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    煤泥浮選劑應用現狀與發展趨勢

    2021-10-29  來自: 洛陽弘實機械設備有限公司 瀏覽次數:205

    煤炭是我國的主體能源,這是一種的選擇。結合我國能源賦存特點,煤炭作為主體能源的地位在未來相當長時間內不會發生改變。中國煤炭工業協會發布的《2018煤炭行業發展年度報告》顯示:2018年我國煤炭產量為36.80億t,原煤入選率為71.80%。從這兩組數據可以看出:我國煤炭產量巨大,原煤入選還有很大的提升空間。隨著我國煤炭賦存條件的逐漸惡化,入選原煤中的細粒煤所占比例不斷增大。由于入選原煤的粒度組成偏細,細粒煤處理難度增大,浮選作為處理細粒煤重要性越來越凸顯。

    煤泥浮選是一個復雜的物理化學過程,浮選效果受多種因素影響,包括煤泥性質、浮選工藝、設備性能、藥劑種類、入浮濃度、操作水平等。浮選劑能夠有效改善煤泥浮選體系中的固、液、氣三相性質,通過浮選劑的作用,可使不易浮煤粒變得易浮,使易浮煤粒變得更加易浮,進而提高浮選選擇性,改善煤泥浮選效果。浮選劑對浮選效果有著直接影響,浮選劑種類較多,選煤廠常用的是捕收劑和起泡劑。對于特殊煤質的煤泥,則需要添加調整劑等。針對捕收劑和起泡劑,我國科研技術人員從多個方面進行了研究,也取得了積極作用?;趯ξ覈妒談?、起泡劑的應用現狀分析,預測了這兩類藥劑的發展趨勢,以助力于捕收劑、起泡劑的性能提升和煤泥浮選效果的改善。


      1  

    常用捕收劑應用現狀

    在煤泥浮選過程中捕收劑的作用是提高煤粒的疏水性,進而使煤粒更加牢固的粘附在氣泡表面。大多數捕收劑分子由疏水基團和親水基團兩種基團組成,在捕收劑分子作用過程中,親水基團粘附在煤粒表面,疏水基團朝向水體排列,以提高煤粒的疏水性。

    根據捕收劑分子在水中解離后的離子類型劃分,浮選生產中常用的捕收劑可以分為離子型和非離子型兩種,離子型捕收劑又可細分為陰離子型、陽離子型、雙離子型。非離子型烴類油是生產中廣泛使用的捕收劑,尤其是煤油、輕柴油,其用量占捕收劑用量的80%~90%;頁巖柴油、燃料油和冷凝油等石化副產品及人工合成產品也有應用。由于煤油、輕柴油等捕收劑存在技術缺陷,為進一步提高煤泥浮選效果,我國科研人員對其結構類型、添加方式進行了優化,甚至研制出性能更好的替代產品。

    1.1 石化類非極性烴類捕收劑

    1.1.1 煤油

    煤油是石油裂解時的餾分產物,屬于輕質石油產品的一類,其主要組分是C11—C16的烷烴物質。煤油純品為無色透明液體,含有雜質時呈淡黃色,不溶于水,易溶于醇和其它有機溶劑。在芳香類物質含量較少時,煤油只表現出捕收性能;在芳香類物質含量較多時,煤油兼具捕收性能和起泡性能。

    因煤油在市場上容易獲得,加之價格較為低廉,在我國浮選生產中應用廣泛。但煤油捕收性能較差,以其作為捕收劑時藥劑用量偏大。由于原煤煤質存在差異,煤泥浮選時采用煤油作為捕收劑的用量不同,每噸干煤泥的用量在1~2kg之間,而煤油用量偏大時消泡作用顯著。根據實驗室研究結果和現場生產實踐,一般情況下,煤油的捕收性能和選擇性優于輕柴油,其適合作為易浮煤泥、中等可浮煤泥的捕收劑。

    采用傳統方式添加煤油時藥劑用量偏高,但煤油經過乳化、磁化等方式處理后,藥劑用量有所下降,煤泥浮選效果轉好,這與捕收劑表面性質變化有關。

    1.1.2 輕柴油

    輕柴油是密度較小的一類柴油,主要成分為C15—C18的烷烴物質,還含有少量的硫、氮、氧有機化合物及金屬化合物。與煤油的成分相比,輕柴油的成分波動更大,尤其是芳烴成分含量,因此輕柴油的穩定性較差。由于輕柴油中的芳烴含量較高,且其中經常夾雜有表面活性物質,因此其活性有時高于煤油,但其浮選選擇性偏差。

    煤泥浮選中常以0號或10號輕柴油作為捕收劑,由于原煤種類和煤化程度存在差異,每噸干煤泥的輕柴油用量在1~3kg之間,且與活性劑和起泡劑的用量有關。以輕柴油作為捕收劑時,其易在水中分散,分散后的油珠直徑較大,在煤粒表面鋪展較慢。但輕柴油疏水性能強,其被煤??紫段盏臄盗枯^少,因此比較適合作為低階煤煤泥浮選的捕收劑。

    1.1.3 頁巖柴油、燃料油及冷凝油

    (1) 頁巖焦油蒸餾產物經過冷壓脫蠟、酸堿洗滌后即為頁巖柴油,其中含有很多雜質,主要以不飽和烴(主要是芳烴、烯烴)和含氧、含氮化合物為主,因此頁巖柴油兼具捕收、起泡雙重性能。對于易浮煤泥、中等可浮煤泥來說,采用頁巖柴油作為捕收劑時,每噸干煤泥的藥劑用量在1.5~2kg/t之間。

    (2) 燃料油是石油加工過程中所得的一種產物,又稱作重油,在煤炭、頁巖加工利用過程中也可以獲得。通常以5號燃料油作為捕收劑,因其性質比較特殊,不但可以作為煤泥浮選的捕收劑,而且可以作為其它礦物浮選的捕收劑。與在煤泥浮選中的應用相比,燃料油在其它礦物浮選中的應用更多。

    1.2 人工合成類非極性烴類捕收劑

    1.2.1 FS系列捕收劑

    FS系列捕收劑主要是FS-201、FS-202兩種捕收劑,兩者的主要成分均為輕質烷基苯。FS-201是烯烴與苯在180~280℃條件下,以無水AlCl3作為催化劑進行反應,反應產物經過堿洗、水洗、脫苯、精餾等處理后獲得的255℃以前的餾分產物。FS-202是直餾煤油經過加氫、脫蠟處理,再提取正構烷烴的抽余產物。FS系列捕收劑的捕收性能均比煤油好,故以兩者作為煤泥浮選的捕收劑時,藥劑用量少30~40個百分點。一般情況下,每噸干煤泥的FS系列捕收劑用量在0.3~1.2kg之間,藥劑用量明顯減少,且煤泥浮選效果較好。

    1.2.2 BET捕收劑

    BET捕收劑的主要成分是鄰苯二甲酸二乙脂(C12H14O4),其早期主要用在金屬礦的浮選生產中。為了提高煤泥的浮選脫硫降灰效果,有研究者將其引入到煤泥的浮選脫硫降灰作業中,并且取得了良好的生產效果。生產實踐表明:BET對煤的捕收能力強,煤泥浮選中所需藥劑少,且脫硫降灰效果好。以BET作為煤泥浮選的捕收劑時,煤泥浮選效果優于普通煤用捕收劑,其是一種性能優良的捕收劑,適用于高硫煤泥浮選。

    1.3 新型捕收劑

    隨著煤泥浮選生產的需要和我國科研人員對捕收劑研究的持續發力,煤泥浮選捕收劑研究成果豐碩,先后研制出一批新型捕收劑,包括乳化型捕收劑、改性捕收劑等。

    (1) ZFC捕收劑屬于乳化型捕收劑,其是柴油、水、表面活性劑按照的質量比(一般三者的質量比為27∶70∶3)合成的一種水包油型乳化油。在柴油中加入表面活性劑,能夠促進柴油分子在煤粒表面鋪展,有助于改善煤泥浮選環境,提高浮選精煤產率。生產實踐表明:以ZFC捕收劑作為煤泥浮選的捕收劑時,浮選精煤產率可提高約5個百分點。

    WL捕收劑屬于同類型捕收劑,在其合成過程中采用了微波技術,故WL捕收劑的穩定性高、不易分層。2013年崔廣文教授團隊以地溝油為原料制備出自乳化捕收劑(SEC捕收劑),與其它類型捕收劑相比,其具有、穩定、分散性好等特點。

    (2) 改性捕收劑就是制備捕收劑過程中,在其中加入適量的表面活性劑,以增強非極性烴類油在煤漿中的分散能力,進而改善煤粒表面的疏水性能,以達到優化煤泥浮選效果的目的。ZNX系列捕收劑屬于改性捕收劑,ZNX-K07捕收劑在大屯選煤廠的使用效果表明:浮選精煤產率增高,浮選精煤灰分、尾煤產率降低,煤泥浮選效果得到很大改善。

    此類捕收劑種類較多,如荀海鑫團隊研制的AO捕收劑、張秀峰等研制的ECS-9800捕收劑等。這類捕收劑的主要原理都是在捕收劑基料中加入不同種類的表面活性劑,其中還含有其它物質,如非極性烴類、脂肪酸、脂肪酮、直鏈烷烴、環烷烴、芳香烴等。

      2  

    常用起泡劑應用現狀

    煤泥浮選中常用的起泡劑屬于表面活性物質,通常由兩個基團組成,分別是親水的極性基團和疏水的非極性基,起泡劑的起泡性能與這兩個基團有直接關系。在起泡劑作用過程中,起泡劑分子在氣-液兩相界面定向排列、吸附,極性基團指向水體,非極性基團指向氣泡。由于極性基團與水分子發生作用,并在氣泡表面形成水化膜,能夠有效阻止氣泡兼并重組、變形,甚至破裂。

    常用的起泡劑種類較多,包括醇類、醚類、酮類等物質,它們的碳原子個數均在5~11之間。生產中應用的起泡劑屬于起泡劑,隨著工業的快速發展和生產的不斷擴大,石油化工副產品類起泡劑進入生產領域,這類起泡劑在我國浮選生產中應用廣。為了解決石油化工副產品類起泡劑存在的缺陷,我國科研技術人員共同努力,研制出了人工合成起泡劑。根據起泡劑的來源,其可分成三類,即起泡劑、石化類起泡劑、人工合成起泡劑。

    2.1 起泡劑

    起泡劑包括松醇油、松油、樟油等,這類起泡劑的主要成分均為萜類化合物,早期生產中應用廣的是松醇油,其用量占起泡劑用量的95%以上。由于起泡劑存在用量大、泡沫易碎、流動性差等缺陷,大部分被人工合成起泡劑所替代。

    2.2 石化類起泡劑

    石化類起泡劑是我國浮選生產中應用較多的起泡劑,主要包括不同碳鏈長度的醇類,如仲辛醇、雜醇、混合醇等。

    (1) 由于雜醇來源廣泛,價格低廉,在浮選生產中應用較多。雜醇是發酵法生產酒精的副產品,常溫時其密度在0.82g/mL左右。以雜醇作為起泡劑時,每噸干煤泥的藥劑用量在200~300g之間,藥劑用量較大。雜醇的分子量較小且碳鏈較短,生成的泡沫易碎,但浮選選擇性好,可以作為難選煤泥、高硫煤泥浮選的起泡劑。

    (2) 以蓖麻子作為原料,生產葵二酸時所得副產品即為仲辛醇,其中的仲辛醇含量在70%~80%之間,還含有10%~20%的辛酮。由于仲辛醇的分子量較大、碳鏈較長,起泡性能較強,且較易獲得,在我國煤泥浮選中應用較多。以仲辛醇作為起泡劑時,每噸干煤泥的藥劑用量在100g左右,藥劑用量相對較少。

    (3) 混合醇按碳鏈長短可分為兩類,即C6—C8混合醇、C8—C16混合醇。C6—C8混合醇可以通過兩種途徑獲得,一種是采用乙炔法生產丁醇等所得餾分產物,另一種是通過混合烯烴的羰基合成,這類混合醇以已醇、庚醇、辛醇為主,屬于混合物。C8—C16混合醇的主要成分是辛醚和辛醇。以混合醇作為煤泥浮選的起泡劑時,泡沫多且脆而不粘,對過濾、脫水作業有利?;旌洗嫉姆肿恿枯^大,碳鏈較長,起泡性能較強,在煤泥浮選時藥劑用量較少,每噸干煤泥的藥劑用量在100~150g之間。

    此外,煤泥浮選中常用的起泡劑還有GF油、雜醇油、酯油等,現場生產中要根據實際情況選擇起泡劑。在起泡劑選擇過程中,需要考慮的因素包括煤泥性質、設備類型、過濾脫水效果,及其與捕收劑的協同作用。

    2.3 人工合成起泡劑

    為了克服起泡劑、石化類起泡劑存在的缺陷,科研技術人員研制出人工合成起泡劑,目前我國選煤廠浮選生產中的起泡劑多數屬于人工合成起泡劑。我國浮選生產中使用的人工合成起泡劑較多,具有代表性的是4號油、HC型起泡劑、X-316起泡劑等。

    4號油(丁醚油)于20世紀60年代由北京礦業研究總院研制出來,其主要成分為三乙基氧基丁烷。與2號油(松醇油)相比,4號油的價格更低,且純度高,起泡性能更強,選擇性更好,流動性更強,氣泡大而均勻,實際用量更少。

    X-316起泡劑屬于人工合成起泡劑,其用于晉陽選煤廠是為了解決原來的起泡劑帶來的藥劑用量大、浮選精煤灰分高、濾餅水分高的問題。X-316起泡劑在晉陽選煤廠浮選生產中獲得了較好效果,生產實踐表明:在浮選生產中,噸干煤泥X-316起泡劑用量為0.16kg,比原起泡劑少0.77kg,且表現出起泡性能強,藥劑用量少,浮選速度快,泡沫多而易碎等優點。

    HC型起泡劑也屬于人工合成起泡劑,其具有針對性,多用在淮北地區的選煤廠,如蘆嶺選煤廠、淮北選煤廠、石臺選煤廠等。工業試驗結果表明。與其他起泡劑相比,在相同的生產條件下,HC型起泡劑對高灰、細粒煤泥,更具優勢,且用量少(一般噸干煤泥的藥劑用量在0.75kg左右),價格低,能夠有效降低浮選生產成本。

      3  

    常用復合藥劑應用現狀

    近年來,隨著對煤泥浮選劑研究的不斷深入,許多新型浮選劑被研制出來,包括復合藥劑。復合藥劑是一類比較特殊的浮選劑,兼具捕收性能和起泡性能,部分復合藥劑還有分散、增溶等性能。復合藥劑的研制與推廣應用,對傳統的煤泥浮選藥劑制度來說,是一項更大的創新。這種藥劑的使用屬于聯合用藥或混合用藥,能夠加快吸附層形成,且藥劑用量少、操作方便,可使煤泥浮選效果產生更大的經濟效益。復合藥劑種類較多,包括ZF浮選劑、ZH型浮選劑、MJ型浮選劑、ZX系列浮選劑、ME浮選劑、ZH浮選劑等,這些浮選劑在煤泥浮選中得到了不同程度的應用,總體效果良好。

    ZX系列(包括ZX-1型、ZX-2型、ZX-3型、ZX-4型)浮選劑在株洲選煤廠的應用效果表明:以ZX系列浮選劑作為浮選藥劑時,浮選速度快,浮選選擇性強,浮選泡沫脆,精煤產率高,操作方便,藥劑用量少,通常用量為噸干煤泥0.40~0.80kg,能夠有效節約生產成本。此外,ZX系列浮選劑具有的針對性和適用性,ZX-1型浮選劑適用于氣煤浮選,ZX-2型浮選劑適用于肥煤浮選,ZX-3型浮選劑適用于焦煤、瘦煤浮選,ZX-4型浮選劑適用于粒度組成細、表面氧化的氧化煤浮選。

    張景來等以環己烷制備環己酮過程中產生的酸性廢料(簡稱EI)和乙醇作為基料,合成羧酸酯;以羧酸酯作為基料,研制出復合型浮選劑ME。在平頂山氣煤浮選過程中,以ME作為浮選劑,藥劑用量為500g/t時,浮選精煤產率達到88.86%,精煤灰分為11.58%,煤泥浮選效果良好。

    ZF浮選劑、ZH型浮選劑、MJ型浮選劑、ZH浮選劑等在煤泥浮選中也有應用,與傳統的使用單一藥劑相比,在使用復合藥劑時,煤泥浮選效果更好。

      4  

    發展趨勢

    捕收劑和起泡劑是煤泥浮選效果好壞的重要影響因素,且捕收劑、起泡劑的種類較多,對煤泥浮選效果的影響也不盡相同。隨著煤炭賦存條件的惡化和對煤泥浮選要求的提高及對浮選生產成本的調控,煤泥浮選生產對浮選劑的要求越來越高。結合近些年的浮選生產要求,捕收劑和起泡劑的研制和應用將向著以下方向發展。

    (1) 向著復合型發展。近些年的煤泥浮選生產已經證明,某些藥劑按比例混合使用,能使煤泥浮選效果得到顯著提升,這是因為有關的兩種藥劑之間存在協同作用,尤其一種藥劑是活化劑時,對另一種藥劑性能的發揮有著積極的促進作用。復合藥劑的成功研制與推廣應用,在證明該結論的同時,為新型復合藥劑的研制和推廣奠定了理論基礎和技術鋪墊。

    (2) 向著化發展。傳統的浮選劑用量較大,而對煤泥浮選的促進效果不夠明顯,導致浮選生產成本很高。有研究者通過改善加式、改變藥劑部分性能等手段來提高其對煤泥浮選效果的影響,但這種局部改善或改變所起的作用有限。在未來研制浮選劑過程中,應結合各種煤泥性質,開發出具備針對性和普適性的新型復合藥劑,以提高煤泥浮選效果,且能夠有效節約生產成本。所謂針對性,就是針對特定煤質具有作用。所謂普適性,就是藥劑的基本組分不變,在添加某種物資的情況下,對特定煤質也作用。

    (3) 向著安全環保型發展。部分煤泥浮選劑氣味難聞,安全性能較差,長期使用對操作人員有著危害。未來的浮選劑研制要注重安全性和環保性,不但不能對環境產生影響,而且不能對人體產生危害。尤其是基于工業副產品研制的浮選劑,在實現廢物利用的同時,更要保證人體健康

      5  

    結 語

    捕收劑和起泡劑是煤泥浮選過程種常用的兩種浮選劑,對煤泥浮選效果有著重要影響。在煤炭賦存條件不斷變差和對煤泥浮選投入產出要求較高的情況下,研制與推廣使用復合型、化、安全環保型捕收劑和起泡劑成為必然趨勢。每一種藥劑都有自身的性能,每一種煤泥都有自身的性質,只有在掌握藥劑性能和煤泥性質的基礎上,結合實際生產狀況,通過探索確定生產條件,才能實現煤泥的率和高性價比浮選。

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