第33卷第1期煤炭学报Vol. 33　No. 1　

　　2008年1月JOURNAL OF CH INA COAL SOCIETY Jan. 　2008　

　　文章编号: 0253 - 9993 (2008) 01 - 0089 - 05

　　超声乳化煤油的浮选性能研究

　　康文泽, 王慧, 孔小红, 吕玉庭, 胡军(黑龙江科技学院资源与环境工程学院, 黑龙江哈尔滨　150027)

　　摘要: 利用Setaram微量热仪、DCAT21接触角测定仪、表面张力测定仪和Leica电子显微镜等仪器研究了乳化煤油、煤油的性质以及对煤泥的作用, 进行了浮选实验. 研究结果表明, 乳化煤油的粒径、在水中的分散性、与煤泥的润湿热、改变煤泥的接触角以及降低气液界面张力等方面均优于煤油; 当获得相同的精煤产率时, 乳化煤油的耗量只是煤油耗量的1 /3; 当药剂耗量相同时, 乳化煤油的浮选速度比煤油的浮选速度快, 精煤产率比煤油的高7138 %, 精煤灰分比煤油的低0198 %. 研究证明, 乳化煤油浮选的选择性和浮选效率均比煤油高, 药耗量比煤油低.

　　关键词: 乳化煤油; 浮选速度; 浮选效率; 药耗量

　　中图分类号: TD923　　　文献标识码: A

　　收稿日期: 2007 - 04 - 17　　责任编辑: 柳玉柏

　　基金项目: 国家自然科学基金资助项目(50274036) ; 黑龙江省教育厅骨干教师创新计划资助项目(1055G039)

　　作者简介: 康文泽(1964—) , 男, 黑龙江鸡西人, 教授, 博士. Tel: 0451 - 88036448, E - mail: kwz010@163.com

　　Study of flota tion performance of kerosene after ultra son ic emulsif ied KANGWen2ze, WANG Hui, KONG Xiao2hong, LB Yu2ting, HU Jun ( School of Resource and Environm ent Engineering, Heilongjiang Institute of Science and Technology, Harbin　150027, China) Abstract: The setaram calorimeter, the contact angle gauge DCAT21, the surface tension apparatus and the Leica electronic microscope were used to study the natures of emulsified kerosene and kerosene and their effects on slime.

　　Batch flotation testswere carried out. The results show that the particle diameter of emulsified kerosene, the disper2 sibility in water, the wetting heatwith slime, changing contact angle and decreasing gas2solution interfacial tension and so on are all better than those of kerosene. The consump tion of emulsified kerosene is only one2third of that of kerosene when equivalent yields of clean coal are obtained. The flotation speed of emulsified kerosene is faster than that of kerosene, the yield of clean coal of emulsified kerosene is higher than that of kerosene by 7138 % and the ash content of clean coal of emulsified kerosene is lower than that of kerosene by 0198 % when equivalent amounts of the two reagents are used in the flotation p rocess. The study shows that flotation selectivity and efficiency of e2 mulsified kerosene are all higher than those of kerosene and the consump tion of reagent is lower than that of kero2 sene.

　　Key words: emulsified kerosene; flotation speed; flotation efficiency; consump tion of reagent

　　浮选是煤泥分选的很有效方法之一, 浮选使用的药剂多为石油提炼过程中产生的副产品, 随着石油资源的短缺, 人们越来越关注浮选药剂的高效利用[ 1～5 ] . 在选煤厂中, 煤油是煤泥捕收的常用药剂, 由于煤油与水不相混溶, 导致它在水中的分散性差, 制约着药剂的高效利用, 于是人们提出用乳化的方法提高药剂的利用率[ 6～9 ] . 在众多药剂乳化方法中, 超声波是比较理想的手段之一, 本文以超声乳化煤油为例, 研煤炭学报2008年第33卷究了乳化煤油的性质, 以及乳化煤油的浮选效果.

1　实验设备及试剂

表1　测试仪器

Table 1　Test in strumen t 仪器用途仪器名称型号测量精度生产厂家

润湿热测定Setaram微量热仪C80 - D 011μW 法国Setaram公司

接触角测定接触角测定仪DCAT21 ±0101 mg 德国物理数据公司

粒径测定　Leica电子显微镜S5Z - G 1 000倍北京泰克仪器公司

煤油的超声乳化装置见文献[ 10,11 ]. 其中, 超声波发射机的型号是UGD, 频率为25 kHz, 功率为100W, 处理时间为1 min. 乳化剂为复合型, 用量为1 %. 制取的乳化煤油为水包油型(O /W). 实验中使用的主要检测仪器见表1.

2　实验结果及讨论

211　乳化药剂的粒径及分散性

　　取不同比例煤油和水的混合物, 加入乳化剂, 用超声波进行处理, 得到乳化煤油. 把超声乳化后的煤油用微量注射器取出, 滴在载玻片上摊开, 并盖上盖玻片, 迅速放到显微镜下观察, 拍照, 将得到的数码

表2　不同油水比的乳化煤油粒径测量结果

Table 2　The mea sur ing results of particle d iameter of

emulsif ied kerosene in d ifferen t ra tio of o il2wa ter μm　

项　目 油水比 1∶1 1∶2 1∶3 1∶4

超声乳化　2141 3167 4190 6122

乳化后加水2141 2159 2183 2195

　　照片用Sinp le PCI图像识别软件测量粒径. Sin2 p le PCI软件只能测出粒径的平均像素, 还要用显微镜拍摄一张带标尺的照片, 用软件测量单位长度的像素, 再用粒径的平均像素除以单位长度像素, 即得乳化液的平均粒径. 取油水比1 ∶1,1∶2, 1∶3, 1∶4的混合物, 制取乳化液, 测量粒径, 不同油水比的乳化液粒径测量结果见表2.为了考察乳化煤油粒度的稳定性, 把油水比为1∶1的乳化煤油加水, 搅拌, 分别配制成油水比1∶2, 1∶3, 1∶4的乳化煤油, 并测量粒径变化(表2)。由表2可以看出, 乳化液的粒径与油水比有关, 随着水比例的加大, 乳化煤油的粒径也加大, 由此看出乳化液中水的比例不应过大, 本实验中油水比为1∶1时乳液的粒径小。而乳液的粒径直接影响药剂的图1　药剂在水中的分散 Fig11　Dispersion of reagent in water性能, 乳化药剂的粒径变小时, 药剂分散的总表面积可增加百倍以上[ 12 ] , 而且提高了捕收性能和选择性[ 13 ] 。 乳化后再加水, 乳液的粒径变化不大，说明乳化煤油的稳定性较好。 药剂在矿浆中的分散性直接关系到药剂的利用效率, 取油水比1∶1的乳化煤油、煤油各2 mL, 用注射器分别注入100 mL的水中, 观察药剂的分散情况. 乳化煤油注入水中立即分散, 而且均匀分散于整个烧杯, 煤油则浮在液面上, 分散效果较差, 用数码相机把药剂分散情况拍成照片, 药剂在水中分散1 min时的照片如图1所示.

212　药剂与煤泥的润湿热测量使用

　　 Setaram C80 - D型微量热仪测量润湿热, 煤样来源于山东淄博矿务局, 经粗碎、细碎, 并研磨至015 mm以下, 煤样的灰分Aad = 25170 %. 每次实验称量煤样0115～0120 g, 取润湿液1 mL. 实验的初始温度定为32 ℃, 恒温时间为2 h, 润湿热数据收集时间为3 h. 进行了煤与水、煤油、乳化剂、乳化煤油的润湿热实验, 润湿热分别为21721 6, 41423 9, 11293 7, 51858 1 J /g. 90

第1期康文泽等: 超声乳化煤油的浮选性能研究润湿热反映的是液体与固体的作用程度, 润湿热越大, 两者的作用程度越大, 结合的也越牢固。由润湿热测量结果显示, 乳化煤油与煤的润湿热加大, 乳化煤油是煤油、水和乳化剂的混合物, 但润湿热并不是3者简单加和的平均值， 而是远大于它们的平均值。 说明乳化煤油与煤泥的作用程度很大, 两者结合的也很牢固[ 14 ] .

表3　不同油水比乳化煤油与煤的润湿热

Table 3　The wetting hea t of emulsif ied kerosene and

coa l in d ifferen t ra tio of o il2wa ter J /g　　

项　目

油水比

1∶1 1∶2 1∶3 1∶4

超声乳化　51858 1 41418 6 31895 1 31454 5

乳化后加水51858 1 51370 7 41864 8 41476 8

　　为了研究乳液粒径与润湿热的关系, 分别测量了表2中不同油水比的超声乳化煤油、乳化后加水的乳液与煤泥的润湿热, 结果见表3.由表3可以看出, 无论是超声乳化还是乳化后加水, 随着水比例的加大, 乳液与煤的润湿热都是逐渐降低的。 这可能是由于乳液含水量过大时, 乳液逐渐表现为水的性质, 而且乳液的黏度也加大了, 导致乳液与煤泥的润湿热降低。 在相同油水比的乳液中, 乳化后加水的润湿热远大于直接乳化的润湿热。 无论超声乳化还是乳化后加水， 其煤油、水所含的绝对量是相同的, 煤油也均匀地分散于水中, 不同的是乳液中的油滴粒径大小不同。 通过这一实验看出, 油滴粒径越小, 乳液与煤泥的润湿热越大, 乳液与煤泥的作用越充分。

213　煤泥接触角的测量

表4　煤泥接触角的测量结果

Table 4　The mea sur ing results of con tact angle of slime

煤泥类型未加捕收剂煤泥煤油捕收乳化煤油捕收

86123 88155 89199

86132 88176 89197

接触角θ/ ( °) 86121 88164 89197

86140 88163 89198

86125 88147 89194

平均值θ/ ( °) 86128 88163 89197

　　使用煤样来源于山东淄博矿务局，称量煤样10 g，在烧杯中配制成浓度50 g/L 的矿浆，煤油、乳化煤油(折合成煤油) 用量均为0196 g/ t 干煤泥, 搅拌时间为1 min，然后过滤煤样，自然晾干，未加捕收剂的煤泥也要配制成矿浆，重复以上操作。 用DCAT21型接触角测量仪测定煤泥的接触角，不同情况下煤泥接触角的测量值见表4。从试验可以看出，未加捕收剂煤泥的平均接触角为86128°，煤油捕收后煤泥平均接触角为88163°，乳化煤油捕收后煤泥的平均接触角为89197°。煤泥经药剂捕收后接触角有一定程度的提高，但乳化煤油提高的很大。可能是由于乳化煤油在矿浆中的分散性好，与煤泥作用的几率大，以及乳化煤油与煤泥的润湿热较大，与煤泥结合的较牢固，因而乳化煤油能更好地提高煤泥的疏水性。

214　气液界面的张力

　　在机械搅拌的浮选机中，由于叶轮的高速旋转使叶轮区形成负压，使溶解在矿浆中的气体出现过饱和现象，一些气体分子克服水分子间的引力开始在某些地点浓集，气体分子浓集到一定数量后即进行分子合并，突然从矿浆中析出，形成气泡胚，气泡胚形成要求的半径Rmin越小，则气泡胚就越容易形成，形成的气泡也越多[ 15 ] , 即Rmin =

2γgl

K ( c - c1 )

=

2γgl

p - p1

,

式中, Rmin为气泡胚的最小半径, m; γgl为液- 气界面的表面张力, J /m; K为亨利方程式中的常数; c - c1为气体的过饱和值, mol/m3 ; p - p1 为减压数值, Pa. 可以看出, 当气体的过饱和量、减压数值一定时, Rmin只与γgl有关, 而且Rmin与γgl成正比关系. 气液界面的张力降低, Rmin的数值变小, 气泡胚就越容易形成, 气泡的生成量将增大.实验采用DCAT 21型表面张力测定仪, 它是将铂丝制成的圆环挂在扭力天平上, 使环平面恰好与液面完全平行接触, 测定挂环与液面脱离时的最大拉脱力进行数据分析, 得出气液界面的张力值. 取8μL 91 煤　　炭　　学　　报2008年第33卷

表5　不同液体的气液界面张力

Table 5　The ga s2solution in terfac ia l ten sion of

d ifferen t liqu id mN /m　

液体水煤油乳化煤油水中加煤油水中加乳化煤油

气液界面

张力

70140 26194 30156 54157 41146 的煤油、乳化煤油, 分别添加到100 mL的水中,测量气液界面张力的变化, 同时还测量了水、煤油、乳化煤油的表面张力, 结果见表5.由表5可以看出, 乳化煤油比煤油的气液界面张力大, 这可能与乳化煤油较煤油的黏度大有

关。 但水中加乳化煤油的界面张力比加煤油的界面张力降低了24102 % , 这主要是由于乳化煤油加入水中的分散性较好, 对降低气液界面张力有利. 从气液界面张力的角度说明, 乳化煤油更有利于煤泥的浮选.

3　乳化煤油的浮选效果

　　为了验证乳化煤油的浮选效果, 进行了小浮选实验。煤样同样来源于山东淄博矿务局, 使用XFD型115 L单槽浮选机. 起泡剂为仲辛醇, 用量为0132 kg/ t; 煤油、乳化煤油(折合成煤油) 不同用量的精煤产率、精煤灰分曲线如图2所示. 同时进行了浮选速度实验, 起泡剂用量同前, 煤油、乳化煤油(折合成煤油) 用量均为0196 kg/ t; 浮选时间为6 min, 刮泡次序: 015, 110, 115, 210, 410, 610 min, 共分6次刮泡. 试验所得浮选速度曲线如图3所示.

　　由图2可以看出, 乳化煤油的精煤产率比煤油的高, 而精煤灰分却比煤油的低. 当乳化煤油(第1点) 与煤油(第3点) 具有相同的精煤产率(6315 % ) 时, 乳化煤油的耗量只是煤油耗量的1 /3, 乳化煤油的节油效果明显.由图3可以看出, 当药剂耗量相同时, 乳化煤油的精煤产率曲线始终在煤油的产率曲线之上, 说明乳化煤油的浮选速度比煤油的浮选速度快. 当刮泡为1 min时, 两者的精煤累计灰分相同(7104 %) , 而乳化煤油的精煤产率比煤油的高出15133 %; 当刮泡为6 min时, 乳化煤油的精煤产率为71138 % , 灰分为

7184 % , 煤油的精煤产率为64 % , 灰分为8182 %, 乳化煤油的精煤产率比煤油的高7138 % , 精煤灰分比煤油的低0198 %. 实验证明, 乳化煤油的浮选效率和选择性均比煤油高。

4　结　　论

　　(1) 在实验范围内超声乳化煤油的粒径与油水比有关, 随着水比例的增大, 乳化煤油的粒径增大;油水比为1∶1时乳化煤油的粒径最小; 乳化煤油在水中的分散性优于煤油在水中的分散性.

　　(2) 乳化煤油与煤泥的润湿热较煤油与煤泥的润湿热大; 润湿热与乳化煤油的粒径有关, 乳化煤油的粒径越小, 与煤泥作用的润湿热则越大.

　　(3) 与煤油相比, 乳化煤油能更好地提高煤泥的接触角; 也能更好地降低气液界面的张力, 有利于提高煤泥的浮选效果.

　　(4) 当获得相同的精煤产率时, 乳化煤油的耗量只是煤油耗量的1 /3, 乳化煤油的节油效果明显; 当药剂耗量相同时, 乳化煤油的浮选速度比煤油的浮选速度快; 当刮泡为6 min时, 乳化煤油的精煤产率比煤油的高7138 % , 精煤灰分比煤油的低0198 %. 研究证明, 乳化煤油浮选的选择性和浮选效率均比煤油高, 药耗量比煤油低.

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