我國(guó)煤泥浮選劑應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

煤泥浮選是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，浮選效果受多種因素影響，包括煤泥性質(zhì)、浮選工藝、設(shè)備性能、藥劑種類、入浮濃度、操作水平等。浮選劑能夠有效改善煤泥浮選體系中的固、液、氣三相性質(zhì)，通過(guò)浮選劑的作用，可使不易浮煤粒變得易浮，使易浮煤粒變得更加易浮，進(jìn)而提高浮選選擇性，改善煤泥浮選效果。浮選劑對(duì)浮選效果有著直接影響，浮選劑種類較多，選煤廠常用的是捕收劑和起泡劑。對(duì)于特殊煤質(zhì)的煤泥，則需要添加調(diào)整劑等。針對(duì)捕收劑和起泡劑，我國(guó)科研技術(shù)人員從多個(gè)方面進(jìn)行了研究，也取得了積極作用?；趯?duì)我國(guó)捕收劑、起泡劑的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，預(yù)測(cè)了這兩類藥劑的發(fā)展趨勢(shì)，以助力于捕收劑、起泡劑的性能提升和煤泥浮選效果的改善。

在煤泥浮選過(guò)程中捕收劑的作用是提高煤粒的疏水性，進(jìn)而使煤粒更加牢固的粘附在氣泡表面。大多數(shù)捕收劑分子由疏水基團(tuán)和親水基團(tuán)兩種基團(tuán)組成，在捕收劑分子作用過(guò)程中，親水基團(tuán)粘附在煤粒表面，疏水基團(tuán)朝向水體排列，以提高煤粒的疏水性。

根據(jù)捕收劑分子在水中解離后的離子類型劃分，浮選生產(chǎn)中常用的捕收劑可以分為離子型和非離子型兩種，離子型捕收劑又可細(xì)分為陰離子型、陽(yáng)離子型、雙離子型。非離子型烴類油是生產(chǎn)中廣泛使用的捕收劑，尤其是煤油、輕柴油，其用量占捕收劑用量的80%～90%；頁(yè)巖柴油、燃料油和氣冷凝油等石化副產(chǎn)品及人工合成產(chǎn)品也有應(yīng)用。由于煤油、輕柴油等捕收劑存在技術(shù)缺陷，為進(jìn)一步提高煤泥浮選效果，我國(guó)科研人員對(duì)其結(jié)構(gòu)類型、添加方式進(jìn)行了優(yōu)化，甚至研制出性能更好的替代產(chǎn)品。

1.1.1 煤油

煤油是石油裂解時(shí)的餾分產(chǎn)物，屬于輕質(zhì)石油產(chǎn)品的一類，其主要組分是C11—C16的烷烴物質(zhì)。煤油純品為無(wú)色透明液體，含有雜質(zhì)時(shí)呈淡黃色，不溶于水，易溶于醇和其它有機(jī)溶劑。在芳香類物質(zhì)含量較少時(shí)，煤油只表現(xiàn)出捕收性能；在芳香類物質(zhì)含量較多時(shí)，煤油兼具捕收性能和起泡性能。

因煤油在市場(chǎng)上容易獲得，加之價(jià)格較為低廉，在我國(guó)浮選生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。但煤油捕收性能較差，以其作為捕收劑時(shí)藥劑用量偏大。由于原煤煤質(zhì)存在差異，煤泥浮選時(shí)采用煤油作為捕收劑的用量不同，每噸干煤泥的用量在1～2kg之間，而煤油用量偏大時(shí)消泡作用顯著。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐，一般情況下，煤油的捕收性能和選擇性優(yōu)于輕柴油，其適合作為易浮煤泥、中等可浮煤泥的捕收劑。

采用傳統(tǒng)方式添加煤油時(shí)藥劑用量偏高，但煤油經(jīng)過(guò)乳化、磁化等方式處理后，藥劑用量有所下降，煤泥浮選效果轉(zhuǎn)好，這與捕收劑表面性質(zhì)變化有關(guān)。

1.1.2 輕柴油

輕柴油是密度較小的一類柴油，主要成分為C15—C18的烷烴物質(zhì)，還含有少量的硫、氮、氧有機(jī)化合物及金屬化合物。與煤油的成分相比，輕柴油的成分波動(dòng)更大，尤其是芳烴成分含量，因此輕柴油的穩(wěn)定性較差。由于輕柴油中的芳烴含量較高，且其中經(jīng)常夾雜有表面活性物質(zhì)，因此其活性有時(shí)高于煤油，但其浮選選擇性偏差。

煤泥浮選中常以0號(hào)或10號(hào)輕柴油作為捕收劑，由于原煤種類和煤化程度存在差異，每噸干煤泥的輕柴油用量在1～3kg之間，且與活性劑和起泡劑的用量有關(guān)。以輕柴油作為捕收劑時(shí)，其易在水中分散，分散后的油珠直徑較大，在煤粒表面鋪展較慢。但輕柴油疏水性能強(qiáng)，其被煤?？紫段盏臄?shù)量較少，因此比較適合作為低階煤煤泥浮選的捕收劑。

1.1.3 頁(yè)巖柴油、燃料油及氣冷凝油

(1) 頁(yè)巖焦油蒸餾產(chǎn)物經(jīng)過(guò)冷壓脫蠟、酸堿洗滌后即為頁(yè)巖柴油，其中含有很多雜質(zhì)，主要以不飽和烴(主要是芳烴、烯烴)和含氧、含氮化合物為主，因此頁(yè)巖柴油兼具捕收、起泡雙重性能。對(duì)于易浮煤泥、中等可浮煤泥來(lái)說(shuō)，采用頁(yè)巖柴油作為捕收劑時(shí)，每噸干煤泥的藥劑用量在1.5～2kg/t之間。

(2) 燃料油是石油加工過(guò)程中所得的一種產(chǎn)物，又稱作重油，在煤炭、頁(yè)巖加工利用過(guò)程中也可以獲得。通常以5號(hào)燃料油作為捕收劑，因其性質(zhì)比較特殊，不但可以作為煤泥浮選的捕收劑，而且可以作為其它礦物浮選的捕收劑。與在煤泥浮選中的應(yīng)用相比，燃料油在其它礦物浮選中的應(yīng)用更多。

(3) 氣冷凝油是氣凝析、精餾所得產(chǎn)物，由于資源分布原因和原煤煤質(zhì)因素，我國(guó)其它地區(qū)的選煤廠幾乎不使用氣冷凝油，而西南地區(qū)很多選煤廠采用氣凝析、精餾產(chǎn)物制備煤油和輕柴油，進(jìn)而將其作為煤泥浮選的捕收劑。

1.2.1 FS系列捕收劑

FS系列捕收劑主要是FS-201、FS-202兩種捕收劑，兩者的主要成分均為輕質(zhì)烷基苯。FS-201是烯烴與苯在180～280℃條件下，以無(wú)水AlCl₃作為催化劑進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)堿洗、水洗、脫苯、精餾等處理后獲得的255℃以前的餾分產(chǎn)物。FS-202是直餾煤油經(jīng)過(guò)加氫、脫蠟處理，再提取正構(gòu)烷烴的抽余產(chǎn)物。FS系列捕收劑的捕收性能均比煤油好，故以兩者作為煤泥浮選的捕收劑時(shí)，藥劑用量少30～40個(gè)百分點(diǎn)。一般情況下，每噸干煤泥的FS系列捕收劑用量在0.3～1.2kg之間，藥劑用量明顯減少，且煤泥浮選效果較好。

1.2.2 BET捕收劑

BET捕收劑的主要成分是鄰苯二甲酸二乙脂(C₁₂H₁₄O₄)，其早期主要用在金屬礦的浮選生產(chǎn)中。為了提高煤泥的浮選脫硫降灰效果，有研究者將其引入到煤泥的浮選脫硫降灰作業(yè)中，并且取得了良好的生產(chǎn)效果。生產(chǎn)實(shí)踐表明：BET對(duì)煤的捕收能力強(qiáng)，煤泥浮選中所需藥劑少，且脫硫降灰效果好。以BET作為煤泥浮選的捕收劑時(shí)，煤泥浮選效果優(yōu)于普通煤用捕收劑，其是一種性能優(yōu)良的捕收劑，適用于高硫煤泥浮選。

隨著煤泥浮選生產(chǎn)的需要和我國(guó)科研人員對(duì)捕收劑研究的持續(xù)發(fā)力，煤泥浮選捕收劑研究成果豐碩，先后研制出一批新型捕收劑，包括乳化型捕收劑、改性捕收劑等。

(1) ZFC捕收劑屬于乳化型捕收劑，其是柴油、水、表面活性劑按照的質(zhì)量比(一般三者的質(zhì)量比為27∶70∶3)合成的一種水包油型乳化油。在柴油中加入表面活性劑，能夠促進(jìn)柴油分子在煤粒表面鋪展，有助于改善煤泥浮選環(huán)境，提高浮選精煤產(chǎn)率。生產(chǎn)實(shí)踐表明：以ZFC捕收劑作為煤泥浮選的捕收劑時(shí)，浮選精煤產(chǎn)率可提高約5個(gè)百分點(diǎn)。

WL捕收劑屬于同類型捕收劑，在其合成過(guò)程中采用了微波技術(shù)，故WL捕收劑的穩(wěn)定性高、不易分層。2013年崔廣文教授團(tuán)隊(duì)以地溝油為原料制備出自乳化捕收劑(SEC捕收劑)，與其它類型捕收劑相比，其具有、穩(wěn)定、分散性好等特點(diǎn)。

(2) 改性捕收劑就是制備捕收劑過(guò)程中，在其中加入適量的表面活性劑，以增強(qiáng)非極性烴類油在煤漿中的分散能力，進(jìn)而改善煤粒表面的疏水性能，以達(dá)到優(yōu)化煤泥浮選效果的目的。ZNX系列捕收劑屬于改性捕收劑，ZNX-K07捕收劑在大屯選煤廠的使用效果表明：浮選精煤產(chǎn)率增高，浮選精煤灰分、尾煤產(chǎn)率降低，煤泥浮選效果得到很大改善。

此類捕收劑種類較多，如荀海鑫團(tuán)隊(duì)研制的AO捕收劑、張秀峰等研制的ECS-9800捕收劑等。這類捕收劑的主要原理都是在捕收劑基料中加入不同種類的表面活性劑，其中還含有其它物質(zhì)，如非極性烴類、脂肪酸、脂肪酮、直鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等。

煤泥浮選中常用的起泡劑屬于表面活性物質(zhì)，通常由兩個(gè)基團(tuán)組成，分別是親水的極性基團(tuán)和疏水的非極性基，起泡劑的起泡性能與這兩個(gè)基團(tuán)有直接關(guān)系。在起泡劑作用過(guò)程中，起泡劑分子在氣-液兩相界面定向排列、吸附，極性基團(tuán)指向水體，非極性基團(tuán)指向氣泡。由于極性基團(tuán)與水分子發(fā)生作用，并在氣泡表面形成水化膜，能夠有效阻止氣泡兼并重組、變形，甚至破裂。

常用的起泡劑種類較多，包括醇類、醚類、酮類等物質(zhì)，它們的碳原子個(gè)數(shù)均在5～11之間。生產(chǎn)中應(yīng)用早的起泡劑屬于起泡劑，隨著工業(yè)的快速發(fā)展和生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大，石油化工副產(chǎn)品類起泡劑進(jìn)入生產(chǎn)領(lǐng)域，這類起泡劑在我國(guó)浮選生產(chǎn)中應(yīng)用很廣。為了解決石油化工副產(chǎn)品類起泡劑存在的缺陷，我國(guó)科研技術(shù)人員共同努力，研制出了人工合成起泡劑。根據(jù)起泡劑的來(lái)源，其可分成三類，即起泡劑、石化類起泡劑、人工合成起泡劑。

起泡劑包括松醇油、松油、樟油等，這類起泡劑的主要成分均為萜類化合物，早期生產(chǎn)中應(yīng)用廣的是松醇油，其用量占起泡劑用量的95%以上。由于起泡劑存在用量大、泡沫易碎、流動(dòng)性差等缺陷，大部分被人工合成起泡劑所替代。

石化類起泡劑是我國(guó)浮選生產(chǎn)中應(yīng)用較多的起泡劑，主要包括不同碳鏈長(zhǎng)度的醇類，如仲辛醇、雜醇、混合醇等。

(1) 由于雜醇來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，在浮選生產(chǎn)中應(yīng)用較多。雜醇是發(fā)酵法生產(chǎn)酒精的副產(chǎn)品，常溫時(shí)其密度在0.82g/mL左右。以雜醇作為起泡劑時(shí)，每噸干煤泥的藥劑用量在200～300g之間，藥劑用量較大。雜醇的分子量較小且碳鏈較短，生成的泡沫易碎，但浮選選擇性好，可以作為難選煤泥、高硫煤泥浮選的起泡劑。

(2) 以蓖麻子作為原料，生產(chǎn)葵二酸時(shí)所得副產(chǎn)品即為仲辛醇，其中的仲辛醇含量在70%～80%之間，還含有10%～20%的辛酮。由于仲辛醇的分子量較大、碳鏈較長(zhǎng)，起泡性能較強(qiáng)，且較易獲得，在我國(guó)煤泥浮選中應(yīng)用較多。以仲辛醇作為起泡劑時(shí)，每噸干煤泥的藥劑用量在100g左右，藥劑用量相對(duì)較少。

(3) 混合醇按碳鏈長(zhǎng)短可分為兩類，即C6—C8混合醇、C8—C16混合醇。C6—C8混合醇可以通過(guò)兩種途徑獲得，一種是采用乙炔法生產(chǎn)丁醇等所得餾分產(chǎn)物，另一種是通過(guò)混合烯烴的羰基合成，這類混合醇以已醇、庚醇、辛醇為主，屬于混合物。C8—C16混合醇的主要成分是辛醚和辛醇。以混合醇作為煤泥浮選的起泡劑時(shí)，泡沫多且脆而不粘，對(duì)過(guò)濾、脫水作業(yè)有利?；旌洗嫉姆肿恿枯^大，碳鏈較長(zhǎng)，起泡性能較強(qiáng)，在煤泥浮選時(shí)藥劑用量較少，每噸干煤泥的藥劑用量在100～150g之間。

此外，煤泥浮選中常用的起泡劑還有GF油、雜醇油、酯油等，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中要根據(jù)實(shí)際情況選擇起泡劑。在起泡劑選擇過(guò)程中，需要考慮的因素包括煤泥性質(zhì)、設(shè)備類型、過(guò)濾脫水效果，及其與捕收劑的協(xié)同作用。

為了克服起泡劑、石化類起泡劑存在的缺陷，科研技術(shù)人員研制出人工合成起泡劑，目前我國(guó)選煤廠浮選生產(chǎn)中的起泡劑多數(shù)屬于人工合成起泡劑。我國(guó)浮選生產(chǎn)中使用的人工合成起泡劑較多，具有代表性的是4號(hào)油、HC型起泡劑、X-316起泡劑等。

4號(hào)油(丁醚油)于20世紀(jì)60年代由北京礦業(yè)研究總院研制出來(lái)，其主要成分為三乙基氧基丁烷。與2號(hào)油(松醇油)相比，4號(hào)油的價(jià)格更低，且純度高，起泡性能更強(qiáng)，選擇性更好，流動(dòng)性更強(qiáng)，氣泡大而均勻，實(shí)際用量更少。

X-316起泡劑屬于人工合成起泡劑，其用于晉陽(yáng)選煤廠是為了解決原來(lái)的起泡劑帶來(lái)的藥劑用量大、浮選精煤灰分高、濾餅水分高的問(wèn)題。X-316起泡劑在晉陽(yáng)選煤廠浮選生產(chǎn)中獲得了較好效果，生產(chǎn)實(shí)踐表明：在浮選生產(chǎn)中，噸干煤泥X-316起泡劑用量為0.16kg，比原起泡劑少0.77kg，且表現(xiàn)出起泡性能強(qiáng)，藥劑用量少，浮選速度快，泡沫多而易碎等優(yōu)點(diǎn)。

HC型起泡劑也屬于人工合成起泡劑，其具有針對(duì)性，多用在淮北地區(qū)的選煤廠，如蘆嶺選煤廠、淮北選煤廠、石臺(tái)選煤廠等。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明。與其他起泡劑相比，在相同的生產(chǎn)條件下，HC型起泡劑對(duì)高灰、細(xì)粒煤泥，更具優(yōu)勢(shì)，且用量少(一般噸干煤泥的藥劑用量在0.75kg左右)，價(jià)格低，能夠有效降低浮選生產(chǎn)成本。

近年來(lái)，隨著對(duì)煤泥浮選劑研究的不斷深入，許多新型浮選劑被研制出來(lái)，包括復(fù)合藥劑。復(fù)合藥劑是一類比較特殊的浮選劑，兼具捕收性能和起泡性能，部分復(fù)合藥劑還有分散、增溶等性能。復(fù)合藥劑的研制與推廣應(yīng)用，對(duì)傳統(tǒng)的煤泥浮選藥劑制度來(lái)說(shuō)，是一項(xiàng)更大的創(chuàng)新。這種藥劑的使用屬于聯(lián)合用藥或混合用藥，能夠加快吸附層形成，且藥劑用量少、操作方便，可使煤泥浮選效果產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。復(fù)合藥劑種類較多，包括ZF浮選劑、ZH型浮選劑、MJ型浮選劑、ZX系列浮選劑、ME浮選劑、ZH浮選劑等，這些浮選劑在煤泥浮選中得到了不同程度的應(yīng)用，總體效果良好。

ZX系列(包括ZX-1型、ZX-2型、ZX-3型、ZX-4型)浮選劑在株洲選煤廠的應(yīng)用效果表明：以ZX系列浮選劑作為浮選藥劑時(shí)，浮選速度快，浮選選擇性強(qiáng)，浮選泡沫脆，精煤產(chǎn)率高，操作方便，藥劑用量少，通常用量為噸干煤泥0.40～0.80kg，能夠有效節(jié)約生產(chǎn)成本。此外，ZX系列浮選劑具有的針對(duì)性和適用性，ZX-1型浮選劑適用于氣煤浮選，ZX-2型浮選劑適用于肥煤浮選，ZX-3型浮選劑適用于焦煤、瘦煤浮選，ZX-4型浮選劑適用于粒度組成細(xì)、表面氧化的氧化煤浮選。

張景來(lái)等以環(huán)己烷制備環(huán)己酮過(guò)程中產(chǎn)生的酸性廢料(簡(jiǎn)稱EI)和乙醇作為基料，合成羧酸酯；以羧酸酯作為基料，研制出復(fù)合型浮選劑ME。在平頂山氣煤浮選過(guò)程中，以ME作為浮選劑，藥劑用量為500g/t時(shí)，浮選精煤產(chǎn)率達(dá)到88.86%，精煤灰分為11.58%，煤泥浮選效果良好。

ZF浮選劑、ZH型浮選劑、MJ型浮選劑、ZH浮選劑等在煤泥浮選中也有應(yīng)用，與傳統(tǒng)的使用單一藥劑相比，在使用復(fù)合藥劑時(shí)，煤泥浮選效果更好。

捕收劑和起泡劑是煤泥浮選效果好壞的重要影響因素，且捕收劑、起泡劑的種類較多，對(duì)煤泥浮選效果的影響也不盡相同。隨著煤炭賦存條件的惡化和對(duì)煤泥浮選要求的提高及對(duì)浮選生產(chǎn)成本的調(diào)控，煤泥浮選生產(chǎn)對(duì)浮選劑的要求越來(lái)越高。結(jié)合近些年的浮選生產(chǎn)要求，捕收劑和起泡劑的研制和應(yīng)用將向著以下方向發(fā)展。

(1) 向著復(fù)合型發(fā)展。近些年的煤泥浮選生產(chǎn)已經(jīng)證明，某些藥劑按比例混合使用，能使煤泥浮選效果得到顯著提升，這是因?yàn)橛嘘P(guān)的兩種藥劑之間存在協(xié)同作用，尤其一種藥劑是活化劑時(shí)，對(duì)另一種藥劑性能的發(fā)揮有著積極的促進(jìn)作用。復(fù)合藥劑的成功研制與推廣應(yīng)用，在證明該結(jié)論的同時(shí)，為新型復(fù)合藥劑的研制和推廣奠定了理論基礎(chǔ)和技術(shù)鋪墊。

(2) 向著化發(fā)展。傳統(tǒng)的浮選劑用量較大，而對(duì)煤泥浮選的促進(jìn)效果不夠明顯，導(dǎo)致浮選生產(chǎn)成本很高。有研究者通過(guò)改善加料式、改變藥劑部分性能等手段來(lái)提高其對(duì)煤泥浮選效果的影響，但這種局部改善或改變所起的作用有限。在未來(lái)研制浮選劑過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合各種煤泥性質(zhì)，開(kāi)發(fā)出具備針對(duì)性和普適性的新型復(fù)合藥劑，以提高煤泥浮選效果，且能夠有效節(jié)約生產(chǎn)成本。所謂針對(duì)性，就是針對(duì)特定煤質(zhì)具有作用。所謂普適性，就是藥劑的基本組分不變，在添加某種物資的情況下，對(duì)特定煤質(zhì)也有作用。

(3) 向著安全環(huán)保型發(fā)展。部分煤泥浮選劑氣味難聞，安全性能較差，長(zhǎng)期使用對(duì)操作人員有著危害。未來(lái)的浮選劑研制要注重安全性和環(huán)保性，不但不能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，而且不能對(duì)人體產(chǎn)生危害。尤其是基于工業(yè)副產(chǎn)品研制的浮選劑，在實(shí)現(xiàn)廢物利用的同時(shí)，更要保證人體健康。

捕收劑和起泡劑是煤泥浮選過(guò)程種常用的兩種浮選劑，對(duì)煤泥浮選效果有著重要影響。在煤炭賦存條件不斷變差和對(duì)煤泥浮選投入產(chǎn)出要求較高的情況下，研制與推廣使用復(fù)合型、化、安全環(huán)保型捕收劑和起泡劑成為必然趨勢(shì)。每一種藥劑都有自身的性能，每一種煤泥都有自身的性質(zhì)，只有在掌握藥劑性能和煤泥性質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)狀況，通過(guò)探索確定生產(chǎn)條件，才能實(shí)現(xiàn)煤泥的率和高性價(jià)比浮選。