閆一諾， 曹珂珂， 安可心， 孫曉然， 趙 崢*

(1. 華北理工大學(xué)以升創(chuàng)新教育基地，河北 唐山 063210；2.華北理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

目前我國大部分選煤廠用于浮選的捕收劑主要為煤油、柴油和汽油等產(chǎn)品。由于煤油和輕柴油是能源短缺的材料，必須探索出能源消耗量少，浮選性能高并且用量少的方法。大量研究表明，通過在油品中加入表面活性劑，能夠有效達(dá)到提高浮選效果，降低成本的目的。線夢瑤等[1]確定了最優(yōu)的煤焦油乳化方法，并將煤焦油乳化液與傳統(tǒng)捕收劑煤油進(jìn)行浮選性能對比。結(jié)果表明，乳化液和煤油浮選效果相當(dāng)，并且煤焦油乳化液對煤炭具有更高的選擇性，用油量更少；李志斌[2]通過將乳化柴油和柴油作為捕收劑，進(jìn)行煤炭浮選試驗(yàn)，結(jié)果表明乳化柴油分選出的浮精灰分較柴油低；侯捷等[3]通過機(jī)械攪拌乳化制備了含油污泥乳化液，并應(yīng)用于浮選實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明含油污泥乳化液與煤油具有相當(dāng)?shù)母∵x性能，并大大減少成本。但目前的研究仍存在乳化不充分，浮選效果不理想等問題，因此，本文將以焦油氨水為原料，通過添加復(fù)配型表面活性劑制備出穩(wěn)定性好的焦油氨水乳化液，考察其浮選效果并與傳統(tǒng)捕收劑煤油進(jìn)行對比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

JJ-1精密定時(shí)電動攪拌器，江蘇中大儀器科技有限公司；電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；激光粒度分析儀，美國布魯克海文儀器公司；PK/FD1型單槽浮選機(jī)，武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司。

焦油、氨水、煤泥，均為工業(yè)品；十六烷基三甲基溴化銨、Tween80、仲辛醇，均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 焦油氨水乳狀液的制備

在50 g混合體系下，焦油氨水按照一定質(zhì)量比進(jìn)行混合，乳化溫度為25 ℃，攪拌速率為3 000 r/min，加入一定量的乳化劑進(jìn)行機(jī)械攪拌乳化處理，制得焦油氨水乳化液。用稀釋法測定乳化液的類型；用激光粒度分析儀測定焦油氨水乳化液的粒徑。

1.2.2 煤炭浮選實(shí)驗(yàn)

選用的煤樣灰分為16.51%。采用制備的焦油氨水乳狀液和煤油作為捕收劑對比浮選性能，依據(jù)GB/T 4757-2001，用1 L單槽浮選機(jī)，轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，礦漿入料質(zhì)量濃度為100 g/L，起泡劑用量為0.1 kg/t，充氣量為0.25 m3/h，考察浮選后所得精煤產(chǎn)率、可燃體回收率及精煤灰分。

2 結(jié)果與討論

2.1 焦油氨水乳化液的制備

2.1.1 乳化劑種類對乳化效果的影響

針對7種不同乳化劑，焦油氨水質(zhì)量比為3∶7，油劑質(zhì)量比為7.5∶1，考察了不同乳化劑的乳化情況。加入Span80、Span60、Span85和Tween60乳化效果差，燒瓶底部和瓶壁均殘留大量焦油；加入十八烷基三甲基氯化銨和Tween80的焦油氨水大部分乳化，但燒瓶底部仍存在少量焦油，乳化液分別呈棕黑色和黃綠色；十六烷基三甲基溴化銨的乳化效果最優(yōu)，乳化液呈棕色，穩(wěn)定時(shí)間長。十六烷基三甲基溴化銨降低界面張力的能力較強(qiáng)，并且分子結(jié)構(gòu)為長直鏈，占據(jù)面積小，在油水界面上吸附量大，從而乳化效果好[4]。

2.1.2 油水比對乳化效果的影響

油水質(zhì)量比為7∶3、4∶6時(shí)，乳化效果差，平底燒瓶上殘留大量焦油；油水質(zhì)量比為2∶8、5∶5、6∶4時(shí)，焦油氨水大部分乳化，但瓶底和瓶壁仍有少量焦油殘留；油水質(zhì)量比為2∶8至7∶3范圍內(nèi)，油水質(zhì)量比為3∶7時(shí)，乳化效果最優(yōu)，焦油氨水基本全部乳化，乳化液呈棕黃色。

2.1.3 油劑比對乳化效果的影響

油劑質(zhì)量比為15∶3.8的乳化效果最差，有大量焦油未完成乳化，黏附在瓶壁；油劑質(zhì)量比為15∶3.2、15∶3.6的乳化效果較好，但仍有少量焦油黏附；油劑質(zhì)量比為15∶3.4的乳化效果良好，焦油氨水充分乳化。但乳化液較為黏稠，且穩(wěn)定時(shí)間不長，考慮在陽離子表面活性劑基礎(chǔ)上加入乳化效果最優(yōu)的非離子型表面活性劑Tween80進(jìn)行復(fù)配，以此制備不掛壁的乳化液。

2.1.4 復(fù)配比對乳化效果的影響

復(fù)配質(zhì)量比為3∶1乳化效果最差，瓶壁有大量焦油黏附；復(fù)配質(zhì)量比為2∶1的乳化效果較好，瓶壁黏附較少，但未能達(dá)到充分乳化的效果；復(fù)配質(zhì)量比為1∶1的乳化效果最佳，瓶壁沒有焦油黏附，焦油氨水乳化充分。

2.1.5 焦油氨水乳化液性質(zhì)

用稀釋法測定焦油乳化液性質(zhì)，乳化液在水中的分散性好，因此乳化液的類型為水包油型。圖1為焦油氨水乳化液的粒徑分布圖，單峰分布，其平均粒徑約為3.93 μm。

圖1 乳狀液粒徑分布

2.2 焦油氨水乳狀液在煤炭浮選中的應(yīng)用

2.2.1 捕收劑用量對浮選效果的影響

由圖2、圖3可知，隨著捕收劑用量的增加，精煤產(chǎn)率和可燃體回收率均逐漸增加，其中，捕收劑用量為1.2 kg/t～1.6 kg/t之間增速最快，1.6 kg/t后逐漸趨于平穩(wěn)，此時(shí)精煤產(chǎn)率為77.91%，可燃體回收率為92.13%。說明焦油氨水乳化液對煤樣有良好的捕收能力，最優(yōu)的捕收劑用量為1.6 kg/t。焦油本身黏度大、水中分散性差，與煤粒接觸幾率很小，不能達(dá)到浮選效果。但加入了表面活性劑將焦油氨水乳化后，乳狀液在礦漿中具有高度分散性，大大增加了與煤粒的接觸碰撞和附著率，因此焦油氨水乳狀液具有較好的捕收性能。

圖2 捕收劑用量對精煤產(chǎn)率的影響

圖3 捕收劑用量對可燃體回收率的影響

2.2.2 焦油氨水乳化液與煤油浮選效果對比

第26頁圖4為焦油氨水乳化液、煤油[1]分別作為捕收劑進(jìn)行煤炭浮選的效果對比。由圖4可知，隨著捕收劑用量的增加，精煤灰分基本呈現(xiàn)增加的趨勢。在捕收劑用量為1.0 kg/t～1.8 kg/t范圍內(nèi)，焦油氨水乳化液精煤灰分均遠(yuǎn)低于煤油精煤灰分，浮選效果更好，證明焦油氨水乳化液對該煤炭的選擇性大于煤油，這是因?yàn)榻褂桶彼闋钜褐泻械碾s極性物質(zhì)促進(jìn)了其對煤炭的選擇性[5]。

圖4 捕收劑用量對精煤灰分的影響

3 結(jié)論

本文考察了乳化劑種類、油水比、油劑比、復(fù)配比對乳化效果的影響，確定了以十六烷基三甲基溴化銨-Tween80為復(fù)配乳化劑，焦油氨水乳化液的最佳制備工藝條件：25℃下，油水質(zhì)量比為3∶7，油劑質(zhì)量比為15∶3.4、十六烷基三甲基溴化銨與Tween80的復(fù)配質(zhì)量比為1∶ 1。制備的焦油氨水乳化液為水包油型，平均粒徑為3.93 μm，在水中分散性好，宏觀呈黃棕色，乳化均勻。浮選實(shí)驗(yàn)研究表明，焦油氨水乳狀液具有良好的捕收能力，較煤油有更好的選擇性，并可以顯著降低用油量及浮選成本。