药剂磁化处理对煤泥浮选效果影响的研究.pdf

第3 3 卷第3 期 2 0 0 4 年5 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 3N o ．3 M a y2 0 0 4 文章编号i 0 0 01 9 6 4 2 0 0 4 0 3 0 3 4 3 0 4 药剂磁化处理对煤泥浮选效果影响的研究 边炳鑫。2 一，陈清如t ，韦鲁滨4 1 ．同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室。上海2 0 0 0 9 2 } 2 ．苏州科技学院环境科学与工程重点实验室，江苏苏州2 1 5 0 1 1I 3 ．黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨1 5 0 0 2 7 I4 ．中国矿业大学化学与环境工程学院，北京1 0 0 0 8 3 摘要研究了磁化处理对浮选药剂性能和浮选效果的影响．结果表明经磁化处理后轻柴油的表 面张力和黏度分别降低了7 ．9 1 ％和1 3 ．6 6 ％，仲辛醇的表面张力和黏度分别降低了3 ．7 3 ％和7 ． 8 7 ％，磁化处理后轻柴油在煤表面吸附量增加幅度约为在煤矸石和黄铁矿表面吸附量增加幅度 的1 倍．磁化处理捕收荆、起泡荆对煤和煤矸石的可浮性均有影响，对煤的影响尤为显著．磁化处 理后水玻璃对煤矸石、黄铁矿的抑制效果增强，而对煤无明显影响． 关键词磁化处理} 煤泥浮选；表面张力；黏度 中图分类号T D9 2 3 ．7文献标识码；A R e s e a r c ho nC o a lS l i m eF l o t a t i o nU s i n gM a g n e t i z e dA g e n t s B I A NB i n g - x i n l 2 “．C H E NQ i n g - r u 4 。W E IL u b i n 4 1 ．S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fP o l l u t i o nC o n t r o la n dR e s o u r c eR e u s e tT o n g j iU n i v e r s i t y ，S h a n g h a i2 0 0 0 9 2 ，C h i n a ； 2 ．K e yL a b o r a t o r yo fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n go fH i g hS c h o o lo fJ i a n g s uP r o v i n c e ，S u z h o u2 1 5 0 1 1 ， C h i n a ；3 ．H e i l o n g j m n gI n s t i t u t eo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，H a r b i n1 5 0 0 2 7 tC h i n as4 ．S c h o o lo fC h e m i c a l ＆ E n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g 。C U M T ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t I n f l u e n c eo fm a g n e t i z a t i o nt r e a t m e n to fa g e n t so nm a g n e t i z a t i o na n df l o t a t i o nw a s r e s e a r c h e d ．T h er e s u l ts h o w st h a t1 t h eo u r f a c et e n s i o na n dv i s c o s i t ym a yd e c r e a s eb y7 ．9 1 ％a n d 1 3 ．6 6 ％f o rl i g h td i e s e lo i la n d3 ．7 3 ％a n d7 ．8 7 ％f o r2 - o c t y la l c o h o l ，r e s p e c t i v e l y ，a f t e r m a g n e t i z a t i o n ；2 t h ea d s o r p t i o nv o l u m eo fm a g n e t i z e dl i g h td i e s e lo i la n df r o t h i n ga g e n t so nc o a l s u r f a c ea n di st w i c eo ft h a to nc o a lg a n g u ea n dp y r i t e ．S ot h em a g n e t i z a t i o nt r e a t m e n tc a ni n f l u e n c e t h ef l o t a t i o no fb o t hc o a la n dc o a lg a n g u e ，w i t ht h ec o a li np a r t i c u l a r ．T h em a g n e t i z e ds o d i u m s i l i c a t eh a sa ni n t e n s i v ed e p r e s s i o ne f f e c to nc o a lg a n g u ea n dp y r k eb u tn oi n f u l e n c eo nc o a l ． K e yw o r d s m a g n e t i z e dp r o c e s s ；s l i m ef l o t a t i o n ；s u r f a e et e n s i o n ；v i s c o s i t y 煤泥浮选是基于在水中煤和矿物杂质对气泡 表面选择性的黏附，这种黏附作用决定于一定药剂 对煤和矿物杂质带有选择性的化学和物理吸附．这 些过程的最终目的是提高煤表面疏水性和煤在气 泡上黏着的牢固度，在矿浆中促使形成大量气泡而 上浮o ] ．浮选理论研究和生产实践早已充分证 明E 2 - 4 ] 浮选药剂对调节矿物的可浮性，提高气泡矿 化过程的选择性和浮选速度等方面都起着决定性 的作用．所以对浮选药剂的研究和选择有效方法提 高浮选药剂性能一直为人们所重视口_ B ] ．迄今为止 已试验研究过可以作为浮选药剂的化合物不下数 千种 约80 0 0 种以上 ，不过在生产实践中得到较 多应用的大约有1 0 0 种[ ⋯．通常，按照浮选药剂在 浮选过程中的作用，可分为捕收剂、起泡荆和调整 剂3 大类．我国煤泥浮选广泛采用煤油和轻柴油作 为捕收剂，醇类作为起泡剂，其中仲辛醇是我国煤 收稿日期，2 0 0 3 0 7 2 1 基金璜目，中嗣博士后科学基金项目 2 0 0 3 0 3 3 3 3 7 1 2 0 0 3 年江苏省高校自然科学研究计划项目 0 3 K ] B 4 4 0 1 3 3 作t 篱介边炳蠢 1 9 6 2 一 ，男，山东省泰安市人，同济大学教授，工学博士 博士后 ，从事固体废弃物处理与资源化方面的研究． 万方数据 3 4 4 中国矿业大学学报 第3 3 卷 泥浮选应用最广泛的一种起泡剂山_ 1 2 ] ．因此，本文 以轻柴油和仲辛醇为对象，研究浮选药剂磁化处理 的强化作用． 1 实验 1 ．1 矿样制备及浮选药剂 根据矿石可选性研究规定的纯矿物试样制备 方法o ⋯，依据煤岩学分析确定主要成分，选用相对 纯净的试样用以“单矿物”试验研究． 煤是以镜质组分为主的主焦煤，取自鞍山灵山 选煤厂跳汰块精煤，灰分为w 丸d 6 ．4 1 ％．黄铁 矿和煤矸石均取自灵山选煤厂矸石山．黄铁矿矿样 按一定流程分选、加工制备[ “1 ．煤矸石为手选大块 5 0 ～1 0 0r a m 泥质页岩，外观无明显黄铁矿嵌布， 灰分为W A “ 一8 0 ．6 2 ％．1 2 5 ～7 5p m 煤，7 5 ～4 5 p m 矸石和7 5 ～4 5 ／t m 黄铁矿分别用于单矿物浮 选矿浆制备和吸附量测定． 试验研究所用浮选药剂见表1 ． 裹1 试验研究所用浮选药剂 T a b l e1F l o t a t i o na g e n t si nt h ee x p e r i m e n t 药荆名称代号分子式纯度分子量产地 仲辛醇 c e n ，，O H 墨翥襞’矗翥毖蒿 轻柴油。号 C i s1 7 H 0 2 - s s 工业品 鑫霜厂 硅酸钠m 1 ．0 3N a 舯S i O9 H z O 分析纯2 8 42 2 蜜嘉华学 1 ．2 磁化装置及仪器 磁化装置结构如图1 所示 图1 磁化装置结构示意 F i g ．1 C o n s t r u c t i o no lm a g n e t i z a t i o ne q u i p m e n t 研究中应用的主要分析仪器见表2 ． 裹2 测试仪器 T a b l e2T e s td e v i c e s 用途 名称 囊号 精度生产厂家 雾驻蠢耍妒m 一- - 0 , 2 ％蓑蠢芦力测定测定仪 ～1 朋 仪器厂 黏度测定哈克黏度计R V 一1 0 0 - 4 - 0 ．1 ％H 德a 圉a k e 公司 吸附量测定分光光度计P E - - 5 8 9 0I 士o 。1A b s 轰群学 黯磐曩季警磐C T S z t 扎。盍薯蕞瑟度测定数字磁强计 ⋯⋯1 业有限公司 1 ．3 实验方法 矿物在浮选药剂溶液中对药剂吸附量的测定， 按照测定方式分为直接法和间接法[ 嘲．研究中采 用间接法．即吸附量由最初浓度和最终浓度差值确 定．取5 ．0g “单矿物”放人8 0m L 烧杯中，加入规 定浓度的初始药剂，矿浆体积为5 0m L ．然后搅拌 矿浆5r a i n ．悬浮液用离心机离心分离至上层澄清 为止，取一定量的上层澄清液作为待测液． 配制一系列标准浓度的药剂溶液用分光光度 计，确定峰位和峰面积，绘制成标准曲线．对处理过 的药剂溶液用分光光度计测定药剂溶液的吸光度 和透光率，再在标准曲线上对应查出溶液浓度，并 进行含量计算． 为了考察浮选药剂磁化处理后对“单矿物”浮 选效果的影响，浮选用水采用未磁化的蒸馏水，分 别用不同磁化条件下磁化处理的捕收剂，起泡剂进 行“单矿物”的浮选试验，并对煤，黄铁矿和煤矸石 用不同磁化处理条件下的万能调整剂水玻璃 用 量1k g ／t [ ”3 进行“单矿物”浮选试验．用在一定条 件下，磁化处理过的浮选药剂进行“单矿物”浮选试 验，简称为药剂磁化浮选试验． “单矿物”浮选试验采用6 0m L 挂槽浮选机， 矿浆浓度5 0g ／L ．通过探索性试验和磁化装置的 调节范围口“，确定药荆制度为捕收剂用量1 ．5 k g ／t ，起泡剂用量1 0 0g ／t ，药比为1 5 1 ，磁感应强 度B 为o ～o ．3 5 T ，磁化时间t 为o ～1 5 r a i n ，搅拌 转速M 为2 0 0r ／m i n ． 2 结果与讨论 2 ．1 磁化处理对浮选药剂性质的影响 2 ．1 ．1 药剂表面张力 在B 一0 ．2T ，”一2 0 0r ／r a i n ，室内温度为2 0 ℃条件下，对轻柴油和仲辛醇磁化处理5m i n 后， 进行四次平行测试，求得其表面张力系数7 的平均 值和误差，见表3 ． 裹3 轻柴油、仲辛醇褒面张力系数 T a b l e3S u r f a c et e n s i o Rc o e f f i c i e n to fl i g h t d i e s e lo i la n d2 - o e t y la l c o h o l 由表3 可知，轻柴油，仲辛醇的表面张力系数 万方数据 第3 期 边炳鑫等药剂磁化处理对煤泥浮选效果影响的研究 均比磁化前降低，其中轻柴油平均降低7 ．9 l ％，仲 辛醇的平均降低3 ．7 3 ％，说明磁化处理能够降低 浮选药剂的表面张力． 2 ．1 ．2 药剂黏度 在上述条件下，对轻柴油和仲辛醇磁化处理5 m i n 后，进行四次平行测试，得到黏度_ 的平均值 和误差，见表4 ． 表4 轻柴油、仲辛醇的黏度 T a b l e4 v i s c o s i t yo fl i g h td i e g e lo i la n d2 - O C t y la l c o h o l 由表4 可知，磁化处理后轻柴油和仲辛醇的黏 度均有所降低，其中轻柴油较磁化前降低了 1 3 ．6 6 ％，仲辛醇较磁化前降低了7 ．8 7 ％． 2 ．1 ．3 药剂在矿物表面吸附量 在上述条件下，测定了磁化后轻柴油在“单矿 物”表面的吸附量，结果见表5 ． 裹5 轻柴油在“单矿物”裹面的吸附■‘ T a b l e5 A d s o r p t i o no fl i g h td i e s e lo j lo i lt h es u r f a c e o fp u r em i n e r a l 吸附量／ m L g - 1 的平萄蔷中数据是对磁化前后轻柴油吸附量进行了十组平行测定 分析表5 数据得知，磁化处理后轻柴油在“单 矿物”煤、煤矸石、黄铁矿表面的吸附景均有所增 加，但煤表面吸附量增加幅度为5 4 ．6 1 ％，而煤矸 石和黄铁矿表面吸附量的只增加了1 8 ．6 3 ％和 2 6 ．7 6 ％． 2 ．2 磁化处理对浮选效果的影响因素 2 ．2 ．1 磁化时间 图2 a ，b 分别是用不同磁化时间磁化处理的起 泡剂或捕收剂或起泡剂和捕收剂同时磁化处理进 行煤和煤矸石的浮选试验结果． ii 缝三辫2 ～o ⋯⋯⋯喘 ‰d o l n a 】煤 k 护 嘞煤矸石 图2 磁化时间对煤和煤矸石浮选效果的影响 B 0 ．2T ，n 2 0 0r ／r a i n ，室内温度2 0 ℃ F i g ．2 I n f l u e n c eo fm a g n e t i z a t i o n t i m e0 nf l o t a t i o no fc o a la n dc o a lg a n g u e 由图2 可知，当浮选药剂磁化时间为t 3m i n 时，采用磁化浮选药剂，煤和煤矸石的上浮率均有 增加，但煤的上浮率增加的最大值达1 0 ．2 ％，远大 于煤矸石的最大上浮率3 ．1 ％ 这包了含煤矸石中 含有碳质矿物的因素 ，即浮选药剂磁化处理后对 煤的可浮性影响较大，而对煤矸石的可浮性影响较 小．对于煤的浮选，在同一磁化条件下，起泡剂和捕 收剂同时磁化煤的上浮率 只磁化捕收剂 只磁 化起泡剂．对于煤矸石则磁化起泡剂的上浮率 两 者都磁化处理 只磁化捕收剂． 图3 是用不同磁化条件下磁化处理的水玻璃 对煤，煤矸石，黄铁矿的抑制结果．图3 表明，水玻 璃磁化处理后对煤矸石和黄铁矿的抑制效果明显 增强，煤矸石的上浮率由未磁化处理的6 ％基本降 到接近0 ．黄铁矿的上浮率也由未磁化处理的4 8 ％ 降到3 8 ％．而磁化时间f 一7m i n 时达到最佳抑制 效果，磁化时间进一步加长抑制效果基本没有变 化．但是对煤的浮选效果磁化处理前后基本相同． 兰 ，5 。5 瑶4 5 蕃4 0 罄“ 。1 2 。 ；i f ．√“ 图3 磁化时间对煤矸石和黄铁矿的抑制效果的影响 佃 0 ．2T ，H 2 0 0r ／r a i n ，室内温度2 0 X 2 F i g - 3I n f l u e n c eo fm a g n e t i z a t i o nt i m eo i l d e p r e s s i o nr e s u l to fc o a l ，c o a lg a n g u ea n dp y r i t e 2 ．2 ．2 磁感应强度 图4 a ，b 分别是在不同磁感应强度条件下磁化 处理起泡剂，捕收剂进行煤和煤矸石的浮选试验结 果． 万方数据 3 4 6中国矿业大学学报 第3 3 卷 7 6 兰他 建6 8 _ 6 4 6 0 口／T 0 媒 圈4 磁感应强度对煤及煤矸石浮选效果的影响 0 7r a i n ，n 2 0 0r ／r a i n ．室内温度为2 0 ℃ F i g ．4 I n f l u e n c eo fm a g n e t i z a t i o ni n t e n s i t yo nc o df l o t a t i o n 从图4 看出，随着占的增加，采用磁化药剂煤 和煤矸石的上浮率单调上升，但煤上浮增加值大于 煤矸石上浮率的增加。而且当B 0 ．2T 后，增加 速度变缓，同时上浮率出现波动． 图5 是不同磁感应强度对水玻璃进行磁化处 理后的抑制结果．在磁感应强度较低的条件下水玻 璃的抑制效果基本无变化，当B 0 ．1T 时随着B 的增加，煤，煤矸石，黄铁矿的上浮率均单调下降， 但煤的下降幅度较小，煤矸石和黄铁矿明显． 1 0 B 鋈 嚣 6 囊 一i 蛩 0 0 00 50 10 ．1 502 02 50 ．3 0 ．，5 日，T 图5 磁感应强度对煤．煤矸石和黄铁矿的抑制效果 “一7r a i n ，“ 一2 0 0r ／r a i n ，室内温度为2 0 ℃ F i g ．5 d e p r e s s i o nr e s u l to fm a g n e t i z a t i o ni n t e n s i t y t oc o a l ，c o a lg a n g u ea n dp y r i t e 3 结论 1 磁化处理后轻柴油的表面张力和黏度分别 降低了7 ．9 1 蹦和1 3 ．6 6 ％，仲辛醇的表面张力和粘 度分别降低了3 ．7 3 “和7 ．8 7 ％． 2 磁化处理后轻柴油在“单矿物”表面的吸附 量增加，但在煤表面吸附量增加幅度约为在煤矸石 和黄铁矿表面吸附量增加幅度的1 倍． 3 磁化处理起泡荆、捕收剂对煤和煤矸石的 可浮性均有影响，对煤的影响较煤矸石显著． 4 磁化处理后水玻璃对煤矸石、黄铁矿的抑 制效果增强，而对煤无明显影响；随着磁化时同和 磁感应强度的增加，磁化效应也加大；但当f 和B 达到一定值0 7m i n ，B 一0 ．2 ～o ．2 5T 后，变化 幅度减缓． 参考文献 b 煤矸石 格列姆博菠基B A ．浮选过程物理化学基础[ M ] ．郑 飞译．北京冶金工业出版社，1 9 8 5 ． 胡岳华．王淀佐．矿物加工学科的发展历史、现 状与未来D ] ．矿冶工程，1 9 9 9 ，1 9 1 3 - 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