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摘要：為提高煤泥浮選效果，實(shí)現(xiàn)浮選藥劑的高效低耗，闡述了捕收劑、起泡劑、復(fù)合藥劑和調(diào)整劑的分類、性能及應(yīng)用情況，并對比分析了傳統(tǒng)浮選藥劑和新型浮選藥劑的特點(diǎn)，最后對煤泥浮選藥劑的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。結(jié)果表明：傳統(tǒng)煤泥捕收劑存在藥耗大、分散性差等缺點(diǎn)，通過乳化、引入極性基團(tuán)等方法對傳統(tǒng)捕收劑進(jìn)行改性，可提高煤表面疏水性，增大油滴在水中的分散性，從而提高浮選效果。天然起泡劑和工業(yè)副產(chǎn)品起泡劑存在用量大、泡沫易碎、流動(dòng)性差等缺點(diǎn)，人工合成起泡劑彌補(bǔ)了以上2種起泡劑的不足。復(fù)合藥劑是集捕收性能、起泡性能與一體的多功能浮選藥劑，具有浮選速度快、藥耗少、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但對煤質(zhì)有一定選擇性。未來應(yīng)從研制低藥耗、低成本浮選藥劑，保證藥劑使用方便、易于調(diào)節(jié)，注重綠色環(huán)保、實(shí)現(xiàn)廢物利用3方面著手，開發(fā)高性能、低成本、低消耗、綠色環(huán)保、適應(yīng)性強(qiáng)的新型浮選藥劑。
0 引言
煤泥浮選是依靠煤與矸石表面潤濕性的差異，在相界面實(shí)現(xiàn)分離的過程。由于煤與矸石天然表面性質(zhì)的差異無法有效分離，在浮選過程中往往需要加入浮選藥劑來改變煤表面的疏水性，提高煤的可浮性，實(shí)現(xiàn)煤與矸石的有效分離。浮選藥劑主要包括捕收劑、起泡劑和調(diào)整劑。目前國內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用的浮選藥劑種類繁多，但也存在不少問題。如捕收劑分散性差、捕收性和選擇性弱等，最終影響煤泥浮選效率和產(chǎn)品質(zhì)量。王建平等、黃波等通過乳化柴油的方法，提高柴油在水中的分散性；也有通過加入表面活性劑對捕收劑進(jìn)行改性。傳統(tǒng)起泡劑則存在原料受限、不易降解、污染環(huán)境等問題，馬澄亮通過人工合成起泡劑解決了這些弊端。有學(xué)者對不同調(diào)整劑在煤泥浮選中的影響進(jìn)行了詳細(xì)研究，通過加入pH調(diào)整劑和分散劑等使浮選效果更好。筆者對傳統(tǒng)浮選藥劑和新型浮選藥劑的性能和應(yīng)用效果進(jìn)行分析，并對煤泥浮選藥劑的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，以期提高煤泥浮選效果，實(shí)現(xiàn)浮選藥劑的高效低耗，為國內(nèi)外學(xué)者開展相關(guān)研究提供參考。
1 捕收劑
捕收劑是重要的浮選藥劑，按離子性質(zhì)可分為陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型。非極性烴類油是目前選煤用主要捕收劑，國內(nèi)外選煤廠經(jīng)常用捕收劑有煤油、柴油等石油產(chǎn)品，占捕收劑用量的80%~90%，以及一些人工合成的非極性烴類油，比如BET、FS系列捕收劑等。其中，煤油、柴油雖應(yīng)用普遍，但用量大，藥劑在水中分散性差，使得煤泥浮選效率較低，且煤油用量過大還有明顯的消泡作用，不利于浮選。因此煤油、柴油等通常作為易選或中等可選煤泥的浮選捕收劑，對于低階難浮選煤泥效果不明顯。而天然氣冷凝油只在西南地區(qū)的選煤廠得到利用。BET具有很強(qiáng)的選擇性，是一種性能優(yōu)良的浮選藥劑，其浮選效果要優(yōu)于普通煤用捕收劑，尤其用于高硫煤浮選時(shí)。FS系列捕收劑包括FS_201、FS_202捕收劑，其主要成分時(shí)輕質(zhì)烷基苯，捕收性能比柴油高，用量比煤油低30%~40%。
由于傳統(tǒng)煤泥捕收劑存在藥劑消耗量大、分散性差等缺點(diǎn)。國內(nèi)外學(xué)者采用多種方法合成新型捕收劑，如通過乳化、引入極性基團(tuán)等提高煤表面疏水性增大油滴在水中的分散性，從而提高浮選效率，降低藥耗。
1）乳化型捕收劑。乳化型捕收劑是將油、水、乳化劑及助乳化劑按一定比例混合，制成微乳液、油包水型化油或水包油型乳化油等，使其在水中更容易分散。ZFC乳化油是柴油、水和表面活性劑按照質(zhì)量比27:70:3合成的一種水包油型乳化油。ZFC乳化油在云南盤翼選煤廠的工業(yè)性試驗(yàn)表明，使用ZFC乳化油后浮選精煤產(chǎn)率提高了近5%。WL捕收劑為半透明微乳液，油滴粒級為0.005~.01mm，浮選過程中，WL捕收劑在水中高度分散，除具有捕收性能外，還兼有起泡、分散、曾溶的功能，屯蘭礦選煤廠的工業(yè)性試驗(yàn)表明，WL捕收劑與煤油的消耗量、浮選效果相當(dāng)，但成本相對較低。
2）改性高效捕收劑。制備捕收劑時(shí)加入適量表面活性劑，可增加非極性烴類油組分在煤漿中的分散性，改變煤表面的疏水性，從而達(dá)到優(yōu)化浮選的目的。由河南省中能石化有限公司生產(chǎn)的ZNX_K07捕收劑加入了油溶性的非離子表面活性劑和水溶性的陰離子表面活性劑，增強(qiáng)捕收劑活性；加入有機(jī)抑制劑，使煤中黏土礦物質(zhì)的親水性增強(qiáng)，從而抑制細(xì)泥上浮。ZNX_K07捕收劑在大屯選煤廠的工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，浮選精煤率、精煤灰分、尾煤產(chǎn)率、綜合藥耗等指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，泡沫流動(dòng)性好，無“跑煤”現(xiàn)象，浮選精煤脫水速度加快，達(dá)到了選煤廠生產(chǎn)要求。
N9836捕收劑和C12捕收劑中含有多種有機(jī)物質(zhì)，如非極性烴類油、脂肪酸、脂肪酮以及表面活性劑等。這些物質(zhì)增強(qiáng)了捕收劑的捕收性和選擇性。大武口選煤廠的應(yīng)用實(shí)踐表明，與傳統(tǒng)柴油相比，在分選出合格精煤灰分的前提下，N9836捕收劑的浮選精煤產(chǎn)率提高了3.17%，是一種選擇性好，用量少，適于泥化煤泥的高效捕收劑。C12捕收劑選擇性好，不受能力強(qiáng)，藥耗小，能有效改善浮選效果。
茍海鑫等研究的AO捕收劑是將一定質(zhì)量的表面活性劑、直鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴混合，在一定條件下反應(yīng)制得，其顏色為淺黃色，不易揮發(fā)，略有氣味，無毒。AO捕收劑應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明，其適于難浮煤泥的浮選，效果優(yōu)于煤油、柴油。其與難浮煤泥的作用的潤濕熱、接觸角及等電點(diǎn)變化值均大于煤油、柴油，證明AO捕收劑能更好的提高難浮煤的疏水性。
ECS_9800捕收劑也是通過加入表面活性劑改性的一種新型高效煤泥捕收劑。試驗(yàn)研究表明，ECS_9800捕收劑具有選擇性好、分選效率高等特點(diǎn)，與沒有相比，在精煤灰分相同的條件下，可節(jié)省藥耗3/4以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
3）其他捕收劑。鄒城市吸寶化工有限公司生產(chǎn)的TDS捕收劑是一種不溶于水的兼具捕收和起泡雙重作用的棕色油狀液體。與輕柴油相比，TDS捕收劑具有用量省、浮選速度快、使用方便、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，目前在興隆莊煤礦選煤廠得到的較成功的應(yīng)用。MG高效捕收劑在永川選煤廠應(yīng)用實(shí)踐表明，其捕收性能強(qiáng)，選擇性較好，大幅提高精煤產(chǎn)品質(zhì)量和精煤產(chǎn)率。在入浮條件基本相同的情況下，精煤灰分基本不變，精煤產(chǎn)率提高7.76%，尾煤灰分提高5.15%。
2 起泡劑
起泡劑是一種表面活性劑，由親水的極性基和疏水的非極性基組成。目前常用起泡劑主要有天然起泡劑、工業(yè)副產(chǎn)品起泡劑和人工合成起泡劑3種。
1）天然起泡劑。包括桉葉油、松醇油（2號(hào)油）、松針油和樟油等，其主要成分均為萜類化合物，其中應(yīng)用廣泛的是松醇油，占起泡劑用量的95%以上。
2）工業(yè)副產(chǎn)品起泡劑。包括GF油、雜醇、仲辛醇、混合醇等，主要為不同碳鏈長度的醇類，其中分子質(zhì)量較小、碳鏈較短的雜醇生成的泡沫易碎，用量較大，但選擇性好；仲辛醇、C6~C8混合醇和酯油等分子量較大，碳鏈較長，起泡性能較強(qiáng)，用量較少；GF油不僅起泡能力強(qiáng)，用量少，選擇性好，還兼有一定的捕收性能，在我國選煤廠應(yīng)用廣泛。
3）人工合成起泡劑。人工合成起泡劑包括合成醇類起泡劑和MIBC等。4號(hào)油，又稱丁醚油，無色油狀液體，是20世紀(jì)60年代由北京礦業(yè)研究總院開發(fā)的一種人工合成起泡劑，成分分為三乙基氧基丁烷。與2號(hào)油相比，其具有價(jià)格低、純度高、起泡性強(qiáng)、選擇性好、起泡大而均勻、流動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。HC型起泡劑由臨渙焦化股份有限公司生產(chǎn)，分別在蘆嶺選煤廠、臨渙選煤廠、百善選煤廠、朱仙莊選煤廠、淮北選煤廠、石臺(tái)選煤廠等進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果表明，對于高灰分、細(xì)粒煤泥，HC型起泡劑比GF油、仲辛醇等傳統(tǒng)起泡劑更具優(yōu)勢，且來源廣，價(jià)格低，可降低選煤成本。X-316起泡劑是不溶于水的棕色油狀液體，在晉陽選煤廠得到較好應(yīng)用，具有起泡性能較強(qiáng)，用量少，浮選速度快，泡沫多、易破碎，易于過濾等優(yōu)點(diǎn)。MIBC亦稱甲基戊醇，無色透明液體，是丙酮經(jīng)縮合脫水和常壓加氫制得，選擇性好，生成的泡沫細(xì)且脆，流動(dòng)性好，用量少，每噸煤泥僅用MIBC20~40g。MIBC在美國應(yīng)用較廣泛，由于丙酮取自糧食，國內(nèi)只作為實(shí)驗(yàn)室浮選標(biāo)準(zhǔn)起泡劑，尚未在工業(yè)上應(yīng)用。
天然起泡劑和工業(yè)副產(chǎn)品起泡劑存在用量大、泡沫易碎、流動(dòng)性差等缺點(diǎn)，而且天然起泡劑的主要成分萜烯醇難以生物降解，會(huì)對尾煤水造成污染。人工合成起泡劑由于彌補(bǔ)了以上2種起泡劑的不足而備受青睞。
3 復(fù)合藥劑
復(fù)合藥劑是集捕收性能、起泡性能與一體的多功能浮選藥劑，有些復(fù)合藥劑還間距分散、增溶的功效。復(fù)合藥劑具有浮選速度快、藥耗少、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但其對煤質(zhì)有一定選擇性。
1）FJ復(fù)合浮選劑。安征等通過實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)試驗(yàn)對新型FJ系列復(fù)合煤用浮選劑進(jìn)行了較全面研究。研究表明，F(xiàn)J復(fù)合浮選劑兼有起泡和捕收性質(zhì)，具有良好的選擇性，是細(xì)粒煤浮選的優(yōu)良促進(jìn)劑，噸煤浮選藥劑費(fèi)用較常規(guī)藥劑降低30%~50%，且性能穩(wěn)定、無污染。
2)ZX系列復(fù)合浮選藥劑。20世紀(jì)90年代由株洲選煤廠生產(chǎn)的ZX系列浮選藥劑是一種新型的高效浮選藥劑。與傳統(tǒng)藥劑相比，該藥劑浮選速度快，藥耗少，選擇性好，精煤產(chǎn)率高，兼具起泡與捕收性能，不僅適用于瘦煤、氣煤、焦煤、肥煤，對細(xì)粒氧化煤也有理想浮選效果。
3）MJ復(fù)合藥劑。MJ復(fù)合藥劑以煤焦油為主要原料，加熱蒸餾收集320°C以下餾分后加入表面活性劑制得。楊兵乾等以王陶肥煤、難選的木瓜礦焦煤和龐塔礦焦煤為研究對象分別對MJ復(fù)合藥劑的性能進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在滿足現(xiàn)場生產(chǎn)要求的情況下，MJ復(fù)合藥劑與煤油浮選效果接近，但藥劑用量低于煤油，可用于處理難選煤。
4）ZH型復(fù)合浮選劑。ZH型復(fù)合浮選劑是以原ZX_II型復(fù)合浮選劑為基礎(chǔ)，加入輕柴油、起泡劑和2號(hào)油等原料后再一定條件下制得。ZH型復(fù)合浮選劑在田莊選煤廠的應(yīng)用結(jié)果表明，該浮選劑在選煤廠自行配置使用，可根據(jù)煤質(zhì)變化及時(shí)調(diào)整油比，可降低藥劑耗量，改善浮選效果。
5）ZF合成浮選劑。以山東勝利煉油廠煤油為原料，在常壓下液相催化氧化制得的ZF合成浮選劑兼具有起泡性和捕集性，適合單獨(dú)使用。工業(yè)性實(shí)驗(yàn)表明，ZF合成浮選劑具有較好的活性和選擇性，用量僅為捕收劑和起泡劑總量的一般，能有效降低精煤水分，且其原料來源廣，加工方便。
6）FO合成浮選藥劑。成浩等對適于細(xì)粒級難選煤的FO合成浮選藥劑進(jìn)行研究，結(jié)果表明，該藥劑活性強(qiáng)，選擇性好，各項(xiàng)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)浮選藥劑。在相同浮選條件下，藥劑耗量下降40%以上，精煤產(chǎn)率提高5%以上，效果相當(dāng)顯著。
7）ME復(fù)合藥劑。利用乙醇和環(huán)乙烷制取環(huán)乙酮的工藝中生產(chǎn)的大量酸性肥料合成羧酸酯，已合成的羧酸酯為起泡劑，制得復(fù)合型浮選藥劑ME。平頂山其煤浮選應(yīng)用結(jié)果表明，ME復(fù)合藥劑可提高精煤產(chǎn)率，改善浮選效果，選擇性優(yōu)勢明顯。
8）KJ復(fù)合藥劑。首先將定量陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑混合，加入水，在一定恒溫條件下制得KJ表面活性劑；然后將定量捕收劑（煤油）、起泡劑（仲辛醇）與KJ表面活性劑混合制的KJ復(fù)合藥劑。孔小紅等研究表明，KJ復(fù)合藥劑的浮選效果優(yōu)于煤油、仲辛醇，當(dāng)KJ表面活性劑添加量為2%時(shí)，KJ復(fù)合藥劑的浮選效果最好。
4 調(diào)整劑
煤泥浮選時(shí)除加入捕收劑和起泡劑外，有時(shí)還需要添加一些調(diào)整劑，如pH調(diào)整劑、乳化劑、促進(jìn)劑、分散劑、絮凝劑等。
1）pH調(diào)整劑。介質(zhì)pH值調(diào)整劑影響煤與礦物雜質(zhì)的可浮性。各種浮選藥劑實(shí)現(xiàn)效能最高、用量最小，就必須保持煤漿pH值調(diào)整劑有石灰、硫酸、碳酸鈉等。
2）乳化劑。乳化劑是將煤油、柴油等浮選藥劑進(jìn)行乳化，使其在煤漿中充分分散，增加油膜總表面積，更好發(fā)揮藥劑性能，減少捕收劑消耗的同時(shí)，改善浮選選擇性，提高選煤效率和浮選速度。目前選煤廠應(yīng)用的乳化劑有RP乳化劑、DR乳化劑等。
3）促進(jìn)劑。促進(jìn)劑是一種能改善捕收劑和起泡劑效果的浮選藥劑，多數(shù)為表面活性劑，可與多種起泡劑兼容，也可溶于輕柴油，提高難浮煤產(chǎn)率，降低其他浮選劑用量，同時(shí)改善粗粒煤的浮選效果。張秀梅等研制了MA促進(jìn)劑，在其作用下，捕收劑與煤粒的吸附更容易、牢固、穩(wěn)定，可促進(jìn)難浮煤的浮選，節(jié)油效果明顯。崔廣文等利用松香、油酸等制備了CG促進(jìn)劑，具有較強(qiáng)的表面活性，穩(wěn)定性高。實(shí)驗(yàn)表明，加入CG促進(jìn)劑可明顯降低捕收劑用量，提高精煤產(chǎn)率。黃波等利用棉籽油制備了PA促進(jìn)劑，馬頭煤泥和錢家營煤泥浮選試驗(yàn)表明，在煤油中加入PA促進(jìn)劑后，在捕收劑用量相近的條件下，捕收劑用量是原煤油用量的50%。
4）分散劑。要使煤漿中煤粒處于分散狀態(tài)，除機(jī)械攪拌外，有時(shí)還需加入分散劑。分散劑的作用是增強(qiáng)煤粒表面負(fù)電性，增大煤粒之間的排斥力，使煤粒表面呈現(xiàn)強(qiáng)親水性，阻止煤粒聚結(jié)。目前常用分散劑和水玻璃、蘇打、聚磷酸鹽、單寧等。
5）絮凝劑。絮凝劑主要用于處理浮選尾煤泥水，可加速顆粒沉降。高分子絮凝劑可分為有機(jī)高分子絮凝劑和無機(jī)高分子絮凝劑2種，前者應(yīng)用較多。有機(jī)高分子絮凝劑又可分為天然型和人工合成型2種。天然高分子絮凝劑有淀粉加工產(chǎn)品及其衍生物、纖維素的衍生物、腐殖酸鈉等；人工合成高分子絮凝劑種類很多，按其官能團(tuán)分類主要有陰離子型、陽離子型和非離子型3大類。在人工合成的高分子絮凝劑中，應(yīng)用最廣的是聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物。
5 煤泥浮選藥劑發(fā)展趨勢
隨著采煤機(jī)械化程度的提高和煤層的變化，煤粉量相對增大，煤泥可浮性變差，導(dǎo)致浮選工藝普遍存在濃度低、粒度細(xì)、流量大、藥耗高等問題，導(dǎo)致煤泥浮選成本增加，經(jīng)濟(jì)效益受到影響。因此，制備高性能浮選藥劑勢在必行。
1）研制低藥耗、低成本浮選藥劑。國內(nèi)外選煤廠用于浮選的捕收劑絕大多數(shù)是石油產(chǎn)品。煤油、輕柴油屬于短缺物資，為了減少供需矛盾，改善浮選藥劑性能，減少其用量是必然趨勢。因此，今后一方面可以進(jìn)一步研究穩(wěn)定性好、抗凍性強(qiáng)的乳化浮選藥劑，以減少柴油用量，提高其適用區(qū)域；另一方面可以利用價(jià)格低廉的化工副產(chǎn)品合成浮選藥劑，以取代石油制品的浮選藥劑，降低生產(chǎn)成本。
2）保證藥劑使用方便、易于調(diào)節(jié)。目前普通藥劑存在捕收性能弱、不易調(diào)節(jié)等弊端。復(fù)合藥劑的出現(xiàn)簡化了藥劑制度，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這為藥劑的開發(fā)提供了新思路。在今后復(fù)合藥劑的生產(chǎn)中，應(yīng)研制開發(fā)針對不同煤質(zhì)的新型復(fù)合藥劑，以增加浮選藥劑品種，提高適用性。
3）注重綠色環(huán)保，實(shí)現(xiàn)廢物利用。利用廢棄油脂制備捕收劑充分節(jié)約了石油資源，降低成本，提高產(chǎn)率，解決了環(huán)境問題。國內(nèi)外很多學(xué)者開辟了一條利用廢棄油脂制備煤泥浮選捕收劑的新道路。崔廣文等、楊建利等、李瓊等利用不同催化劑將地溝油進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)得到的產(chǎn)物與常規(guī)捕收劑相比，具有穩(wěn)定，分散性良好，用量較少，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
6 結(jié)語
新型浮選捕收劑種類繁多，各具特色，效果顯著，但也存在其局限性，提高煤種適用性及應(yīng)用普遍性是下一步研究重點(diǎn)。起泡劑作為重要浮選藥劑之一，多數(shù)為人工合成的醇類起泡劑，但種類較少，增加起泡劑種類，進(jìn)一步提高起泡劑性能是提高煤泥浮選效果的關(guān)鍵。復(fù)合藥劑兼具捕收和起泡雙重功能，提高其捕收、選擇性能，有效降低藥耗，是未來藥劑開發(fā)的重點(diǎn)。利用地溝油等廢棄油脂制備新型煤泥浮選捕收劑是近幾年國內(nèi)外學(xué)者開拓的一個(gè)新的研究方向，不僅節(jié)約了石油資源，解決了地溝油環(huán)境污染問題，還提高了精煤產(chǎn)率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但其大型工業(yè)化生產(chǎn)還有待解決。近年來，世界各國都在積極研制利用化工副產(chǎn)品來代替石油制品的浮選藥劑，以求降低成本，提高精煤產(chǎn)率；或加入表面活性劑，改善藥劑性能，降低藥耗。因此開發(fā)高性能、低成本、低消耗、綠色環(huán)保的新藥劑是浮選藥劑發(fā)展的重要方向。
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