含复式非极性基团浮选药剂研究

D0I:10.13374/j.issm1001053x.2002.01.031 第24卷第1期 北京科技大学学报 VoL.24 No.1 2002年2月 Journal of University of Science and Technology Beljing Feb.2002 含复式非极性基团浮选药剂研究 张景来)吕朝晖)王剑波到 1)北京科技大学土木与环境工程学院北京1000832)中国煤炭进出口总公可，北京1000733)准南工业学院安徽准南232001 清要首次采用复式非极性分子做起泡剂兼神收剂，浮选平顶山及开滦赵各庄煤样，浮选剂 用量低，浮选效果良好，同时测量了该药剂分子在煤粒表面的吸附热及吸附的红外光谱，用量 子化学方法研究了药剂的作用原理，并建立了吸附模型. 关慵词煤浮选：选择性吸附；复式非极性分子 分类号TD923.1 煤炭浮选很多采用捕收剂兼起泡剂的复合 在使用药剂；(3)赵各庄矿选煤厂现在使用药剂. 药剂，此类药剂均是将捕收剂和起泡剂混合 煤样：赵各庄选煤厂浮选人料，要求精煤灰 以获取浮选效果，其作用原理与捕收剂和起泡 分低于12.0%；平顶山选煤厂浮选人料，要求精 剂单独使用相同，两者仅仅是单纯的物理混 煤灰分低于10.0%. 合.本实验采用单个分子BTE,该分子既含有捕 浮选机：XFD挂槽浮选机(1L). 收剂的结构成分，也含有起泡剂的结构成分，在 浮选浓度：100g/L(平顶山)；120gL(赵各庄). 浮选过程中兼具捕收和起泡2种作用. 实验表明（见表1）BTE对2种煤的浮选具 有明显的节油降灰作用，对赵各庄煤样浮选，当 1实验 BTE用量在80g时即超过赵各庄现场药剂500 gt时的产率指标，灰分相同.同样对平顶山煤 药剂：(1)BTE药剂；(2)平顶山市选煤厂现 样，BTE用量在500gt,达到现场药剂的在1000 表1平顶山和赵各庄煤牌及其浮选实险结果 Table 1 Experimental results of Pingdingshan and Zhaogezhuang coal sample 项目 赵各庄现场药剂用量gt'赵各庄BTE用量g'平顶山现场药剂用量/gt平顶山BTE用量gt 700600500400200150100801000900800700500400300200 精煤产率61.0155.4149.2745.4391.3590.7463.6758.0186.6284.9682.7778.9386.9885.7683.2380.09 1%灰分12.7112.2311.9611.6016.4416.1112.9011.96110.019.859.669.4010.039.819.709.41 尾煤产率35.5632.5330.9129.488.659.2636.3341.9913.3815.3117.2321.0713.0214.2416.7719.91 /%灰分213021.2821.5721.3569.2768.8835.7933.6155.3652.2447.1941.5356.7256.1547.1544.17 人料灰分/% 21.0120.9921.2121.0516.0816.3416.1216.1616.1016.1415.9816.33 的产率指标，而灰相近.从以上结果看BTE2 机理研究 药剂有明显的选择性优势.这可以从其在煤表 面的润湿热看出（表2）.另外，浮选尾矿水经气 药剂分子在煤粒表面的吸附牢固性可用润 相色谱分析，未检出BTE分子. 湿时间x具体表示周.τ值越大，吸附越牢固. 表2药剂在煤表面的和湿热 t=toe弟 (1) Table 2 Wetting heat of reagent on the coal surface J/g 式中，为与矿物颗粒表面的分子或原子沿矿粒 润湿剂 平顶山主焦煤 赵各庄肥煤 表面垂直方向振动周期有关的常数；R为气体常 O柴油 1.793 3.703 数；T为润湿热力学温度；2为润湿热 BTE 2.240 3.921 由表2中数据可看出，BTE在煤表面的润 收稿日期200103-21 张景来男，40岁，刷救授，博士 湿热2大于O号柴油在煤表面的润湿热Qo,按

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 州 二 卜 盯 幼 饭 含复式非极性基 团浮选药剂研究 张景来 ‘， 吕朝晖 ” 王剑波 ” 北京科技大学土木 与环境工程学院 七京 中国煤炭进出口 总公司 ， 北京 淮南工业学院 安徽淮南 摘 要 首次采用复式非极性分子做起泡剂兼撒收剂 ， 浮选平顶 山及开滦赵各庄煤样 ， 浮选剂 用 量低 ， 浮选效果 良好 同时测 了该药剂分子在煤粒表面 的吸附热及 吸附的红 外光谱 ， 用 量 子化学方法研究了药剂的作用原理 ， 并建立 了吸附模型 关 词 煤浮选 选择性 吸附 复式非极性分子 分 类号 煤炭浮选很多采用捕收剂兼起泡剂的复合 药剂 ‘卜，， 此类药剂均是将捕收剂 和起泡 剂混合 以 获取浮选效果 ， 其作用原理与捕收剂和起泡 剂单独 使用相 同“ ， 两 者仅仅是单纯 的物理混 合 本实验采用单个分子 ， 该分子 既 含有捕 收剂的结构成分 ， 也含有起泡剂的结构成分 ， 在 浮选过 程 中兼具捕收和起泡 种作用 实验 药剂 药剂 平顶 山市选 煤厂现 在使用药剂 赵各庄矿选煤厂现在使用药剂 煤样 赵各庄选煤厂 浮选人料 ， 要求精煤灰 分低于 平顶 山选煤厂 浮选人料 ， 要求精 煤灰分低于 · 浮选机 挂槽浮选 机 浮选浓度 叭 平顶 山 叭 赵各庄 实验表 明 见表 对 种煤的浮选 具 有 明显 的节油 降灰作用 ， 对赵各庄煤样浮选 ， 当 用量在 幼时 即超过赵各庄 现场药剂 时的产率指标 ， 灰分相同 同样对平顶 山煤 样 ， 用 量在 叭 ， 达 到现场药剂的在 裹 平顶 山和赵各庄煤样及 其浮选实脸结 加 碑 饭 抽留山 翻摇 二姆 皿性 冰 项 目 赵各庄现场药剂用 · 一 ’ 赵各庄 用且 · 一 ’ 平顶山现场药剂用趁 · 一 ’ 平顶山 用 · 一 ， 以】 精煤 产率 灰分 尾煤 产率 灰分 人料灰分从 ， ‘ ‘ 一” 乙， 郎 的产 率指标 ， 而灰相 近 从 以上结果 看 药剂 有 明显 的选 择性优 势 这 可 以 从其在煤表 面 的润湿热看 出 表 另外 ， 浮选尾 矿 水经气 相 色谱分析 ， 未检 出 分子 裹 药荆在煤衰面的润湿热 介 七 七 作 一 一 南 润湿剂 一柴油 平顶山主焦煤 赵各庄肥煤 收稿 日期 一 一 张景来 男 岁 ， 副教授 ， 博士 机理研究 药剂分子在煤粒表面的吸 附牢固性可用 润 湿时 间 具体表示 ‘ 值越大 ，吸 附越牢 固 一 务 式中 ， 为与矿物颗粒表面的分子或原子沿矿粒 表面垂直方向振动周期有关的常数 为气体常 数 为润 湿热力 学温度 为润 湿热 由表 中数据 可看 出 ， 在煤表面 的 润 湿热 。 大 于 创号柴油在煤表面 的润湿热 ， 按 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．01．031

VoL24 No.1 张景米等：含复式非极性基闭浮选药剂研究 9 (1)式，Q>Q时，t>t,显然BTE在煤表面吸附 柴油： 更牢固.从能量降低原则看，BTE在煤表面吸附 放热量较大，其体系应更稳定，吸附更牢固. BTE: 从BTE在煤上吸附的红外光谱（图1、图2） RO—R 上看，BTE在煤粒表面上的吸附都未见任何峰 -R-OR (基团)的位移，因而可以认为BTE在煤表面吸 图3药剂分子结构 附为物理吸附.产生吸附差距的原因有两点. Fig.3 Molecule structure of reagent 0.4 0.3 0.2 5060 (a)Wender煤结构模型(b)量子化学计算的空间结构 图4煤的优化空间构型 0.1 Fig.4 Optimum stereoscopic structure of coal 0 4 3.532.521.751.51.251.00.750.5 波数10°.cm1 气泡 图1药剂BTE红外光谱 Fig.1 Infrared absorption spectrum of reagent BTE 非极性基 1.50 极性基 1.25 非极性基 1.00 0.75 蜡 煤的表面 泗0.50 图5药剂在煤表面的吸附模型 0.25 Fig.5 Absorption model on the coal surface of reagent 0 3.532.521.751.51.251.00.750.5 泡上而不致脱落，其在矿浆中的排列可以认为 波数10'.cm 图2药剂BTE吸附在煤上的红外光谱与煤的红外光谱 呈图5所示状态.药剂分子中CH,CH,O一基团 的差谱 作为起泡剂，使形成的气泡易于存在，而BTE的 Fig.2 Difference spectrum between the IR of coal and IR 另一端次苯基作为捕收剂吸附在煤粒表面.BTE on the coal surface of reagent 分子既是起泡剂，又是捕收剂，这与传统上的煤 (1)吸附活性基团.当柴油在煤表面作为捕 吸附捕收剂后粘附在气泡上的结构形式有很大 收剂铺展时，由于柴油链烃在空间上不是一个 区别.表现为：1)起泡剂部分与捕收剂在结构上 线状分子，而呈锯齿状（见图3），因而一个链烃 属于一体；2)一部分煤颗粒不直接接触气泡的 分子上只有一部分碳原子吸附在煤粒表面，另 表面，而通过药剂分子链粘附在气泡上；3)避开 外一些碳原子伸向水体，这部分碳原子往往在 气泡表面与煤粒表面静电排拆的势能，即避开 搅拌存在下还会受到外力的作用，而产生不稳 了阻碍煤粒与气泡相互接近和附着的势垒.在 定的因素.相反，BTE中捕收成分被认为是⊙ 实际浮选效果上，表现为煤泥浮选的选择性和 部分.⊙在空间上是一个平面结构，为此，对煤 精煤产率均有所提高 的空间结构也进行了量子化学计算.计算表明 煤在空间上也呈平面状结构（见图4），因而药剂 3结论 中⊙可以很好地与煤分子吸附在一起.从相似 (I)BTE作为兼具捕收与起泡作用的单一 相溶的观点看，BTE中苯环结构与煤的单元结 药剂分子，具有良好选择性，是细粒煤浮选的优 构相似，分子间范德华力大小相近，而柴油中的 良促进剂，与传统药剂相比可明显改善浮选指 链烃与煤分子结构则有一定差距，因而煤更易 标； 于同BTE中的苯环接近，表现出良好的选择性 (2)使用BTE较传统药剂节油50%~90%以 (2)药剂吸附方式.由于捕收剂与起泡剂在 上； 结构上属于一体，BTE可以很牢固地吸附在气 (3)建立了BTE药剂在煤粒表面吸附模型

·10 北京科技大学学报 2002年第1期 解释了吸附机理； 4 Yancey H F,Taylor J A.Froth Flotation of Coal:Sulfur (4)BTE药剂性能稳定，常温下不分解.浮选 and Ash Reduction [R].Report of Investigation No. 尾矿水经气相色谱分析，未检出BTE存在，故 RI3263,U S Bureau of Mines,1995 5 Raleigh C E,Aplan F F.The Effect of Feed Particle Size 使用BTE对环境没有污染. and Reagents on Coal-Mineral Matter Selectivity During 参考文献 the Flotation of Bituminous Coal[C].[In:]SME Annual Meeting,Salt Lake City,Preprint No.90-118,1990 】刘国强.浮选药剂现状及发展方向[.选煤技术，1994 6葡用康.煤泥的浮选M.北京：煤炭工业出版社，1983 (3):26 7陶著煤化学[M.北京：冶金工业出版社，1984 2朱玉霜.FX-127浮选药剂浮选煤泥试验研究[小.选煤 8格列姆茨基BA著，郑飞译.浮选过程物理化学基础 技术，1993(5)：19 M.北京：冶金工业出版杜，1985 3安征.FJ系列煤用浮选剂的研究与应用[J).煤炭科学 9张景来.煤表面与高分子作用机理的量子化学研究 技术，1995(6)：10 []北京科技大学学报，2001,23(2)：6 Study on Flotation Reagent of Multi-non-polar Radical Compound ZHANG Jinglai",LU Zhaohut,WANG Jianbo" )Civil and Environmental School,UST Beijing,Beijing 100083,Chin 2)China National Coal Industry Inport and Export Group Cooperation, Beijing 100073,China 3)Coal Water Slurry Engineering Technology Research Center,Beijing 100013,China ABSTRACT A compound used as the collector and bubbler in coal flotation was developed.This flotation reagent has more effective selectivity.Compared with the conventional flotation reagents,the new flotation re- agent is quite obvious to decrease the ash content of fine coal,and effective to save oil.A new sort of absorbing model was introduced.It is different from conventional model and the selectivity of the new kind of reagent was explained by this model. KEY WORDS coal flotation;selectivity;multi-non-pplar radical compound

北 京 科 技 解释 了吸 附机理 药剂性能稳定 ， 常温下不 分解 浮选 尾 矿水经气相色谱分析 ， 未检 出 存在 ， 故 使用 对环境没有污染 参 考 文 献 刘国强 浮选药剂现状及发展方向 选煤技术 ， 朱玉霜 浮选药剂浮选煤泥试验研究 选煤 技术 ， 安征 系列煤用浮选剂的研究与应用 煤炭科学 技术 ， 大 学 学 报 年 第 期 ，介 佃 】 助 班 ， 比 ， 助 ， 耐 窃 一 切旧 加 卫 协 ， ， 传 一 ， 简用康 煤泥的浮选 北京 煤炭工业出版社 ， 陶若 煤化学【 北京 冶金工业 出版社 ， 格列姆茨基 著 ， 郑飞译 浮选过程物理化学基础 【 北京 冶金工业 出版社 ， 张景来 煤表面与高分子作用机理 的最子化学研究 北京科技大学学报 ， ， 一 一 从祖刀 多随 ’ ， 助 加巴 洲刃 衣 刃 明 ， ， 德 朋 甲 沐 ， ， 叮 沁 介 份 ， ， ， ， 鸭 月池 一 一