变性淀粉对煤泥浮选作用的研究

张 宁 宋书宇 郭 坤 赵文婷 樊民强

(太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024)

★煤炭科技·加工转化★

变性淀粉对煤泥浮选作用的研究

张 宁 宋书宇 郭 坤 赵文婷 樊民强

(太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024)

以乙酰化己二酸双淀粉、阳离子淀粉醚、辛烯基琥珀酸淀粉钠、羟丙基淀粉醚、羟丙基磷酸双淀粉和氧化淀粉这6种不同性质的变性淀粉作为调整剂,对两种不同的煤样进行浮选试验,分别对精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分和浮选完善指标进行分析对比。浮选试验结果表明,阳离子淀粉醚能够提高精煤产率,略微提高精煤灰分,对煤泥浮选具有明显的促进作用;氧化淀粉能够降低精煤产率,降低精煤灰分,对煤泥浮选具有选择性抑制效果。

变性淀粉 调整剂 浮选 煤泥

1 引言

淀粉是一种可再生的天然有机高分子聚合物,其廉价、无毒和易生物降解的性质使得其在许多行业都得到了广泛的应用。淀粉作用于矿物表面后可使矿物表面亲水,对矿物表面已吸附的捕收剂有掩盖屏蔽的作用。此外,淀粉对悬浮物有凝聚的作用,因此淀粉常作为抑制剂和选择性絮凝剂应用于选矿领域。

淀粉分子中含有糖苷键和易于发生化学反应的羟基,所以淀粉能和许多物质发生化学反应。天然淀粉经化学、物理和生物等方法处理改变了淀粉分子中某些D－吡喃葡萄糖单元的结构,同时也不同程度地改变了天然淀粉的物理和化学性质,经过这种变性处理的淀粉通常称为变性淀粉或淀粉衍生物。变性淀粉与天然淀粉相比具有更多优良的性质,其种类繁多并广泛应用于食品、纺织、矿业、化工、造纸、医疗和其他许多行业。变性淀粉在选矿领域得到了广泛地应用,在选煤方面也取得了一些进展。

相关专家对比了变性淀粉、水玻璃、六偏磷酸钠和羧甲基纤维素钠4种抑制剂对高灰煤泥的抑制效果,结果表明变性淀粉降低精煤灰分的效果是几种抑制剂中最为明显的,当其用量为1000 g/t时,可以将精煤灰分降低到8.70%,与空白试验相比较下降了1.6个百分点,且精煤产率仅仅下降了5个百分点;有的专家使用变性淀粉作抑制剂,当用量为1000 g/t时,精煤产率为69.20%,精煤灰分从12.09%降为10.53%,抑制高灰矿物效果明显;还有专家认为,淀粉会与粘土类矿物表面的金属离子及氧离子通过化学键合或氢键发生吸附,进而对粘土类矿物起到抑制作用。

变性淀粉的种类繁多,不同的变性淀粉对煤泥浮选的作用也有所差异,研究和发现不同变性淀粉对煤泥浮选作用的影响对于煤泥浮选有着积极的作用。本文选取了6种变性淀粉作为煤泥浮选的调整剂,研究其对煤泥浮选作用的影响。

2 试验与方法

2.1 煤样

本试验选用的两种煤样,一种采自位于山西静乐县大远煤矿选煤厂的入洗原煤,属1/3焦煤,灰分为22.50%左右,标记为A;另一种采自沁源的氧化煤泥,灰分为21.00%左右,标记为B。两种煤样粒度级均低于0.5 mm。

2.2 药剂

浮选试验使用的捕收剂为纳尔科N88002,起泡剂为仲辛醇,调整剂为6种变性淀粉,变性淀粉信息见表1。

表1 变性淀粉信息

由表1可见,乙酰化己二酸双淀粉是由醋酸酐和己二酸酐与淀粉进行酯化反应制得的产物;阳离子淀粉醚是由阳离子试剂叔胺盐在一定条件下与淀粉反应制得的产物;辛烯基琥珀酸淀粉钠由辛烯基琥珀酸酐与淀粉经酯化反应制得,通常以淀粉钠的形式出现;羟丙基淀粉醚是在碱性条件下由淀粉与环氧丙烷作用制得;羟丙基磷酸双淀粉是在碱性条件下,先由淀粉与环氧丙烷作用达到一定醚化度,然后加入六偏磷酸钠作为交联剂进行交联反应而制得;氧化淀粉是在碱性条件下,由氧化剂次氯酸钠与淀粉作用制得。

2.3 煤泥浮选试验

煤泥浮选试验采用XFDⅣ型充气单槽浮选机,主轴转速为1800 r/min,充气量为1.33 L/min,浮选槽容积为1.5 L,矿浆浓度为100 g/L,浮选试验流程图见图1。

图1 浮选试验流程图

由图1可见,加入煤样搅拌2 min后加入变性淀粉,1 min后加入捕收剂纳尔科N88002,1 min后加入起泡剂仲辛醇,10 s后开始刮泡,持续刮泡3 min后结束。

3 结果与讨论

对于煤样A,固定捕收剂和起泡剂的用量分别为400 g/t和40 g/t;对于煤样B,固定捕收剂和起泡剂的用量分别为533 g/t和53.3 g/t。本试验采用变性淀粉作为调整剂,其用量为0 g/t时作为对照组,改变其用量分别为100 g/t、300 g/t和500 g/t。

根据试验数据绘制了6种变性淀粉的用量与精煤产率、精煤灰分、尾煤灰分以及浮选完善指标的关系图分别见图2～图5,并测定了2种煤样在添加变性淀粉前后煤粒表面电位的变化见图6。

3.1 变性淀粉对精煤产率的影响

变性淀粉对精煤产率的影响见图2。

由图2(a)可见,对于煤样A,1号、2号和4号变性淀粉在不同用量的下都会增加精煤产率; 5号和6号变性淀粉对精煤产率呈减小的趋势,药剂用量越大,减小精煤产率的作用越明显;3号变性淀粉对精煤产率则基本没有影响。

由图2(b)可见,对于煤样B,1号、2号和5号变性淀粉在低药剂用量的情况下增加精煤产率,高药剂用量的情况下减小精煤产率,其中5号作用最为明显;6号变性淀粉随着药剂用量的增加,精煤产率逐渐降低;3号和4号变性淀粉对精煤产率的影响不明显。

图2 变性淀粉对精煤产率的影响

3.2 变性淀粉对精煤灰分的影响

变性淀粉对精煤灰分的影响见图3。

图3 变性淀粉对精煤灰分的影响

由图3(a)可见,对于煤样A,1号、2号和4号变性淀粉随着药剂用量的增加,精煤灰分逐渐增加;3号变性淀粉随着药剂用量增加,精煤灰分先增加后略有降低;5号变性淀粉随着药剂用量的增加,精煤灰分先增加后趋于稳定;6号变性淀粉随着药剂用量的增加,精煤灰分呈逐渐降低的趋势,降低趋势较为平缓。6种药剂中,只有6号变性淀粉的加入可以使得精煤灰分低于对照组,实现了降低精煤灰分的作用。

由图3(b)可见,对于煤样B,1号和2号变性淀粉用量为100 g/t时,灰分增长较大,随着药剂用量的增大,灰分略微降低;3号变性淀粉随着药剂用量增大灰分先增加后减小;4号变性淀粉随着药剂用量增大灰分增加后趋于平缓;5号变性淀粉随着药剂用量的增加,灰分呈先增加后降低的趋势,用量在500 g/t时,精煤灰分低于对照组;6号变性淀粉随着药剂用量的增加,精煤灰分呈逐渐降低的趋势。由此可见,6号变性淀粉的加入实现了降低精煤灰分的作用。

3.3 变性淀粉对尾煤灰分的影响

变性淀粉对尾煤灰分的影响见图4。

由图4(a)可见,对于煤样A,1号和2号变性淀粉在不同用量情况下,尾煤灰分均高于对照组;3号、4号、5号和6号变性淀粉在低药剂用量的情况下,尾煤灰分均高于对照组,随着药剂用量增加,尾煤灰分总体呈降低趋势,6号变性淀粉的降低趋势最为明显。

由图4(b)可见,对于煤样B,在低药剂用量的情况下,除了3号变性淀粉外,各变性淀粉尾煤灰分均高于对照组尾煤灰分,其中2号和5号变性淀粉提高尾煤灰分最为明显;随着药剂用量的增加,尾煤灰分均有所降低,其中5号和6号变性淀粉降低尾煤灰分最为明显;3号变性淀粉只在用量为300 g/t时略微提高尾煤灰分,其对尾煤灰分作用不明显。

3.4 变性淀粉对浮选完善指标的影响

变性淀粉对浮选完善指标的影响见图5。

由图5(a)可见,对于煤样A,在低药剂用量的情况下,1号、3号和6号变性淀粉的浮选完善指标高于对照组,2号和4号变性淀粉略低于对照组;在高药剂用量情况下,只有6号变性淀粉的浮选完善指标略低于对照组,其他各变性淀粉均明显低于对照组,5号变性淀粉在各药剂用量情况下,浮选完善指标均低于对照组。

由图5(b)可见,对于煤样B,在低药剂用量的情况下,2号、4号、5号和6号变性淀粉的浮选完善指标高于对照组,1号和2号变性淀粉略低于对照组;在高药剂用量情况下,1号、2号和4号变性淀粉的浮选完善指标接近于对照组,3号、5号和6号的浮选完善指标远低于对照组。

图4 变性淀粉对尾煤灰分的影响

图5 变性淀粉对浮选完善指标的影响

3.5 Zeta电位的测定

Zeta电位的测定可以检测出A煤样和B煤样在加入各种变性淀粉前后煤粒表面电位的变化,测定矿浆p H值为6.75,不考虑煤泥变化引起矿浆p H值的微弱变动,假设其保持不变,得出不同变性淀粉作用下煤粒表面电位图见图6。

图6 不同变性淀粉作用下煤粒表面电位图

由图6可见,各变性的淀粉的加入降低了煤粒表面的电位的绝对值,使其更接近等电点,其中2号变性淀粉使得煤粒表面电位降幅最大。添加各变性淀粉后的煤粒,表面电位降幅与药剂用量为300 g/t时,两种煤样精煤产率总体上呈正相关关系。

3.6 药剂作用总结

(1)1号变性淀粉用量适当可提高精煤产率,提高尾煤灰分,但精煤灰分提高过多,添加该药剂对煤泥浮选影响没有意义。

(2)2号变性淀粉可提高精煤产率,略微提高精煤灰分,提高尾煤灰分,适当用量浮选完善指标可高于对照组,促进了煤泥浮选。由于煤粒表面带有负电荷,阳离子淀粉发生吸附于煤粒表面,煤粒表面电位大幅降低,水化作用减弱,水化层变薄,提高了矿物表面疏水性和可浮性。

(3)3号变性淀粉的加入对精煤产率影响不大,精煤灰分略有增加,尾煤灰分影响不大,添加该药剂对煤泥浮选影响没有意义。

(4)4号变性淀粉的加入虽然可略微提高精煤产率,但使精煤灰分提高较多,提高尾煤灰分不明显,浮选完善指标单调下降,添加该药剂对煤泥浮选有害无利。

(5)5号变性淀粉的加入使得低精煤产率降低,但降精煤灰分不明显,而浮选完善指标单调下降,即对煤泥的选择性差,添加该药剂对煤泥浮选有害无利。

(6)6号变性淀粉的加入使得精煤产率降低,精煤灰分降低,浮选完善指标随药剂用量增加而略有增加,对于煤泥浮选是一种良好的选择性抑制剂。氧化淀粉分子中存在大量亲水的含氧官能团,它吸附于煤煤泥表面之后,降低了其可浮性,从而抑制了煤泥的浮选。

4 结论

(1)乙酰化己二酸双淀粉、辛烯基琥珀酸淀粉钠、羟丙基淀粉醚和羟丙基磷酸双淀粉使得精煤产率过分降低或者精煤灰分提高过多,它们的加入对于煤泥浮选有害无利,不宜作为煤泥浮选的调整剂。

(2)阳离子淀粉醚提高精煤产率,略微提高精煤灰分,提高尾煤灰分,适当用量能够促进煤泥浮选,可作为难浮煤泥的促进剂。

(3)氧化淀粉能够降低精煤产率、尾煤灰分和精煤灰分,浮选完善指标随药剂用量增加而略有增加,可作为高灰煤泥选择性抑制剂。

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(责任编辑 王雅琴)

Research on effects of modified starch in coal slime floatation

Zhang Ning,Song Shuyu,Guo Kun,Zhao Wenting,Fan Minqiang
(College of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan,Shanxi 030024,China)

By using six different types of modified starchs as regulators:acetylated distarch adipate,cationic starch ether,starch sodium octenylsuccinate,hydroxypropyl starch ether, hydroxypropyl distarch phosphate and oxidized starch,the authors conducted select floatation experiments for two different coal samples and also analysed and compared the cleaned coal yield, cleans ash,tailing ash and improved floatation index.The result showed that the cationic starch ether could increase cleaned coal yield and slightly increase cleans ash,obviously promote coal slime floatation;and the oxidized starch could decrease cleaned coal yield and cleans ash,and had a selectively depressant effect on coal slime floatation.

modified starch,regulator,flotation,coal slime

TD943.14

A

张宁(1988－),男,山西阳泉人,在读硕士,主要从事煤泥浮选药剂的研究。