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煤泥浮选剂应用现状与发展趋势

2021-10-29  来自: 洛阳弘实机械设备有限公司 浏览次数:180

煤炭是我国的主体能源,这是一种的选择。结合我国能源赋存特点,煤炭作为主体能源的地位在未来相当长时间内不会发生改变。中国煤炭工业协会发布的《2018煤炭行业发展年度报告》显示:2018年我国煤炭产量为36.80亿t,原煤入选率为71.80%。从这两组数据可以看出:我国煤炭产量巨大,原煤入选还有很大的提升空间。随着我国煤炭赋存条件的逐渐恶化,入选原煤中的细粒煤所占比例不断增大。由于入选原煤的粒度组成偏细,细粒煤处理难度增大,浮选作为处理细粒煤重要性越来越凸显。

煤泥浮选是一个复杂的物理化学过程,浮选效果受多种因素影响,包括煤泥性质、浮选工艺、设备性能、药剂种类、入浮浓度、操作水平等。浮选剂能够有效改善煤泥浮选体系中的固、液、气三相性质,通过浮选剂的作用,可使不易浮煤粒变得易浮,使易浮煤粒变得更加易浮,进而提高浮选选择性,改善煤泥浮选效果。浮选剂对浮选效果有着直接影响,浮选剂种类较多,选煤厂常用的是捕收剂和起泡剂。对于特殊煤质的煤泥,则需要添加调整剂等。针对捕收剂和起泡剂,我国科研技术人员从多个方面进行了研究,也取得了积极作用。基于对我国捕收剂、起泡剂的应用现状分析,预测了这两类药剂的发展趋势,以助力于捕收剂、起泡剂的性能提升和煤泥浮选效果的改善。


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常用捕收剂应用现状

在煤泥浮选过程中捕收剂的作用是提高煤粒的疏水性,进而使煤粒更加牢固的粘附在气泡表面。大多数捕收剂分子由疏水基团和亲水基团两种基团组成,在捕收剂分子作用过程中,亲水基团粘附在煤粒表面,疏水基团朝向水体排列,以提高煤粒的疏水性。

根据捕收剂分子在水中解离后的离子类型划分,浮选生产中常用的捕收剂可以分为离子型和非离子型两种,离子型捕收剂又可细分为阴离子型、阳离子型、双离子型。非离子型烃类油是生产中广泛使用的捕收剂,尤其是煤油、轻柴油,其用量占捕收剂用量的80%~90%;页岩柴油、燃料油和冷凝油等石化副产品及人工合成产品也有应用。由于煤油、轻柴油等捕收剂存在技术缺陷,为进一步提高煤泥浮选效果,我国科研人员对其结构类型、添加方式进行了优化,甚至研制出性能更好的替代产品。

1.1 石化类非极性烃类捕收剂

1.1.1 煤油

煤油是石油裂解时的馏分产物,属于轻质石油产品的一类,其主要组分是C11—C16的烷烃物质。煤油纯品为无色透明液体,含有杂质时呈淡黄色,不溶于水,易溶于醇和其它有机溶剂。在芳香类物质含量较少时,煤油只表现出捕收性能;在芳香类物质含量较多时,煤油兼具捕收性能和起泡性能。

因煤油在市场上容易获得,加之价格较为低廉,在我国浮选生产中应用广泛。但煤油捕收性能较差,以其作为捕收剂时药剂用量偏大。由于原煤煤质存在差异,煤泥浮选时采用煤油作为捕收剂的用量不同,每吨干煤泥的用量在1~2kg之间,而煤油用量偏大时消泡作用显著。根据实验室研究结果和现场生产实践,一般情况下,煤油的捕收性能和选择性优于轻柴油,其适合作为易浮煤泥、中等可浮煤泥的捕收剂。

采用传统方式添加煤油时药剂用量偏高,但煤油经过乳化、磁化等方式处理后,药剂用量有所下降,煤泥浮选效果转好,这与捕收剂表面性质变化有关。

1.1.2 轻柴油

轻柴油是密度较小的一类柴油,主要成分为C15—C18的烷烃物质,还含有少量的硫、氮、氧有机化合物及金属化合物。与煤油的成分相比,轻柴油的成分波动更大,尤其是芳烃成分含量,因此轻柴油的稳定性较差。由于轻柴油中的芳烃含量较高,且其中经常夹杂有表面活性物质,因此其活性有时高于煤油,但其浮选选择性偏差。

煤泥浮选中常以0号或10号轻柴油作为捕收剂,由于原煤种类和煤化程度存在差异,每吨干煤泥的轻柴油用量在1~3kg之间,且与活性剂和起泡剂的用量有关。以轻柴油作为捕收剂时,其易在水中分散,分散后的油珠直径较大,在煤粒表面铺展较慢。但轻柴油疏水性能强,其被煤粒孔隙吸收的数量较少,因此比较适合作为低阶煤煤泥浮选的捕收剂。

1.1.3 页岩柴油、燃料油及冷凝油

(1) 页岩焦油蒸馏产物经过冷压脱蜡、酸碱洗涤后即为页岩柴油,其中含有很多杂质,主要以不饱和烃(主要是芳烃、烯烃)和含氧、含氮化合物为主,因此页岩柴油兼具捕收、起泡双重性能。对于易浮煤泥、中等可浮煤泥来说,采用页岩柴油作为捕收剂时,每吨干煤泥的药剂用量在1.5~2kg/t之间。

(2) 燃料油是石油加工过程中所得的一种产物,又称作重油,在煤炭、页岩加工利用过程中也可以获得。通常以5号燃料油作为捕收剂,因其性质比较特殊,不但可以作为煤泥浮选的捕收剂,而且可以作为其它矿物浮选的捕收剂。与在煤泥浮选中的应用相比,燃料油在其它矿物浮选中的应用更多。

1.2 人工合成类非极性烃类捕收剂

1.2.1 FS系列捕收剂

FS系列捕收剂主要是FS-201、FS-202两种捕收剂,两者的主要成分均为轻质烷基苯。FS-201是烯烃与苯在180~280℃条件下,以无水AlCl3作为催化剂进行反应,反应产物经过碱洗、水洗、脱苯、精馏等处理后获得的255℃以前的馏分产物。FS-202是直馏煤油经过加氢、脱蜡处理,再提取正构烷烃的抽余产物。FS系列捕收剂的捕收性能均比煤油好,故以两者作为煤泥浮选的捕收剂时,药剂用量少30~40个百分点。一般情况下,每吨干煤泥的FS系列捕收剂用量在0.3~1.2kg之间,药剂用量明显减少,且煤泥浮选效果较好。

1.2.2 BET捕收剂

BET捕收剂的主要成分是邻苯二甲酸二乙脂(C12H14O4),其早期主要用在金属矿的浮选生产中。为了提高煤泥的浮选脱硫降灰效果,有研究者将其引入到煤泥的浮选脱硫降灰作业中,并且取得了良好的生产效果。生产实践表明:BET对煤的捕收能力强,煤泥浮选中所需药剂少,且脱硫降灰效果好。以BET作为煤泥浮选的捕收剂时,煤泥浮选效果优于普通煤用捕收剂,其是一种性能优良的捕收剂,适用于高硫煤泥浮选。

1.3 新型捕收剂

随着煤泥浮选生产的需要和我国科研人员对捕收剂研究的持续发力,煤泥浮选捕收剂研究成果丰硕,先后研制出一批新型捕收剂,包括乳化型捕收剂、改性捕收剂等。

(1) ZFC捕收剂属于乳化型捕收剂,其是柴油、水、表面活性剂按照的质量比(一般三者的质量比为27∶70∶3)合成的一种水包油型乳化油。在柴油中加入表面活性剂,能够促进柴油分子在煤粒表面铺展,有助于改善煤泥浮选环境,提高浮选精煤产率。生产实践表明:以ZFC捕收剂作为煤泥浮选的捕收剂时,浮选精煤产率可提高约5个百分点。

WL捕收剂属于同类型捕收剂,在其合成过程中采用了微波技术,故WL捕收剂的稳定性高、不易分层。2013年崔广文教授团队以地沟油为原料制备出自乳化捕收剂(SEC捕收剂),与其它类型捕收剂相比,其具有、稳定、分散性好等特点。

(2) 改性捕收剂就是制备捕收剂过程中,在其中加入适量的表面活性剂,以增强非极性烃类油在煤浆中的分散能力,进而改善煤粒表面的疏水性能,以达到优化煤泥浮选效果的目的。ZNX系列捕收剂属于改性捕收剂,ZNX-K07捕收剂在大屯选煤厂的使用效果表明:浮选精煤产率增高,浮选精煤灰分、尾煤产率降低,煤泥浮选效果得到很大改善。

此类捕收剂种类较多,如荀海鑫团队研制的AO捕收剂、张秀峰等研制的ECS-9800捕收剂等。这类捕收剂的主要原理都是在捕收剂基料中加入不同种类的表面活性剂,其中还含有其它物质,如非极性烃类、脂肪酸、脂肪酮、直链烷烃、环烷烃、芳香烃等。

  2  

常用起泡剂应用现状

煤泥浮选中常用的起泡剂属于表面活性物质,通常由两个基团组成,分别是亲水的极性基团和疏水的非极性基,起泡剂的起泡性能与这两个基团有直接关系。在起泡剂作用过程中,起泡剂分子在气-液两相界面定向排列、吸附,极性基团指向水体,非极性基团指向气泡。由于极性基团与水分子发生作用,并在气泡表面形成水化膜,能够有效阻止气泡兼并重组、变形,甚至破裂。

常用的起泡剂种类较多,包括醇类、醚类、酮类等物质,它们的碳原子个数均在5~11之间。生产中应用的起泡剂属于起泡剂,随着工业的快速发展和生产的不断扩大,石油化工副产品类起泡剂进入生产领域,这类起泡剂在我国浮选生产中应用广。为了解决石油化工副产品类起泡剂存在的缺陷,我国科研技术人员共同努力,研制出了人工合成起泡剂。根据起泡剂的来源,其可分成三类,即起泡剂、石化类起泡剂、人工合成起泡剂。

2.1 起泡剂

起泡剂包括松醇油、松油、樟油等,这类起泡剂的主要成分均为萜类化合物,早期生产中应用广的是松醇油,其用量占起泡剂用量的95%以上。由于起泡剂存在用量大、泡沫易碎、流动性差等缺陷,大部分被人工合成起泡剂所替代。

2.2 石化类起泡剂

石化类起泡剂是我国浮选生产中应用较多的起泡剂,主要包括不同碳链长度的醇类,如仲辛醇、杂醇、混合醇等。

(1) 由于杂醇来源广泛,价格低廉,在浮选生产中应用较多。杂醇是发酵法生产酒精的副产品,常温时其密度在0.82g/mL左右。以杂醇作为起泡剂时,每吨干煤泥的药剂用量在200~300g之间,药剂用量较大。杂醇的分子量较小且碳链较短,生成的泡沫易碎,但浮选选择性好,可以作为难选煤泥、高硫煤泥浮选的起泡剂。

(2) 以蓖麻子作为原料,生产葵二酸时所得副产品即为仲辛醇,其中的仲辛醇含量在70%~80%之间,还含有10%~20%的辛酮。由于仲辛醇的分子量较大、碳链较长,起泡性能较强,且较易获得,在我国煤泥浮选中应用较多。以仲辛醇作为起泡剂时,每吨干煤泥的药剂用量在100g左右,药剂用量相对较少。

(3) 混合醇按碳链长短可分为两类,即C6—C8混合醇、C8—C16混合醇。C6—C8混合醇可以通过两种途径获得,一种是采用乙炔法生产丁醇等所得馏分产物,另一种是通过混合烯烃的羰基合成,这类混合醇以已醇、庚醇、辛醇为主,属于混合物。C8—C16混合醇的主要成分是辛醚和辛醇。以混合醇作为煤泥浮选的起泡剂时,泡沫多且脆而不粘,对过滤、脱水作业有利。混合醇的分子量较大,碳链较长,起泡性能较强,在煤泥浮选时药剂用量较少,每吨干煤泥的药剂用量在100~150g之间。

此外,煤泥浮选中常用的起泡剂还有GF油、杂醇油、酯油等,现场生产中要根据实际情况选择起泡剂。在起泡剂选择过程中,需要考虑的因素包括煤泥性质、设备类型、过滤脱水效果,及其与捕收剂的协同作用。

2.3 人工合成起泡剂

为了克服起泡剂、石化类起泡剂存在的缺陷,科研技术人员研制出人工合成起泡剂,目前我国选煤厂浮选生产中的起泡剂多数属于人工合成起泡剂。我国浮选生产中使用的人工合成起泡剂较多,具有代表性的是4号油、HC型起泡剂、X-316起泡剂等。

4号油(丁醚油)于20世纪60年代由北京矿业研究总院研制出来,其主要成分为三乙基氧基丁烷。与2号油(松醇油)相比,4号油的价格更低,且纯度高,起泡性能更强,选择性更好,流动性更强,气泡大而均匀,实际用量更少。

X-316起泡剂属于人工合成起泡剂,其用于晋阳选煤厂是为了解决原来的起泡剂带来的药剂用量大、浮选精煤灰分高、滤饼水分高的问题。X-316起泡剂在晋阳选煤厂浮选生产中获得了较好效果,生产实践表明:在浮选生产中,吨干煤泥X-316起泡剂用量为0.16kg,比原起泡剂少0.77kg,且表现出起泡性能强,药剂用量少,浮选速度快,泡沫多而易碎等优点。

HC型起泡剂也属于人工合成起泡剂,其具有针对性,多用在淮北地区的选煤厂,如芦岭选煤厂、淮北选煤厂、石台选煤厂等。工业试验结果表明。与其他起泡剂相比,在相同的生产条件下,HC型起泡剂对高灰、细粒煤泥,更具优势,且用量少(一般吨干煤泥的药剂用量在0.75kg左右),价格低,能够有效降低浮选生产成本。

  3  

常用复合药剂应用现状

近年来,随着对煤泥浮选剂研究的不断深入,许多新型浮选剂被研制出来,包括复合药剂。复合药剂是一类比较特殊的浮选剂,兼具捕收性能和起泡性能,部分复合药剂还有分散、增溶等性能。复合药剂的研制与推广应用,对传统的煤泥浮选药剂制度来说,是一项更大的创新。这种药剂的使用属于联合用药或混合用药,能够加快吸附层形成,且药剂用量少、操作方便,可使煤泥浮选效果产生更大的经济效益。复合药剂种类较多,包括ZF浮选剂、ZH型浮选剂、MJ型浮选剂、ZX系列浮选剂、ME浮选剂、ZH浮选剂等,这些浮选剂在煤泥浮选中得到了不同程度的应用,总体效果良好。

ZX系列(包括ZX-1型、ZX-2型、ZX-3型、ZX-4型)浮选剂在株洲选煤厂的应用效果表明:以ZX系列浮选剂作为浮选药剂时,浮选速度快,浮选选择性强,浮选泡沫脆,精煤产率高,操作方便,药剂用量少,通常用量为吨干煤泥0.40~0.80kg,能够有效节约生产成本。此外,ZX系列浮选剂具有的针对性和适用性,ZX-1型浮选剂适用于气煤浮选,ZX-2型浮选剂适用于肥煤浮选,ZX-3型浮选剂适用于焦煤、瘦煤浮选,ZX-4型浮选剂适用于粒度组成细、表面氧化的氧化煤浮选。

张景来等以环己烷制备环己酮过程中产生的酸性废料(简称EI)和乙醇作为基料,合成羧酸酯;以羧酸酯作为基料,研制出复合型浮选剂ME。在平顶山气煤浮选过程中,以ME作为浮选剂,药剂用量为500g/t时,浮选精煤产率达到88.86%,精煤灰分为11.58%,煤泥浮选效果良好。

ZF浮选剂、ZH型浮选剂、MJ型浮选剂、ZH浮选剂等在煤泥浮选中也有应用,与传统的使用单一药剂相比,在使用复合药剂时,煤泥浮选效果更好。

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发展趋势

捕收剂和起泡剂是煤泥浮选效果好坏的重要影响因素,且捕收剂、起泡剂的种类较多,对煤泥浮选效果的影响也不尽相同。随着煤炭赋存条件的恶化和对煤泥浮选要求的提高及对浮选生产成本的调控,煤泥浮选生产对浮选剂的要求越来越高。结合近些年的浮选生产要求,捕收剂和起泡剂的研制和应用将向着以下方向发展。

(1) 向着复合型发展。近些年的煤泥浮选生产已经证明,某些药剂按比例混合使用,能使煤泥浮选效果得到显著提升,这是因为有关的两种药剂之间存在协同作用,尤其一种药剂是活化剂时,对另一种药剂性能的发挥有着积极的促进作用。复合药剂的成功研制与推广应用,在证明该结论的同时,为新型复合药剂的研制和推广奠定了理论基础和技术铺垫。

(2) 向着化发展。传统的浮选剂用量较大,而对煤泥浮选的促进效果不够明显,导致浮选生产成本很高。有研究者通过改善加式、改变药剂部分性能等手段来提高其对煤泥浮选效果的影响,但这种局部改善或改变所起的作用有限。在未来研制浮选剂过程中,应结合各种煤泥性质,开发出具备针对性和普适性的新型复合药剂,以提高煤泥浮选效果,且能够有效节约生产成本。所谓针对性,就是针对特定煤质具有作用。所谓普适性,就是药剂的基本组分不变,在添加某种物资的情况下,对特定煤质也作用。

(3) 向着安全环保型发展。部分煤泥浮选剂气味难闻,安全性能较差,长期使用对操作人员有着危害。未来的浮选剂研制要注重安全性和环保性,不但不能对环境产生影响,而且不能对人体产生危害。尤其是基于工业副产品研制的浮选剂,在实现废物利用的同时,更要保证人体健康

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结 语

捕收剂和起泡剂是煤泥浮选过程种常用的两种浮选剂,对煤泥浮选效果有着重要影响。在煤炭赋存条件不断变差和对煤泥浮选投入产出要求较高的情况下,研制与推广使用复合型、化、安全环保型捕收剂和起泡剂成为必然趋势。每一种药剂都有自身的性能,每一种煤泥都有自身的性质,只有在掌握药剂性能和煤泥性质的基础上,结合实际生产状况,通过探索确定生产条件,才能实现煤泥的率和高性价比浮选。

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