對弱粘煤浮選過程的影響

吳樹明

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山063012)

弱粘煤是一種變質(zhì)程度較低的煙煤，其揮發(fā)分含量高，粘結(jié)性弱，常作為煉焦配煤和化工原料。我國弱粘煤的熱穩(wěn)定性和活性較高，經(jīng)提質(zhì)降灰后，可作為動力煤銷售使用，應(yīng)用前景十分廣闊。但由于弱粘煤存在遇水易泥化、疏水性差、可浮性弱及分選難度較大的問題，采用常規(guī)浮選工藝和藥劑很難達(dá)到較高的精煤產(chǎn)率。因此，亟需對弱粘煤的結(jié)構(gòu)特性和表面潤濕性進(jìn)行研究，以探索出解決弱粘煤難浮選的有效方法。

1 弱粘煤的結(jié)構(gòu)特性

弱粘煤分子結(jié)構(gòu)的核心部分排列較為整齊，側(cè)鏈基團(tuán)種類較多，主要是以酚羥基為主的含氧官能團(tuán)。酚羥基結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的還原性，在與氧氣接觸后，可被氧化為醚氧基(—O—)、酮(—CO—)、羰基(—CHO)等含氧基團(tuán)。

這些基團(tuán)的存在使弱粘煤潤濕角θ<65°。在浮選過程中，以羥基為主的大量不飽和含氧官能團(tuán)的吸附力超過了水分子之間的定向力和氫鍵力[1]，使含氧基團(tuán)與水分子中的氫鍵結(jié)合。因此，水分子會被強(qiáng)烈吸引，并在煤表面定向緊密排列形成較厚的水化膜。當(dāng)氣泡與弱粘煤碰撞時(shí)，很難排開煤粒表面的水化層與之發(fā)生粘附。無論是藥劑還是氣泡，都很難與煤粒接觸，因此弱粘煤的浮選效率大大降低。

2 磁化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

物理學(xué)家法拉第指出，自然界中的一切物質(zhì)都具有磁性，任何物質(zhì)在磁場中都會發(fā)生磁化效應(yīng)[2]。浮選是細(xì)粒礦物回收最有效的方法，因此，在浮選中引入磁場，有望通過磁化技術(shù)強(qiáng)化礦物的浮選效率。

20世紀(jì)六七十年代，一些國家進(jìn)行了大量磁化浮選試驗(yàn)，提出了磁化處理會影響礦物浮選過程的結(jié)論，并表明磁化處理對提高礦物的回收率效果明顯，有助于提高浮選速度[3]。

切爾里赫[4]等在浮選前采用極性交變磁場對礦漿和水進(jìn)行處理之后，再進(jìn)行浮選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：在最佳條件下，磁化處理增強(qiáng)了礦物表面疏水性，改善了浮選過程。硫化銅礦石進(jìn)行浮選試驗(yàn)時(shí)，水經(jīng)磁化處理后，銅的浮選回收率比普通水高出7個(gè)多百分點(diǎn)。

耶爾辛[5]利用一種試驗(yàn)型弱磁磁選裝置，對合成樣品(磁鐵礦-石英混合礦)與一種典型的磁鐵礦石進(jìn)行了常規(guī)浮選，結(jié)果表明：磁浮選工藝優(yōu)于常規(guī)浮選和磁選工藝，并提出某些礦石磁浮選工藝成功的主要條件是欲分離的礦物在磁選和浮選中有一定差異，同時(shí)磁性礦物最好具有較低的浮選速度。

科瓦切夫[6]等利用磁處理技術(shù)強(qiáng)化銅-鉬硫化礦石的浮選過程，浮選用水或礦漿通過一系列的強(qiáng)磁場強(qiáng)化后，銅、鉬回收率分別由81.7%、76.3%提高到86.7%、82.1%。

普拉辛[7]等研究了水的磁化處理對硫化礦和氧化物潤濕性的影響。研究證明：當(dāng)硫化物和氧化物與磁處理的水接觸時(shí)，三相潤濕接觸角更大。

王秋鳳[8]研究了磁化黃藥對PbS、ZnS浮選效果的影響。結(jié)果表明：當(dāng)黃藥用量為1.5×10-5mol/L時(shí)，磁化和非磁化礦物回收率差距很大，PbS回收率提高了15個(gè)百分點(diǎn)，而ZnS的回收率提高了23個(gè)百分點(diǎn)，驗(yàn)證了磁化處理有利于礦物的上浮。

邊炳鑫[9]等在研究浮選礦漿的磁化處理效應(yīng)和機(jī)理時(shí)，證明磁化處理能引起浮選礦漿含氧量、pH值、表面Zeta電位與潤濕熱的變化。水和礦物顆粒的性質(zhì)會對浮選礦漿磁化效應(yīng)產(chǎn)生影響，磁化處理提高了煤的可浮性，促進(jìn)輕柴油在煤表面的附著程度，消弱了輕柴油對煤矸石和黃鐵礦的捕收作用，有利于強(qiáng)化煤泥浮選脫硫降灰的效果。

3 試驗(yàn)

3.1 試劑與儀器

浮選試驗(yàn)選用DFX-1型浮選機(jī)，浮選機(jī)單位面積充氣量為0.25 m3/(m2·min)，浮選槽容積為1 000 mL；過濾設(shè)備選用CTDL5C-φ240/φ120盤式真空過濾機(jī)；捕收劑選用十二胺，用量為1.5 kg/t，起泡劑選用仲辛醇，用量為0.4 kg/t。

3.2 試驗(yàn)煤樣

試驗(yàn)煤樣為陜西旬邑燕家河煤礦的弱粘煤。選取煤樣時(shí)，用60～1 200硬度不等的細(xì)砂紙對煤樣(塊煤)進(jìn)行帶水粗磨，再用蒸餾水清洗煤樣，除去研磨時(shí)粘附在煤塊表面上的煤粒和砂粒[10]。選取<0.5 mm粒級煤樣，配置成若干份濃度為80 g/L的礦漿。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 常規(guī)接觸角測定與浮選試驗(yàn)

目前，在接觸角測定時(shí)，煤樣制備分為研磨面測定和壓縮面測定兩種方式，此次接觸角測定，采用研磨面測定。利用動態(tài)潤濕角分析儀測定煤與水接觸角大小，結(jié)果見表1，浮選試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 接觸角測定結(jié)果

表2 常規(guī)浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test result of flotation with conventional process %

由表1可知，煤樣的平均接觸角為46.8°，表明煤樣表面疏水性差，較難浮選。通過分步釋放浮選試驗(yàn)可知，當(dāng)精煤灰分為12%時(shí)，精煤產(chǎn)率為33.5%。

4.2 磁化后接觸角測定結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)室條件下，制作U型磁鐵，將水注入有機(jī)玻璃容器中，并將玻璃容器置于U型磁鐵中間進(jìn)行磁化處理，為了驗(yàn)證磁場強(qiáng)度對磁化效果的影響，將電流強(qiáng)度分別選定為1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0 A，磁化時(shí)間均為15 min。

利用動態(tài)潤濕角分析儀測定不同電流強(qiáng)度下磁化水與煤樣的接觸角，測定結(jié)果見表3，繪制曲線如圖1所示。

表3 磁處理后接觸角測定結(jié)果

圖1 電流值-接觸角曲線圖

從圖1中可看出，水經(jīng)磁化后，接觸角大小發(fā)生了變化，當(dāng)電流強(qiáng)度為1.5A時(shí)，煤與水的接觸角為47.14°，隨著電流強(qiáng)度的增加，磁場強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)，煤表面潤濕角不斷增加，當(dāng)電流強(qiáng)度為9 A時(shí)，接觸角為49.30°；與未經(jīng)磁化時(shí)比較，煤相對于水的接觸角從46.8°提高至49.30°，這表明水經(jīng)磁化后,可改變煤與水之間的接觸角，提高煤的疏水性。

4.3 磁化浮選試驗(yàn)

選取<0.5 mm粒級煤樣配置成濃度為80 g/L的礦漿，在礦漿磁化時(shí)，電流強(qiáng)度設(shè)定為9 A，磁化處理時(shí)間為15 min；磁化后將礦漿放入浮選機(jī)，進(jìn)行分步釋放浮選試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 分步釋放浮選試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，經(jīng)過磁處理后再進(jìn)行分步釋放浮選試驗(yàn)，當(dāng)精煤灰分為12%時(shí)，精煤產(chǎn)率為34.64%，比未經(jīng)過磁化處理的精煤產(chǎn)率(33.5%)提高了1.1個(gè)百分點(diǎn)，說明磁化處理技術(shù)改善了弱粘煤與水之間的潤濕性，提高了煤粒的疏水性，增加了其可浮性。

5 結(jié)語

通過磁化水試驗(yàn)及磁化浮選試驗(yàn)可以看出，水經(jīng)磁化后，改變了煤與水之間的接觸角大小，提高了煤的疏水性，增加了捕收劑在礦物表面的吸附量，弱粘煤表面接觸角從46.8°提高到49.30°，精煤產(chǎn)率從33.5%提高到34.6%，水經(jīng)磁化后，可改變水表面張力、電導(dǎo)率、粘度及pH值和溶液中氧的濃度，進(jìn)而有利于藥劑在礦物表面的吸附，提高礦物的浮選效果。磁化處理技術(shù)不改變生產(chǎn)工藝條件，只需增設(shè)磁場，無需動力，應(yīng)用方便，投資少且容易屏蔽，因而發(fā)展前景廣闊。但由于磁處理試驗(yàn)和磁化機(jī)理分析都處于初步探索階段，試驗(yàn)工藝參數(shù)和機(jī)理分析仍需進(jìn)行深入研究工作。