不同挥发分煤的浮选理论与实践

　　无烟煤是结合更为紧密的、缩合程度更高的稠环芳烃，比烟煤具有更少的脂肪链，无烟煤的结晶度已经接近石墨，它包含平行的芳烃链的堆积。如果这些聚合体延平面延伸的距离约为3.6 ，其空隙部分由晶体所包围，由于交链和结晶区常常被视为微孔，故这类微孔已经成为标志无烟煤的主要孔隙量。随着脂肪烃的减少和微孔量的增加，无烟煤表面的疏水性将减少。而矿物质和水分可看作是交链的聚合物中的充填物，它也降低煤表面的疏水性。从以上的分析，使得对不同煤阶煤的表面疏水性和理论可浮性有了一个合理的解释 。
　　
2　表面活性剂在煤表面的作用机理
　　(1)表面活性剂对煤的捕收能力。应用真空浮选方法对3种不同极性的表面活性剂进行了浮选试验，可以说明它们的捕收能力，结果如图1所示。
　　可以看出非离子表面活性剂的浮选效果最好。 阴离子表面活性剂的浮选效果较好，而阳离子型表面活性剂的效果最差。

图1　3种表面活性剂真空浮选的的结果
1—FCA(非离子型)；2—OT(阳离子型)；3—DSS(阴离子型)

　　(2) 煤-水界面的静电特性变化：① Zeta电位。3种不同的表面活性剂在煤表面吸附后，其Zeta电位与pH值的关系如图2所示。

图2　不同pH值下煤粒吸附3种表面活性剂的Zeta电位变化
1—RNH⁺₃，0.2 g/L；2—R′O(RO)H，0.2 g/L；3—RCOORSO^-₃，0.2 g/L

　　可以看到煤表面吸附阳离子型表面活性剂后，其表面的正电位增加，这说明这种药剂在煤表面发生静电吸附。阴离子型表面活性剂吸附于煤表面后，增加了煤表面的负电位的绝对值，这说明阴离子表面活性剂在煤表面的吸附只依赖于P型氢链。非离子型表面活性剂吸附于煤表面后，使煤表面的pzc零电点向碱性增加的方向移动。当煤表面没有表面活性剂吸附时其pHpzc=3.5，吸附了非离子表面活剂以后，其pHpzc=5.5。以上说明，在非离子表面活性剂与煤表面发生了特性吸附。②红外光谱分析。在煤表面吸附表面活性剂之后，其红外光谱发生了变化。从表2可以看出，3种不同表面活性剂有不同性质的吸附。　　

表2　煤及不同表面活性剂的红外光谱吸收峰

表3 表面活性剂不同官能团的ΔV变化

表4　三种表面活性剂在煤表面吸附自由能的计算

　　3种不同极性的表面活性剂与煤有机质作用机理的模型如图3所示。

图3　3种表面活性剂在煤粒表面有机结构上的作用机理

　　
　　根据以上理论，开发了MF系列选煤浮选促进剂，它是一种含有表面活性剂的油类捕收剂，其中表面活性剂的极性端吸附于煤表面的亲水基团上，并以烃链覆盖煤表面的亲水部分，使煤表面的疏水面积扩大，最终使得精煤浮出率提高，而总药剂耗量得到降低。
　　
3　浮选剂的实际应用
　　对一批不同挥发分的煤在实验室进行了浮选试验，结果发现，在相同条件下，MF浮选剂耗量大幅度降低，其结果如表5所示。
　　可见命名为MF的新型浮选促进剂将针对各种细粒煤的实际浮选性生产不同型号的产品，在通过工业性试验和试用后即由药剂制造厂正式生产。这是继MB、MC和FJ之后的第四代科研成果。
　　

表5　浮选促进剂对不同挥发分煤的实验室浮选结果

表6　新型系列浮选剂的工业性单机试验结果比较