【委员视角】康文泽对药剂、超声波及三维可选性曲面的探究 / 开普饭

编者按

煤炭工业技术委员会作为行业最具权威的参谋咨询机构，聚集了全行业一流的科技专家和学科带头人，得到了原煤炭部、煤炭局历任领导的高度重视，在煤炭工业改革发展中发挥了重要作用，是推动行业科技进步的智囊团，是行业人才培养的摇篮，是推动煤炭工业创新发展的重要驱动力。

第三届煤炭工业技术委员会选煤专家委员会由37位委员组成，他们对选煤都有专业的技术眼光、先进的实践方案和优化的解决措施。作为选煤行业第一自媒体品牌，“五六选煤”之前陆续发布了部分委员的精彩观点，受到了选煤同仁的肯定和好评。为了促进选煤技术交流，“五六选煤”特开辟【委员视角】栏目，继续选取部分委员的精彩观点予以发布，请大家持续关注。

本专题作者康文泽系黑龙江科技大学石墨新材料工程研究院常务副院长。

一、不同分子结构药剂的煤泥浮选效果

目前，我国煤泥浮选使用的捕收剂大多为煤油或轻柴油。由于煤种不同，浮选煤泥表面的性质也不同，若一概使用煤油或轻柴油，则针对性不强，一方面导致部分精煤损失在尾矿中，另一方面药剂耗量可能增大，从而影响浮选作业的整体效率。如果浮选煤种为稀缺煤，浮选精煤大量损失在尾煤中，则会浪费宝贵的稀缺煤资源为了提高煤泥浮选的效率，学者们进行了大量的实验研究。王学霞等研究了新型煤泥浮选药剂，改善了煤泥浮选效果;邓铭等研究了浮选药剂联合使用，以及在现场实际生产中的应用效果;周长春等研究了芳烃捕收剂的结构对煤泥浮选效果的影响;笔者等针对稀缺难浮煤的特点，研制了AO新型捕收剂，并分析其作用机理。上述研究大多关于新型药剂的开发与使用，而有关药剂的分子结构对煤泥浮选效果影响的文献尚不多见。笔者以山西太原肥煤为研究对象，选取碳原子数均为12的邻苯二甲酸二乙酯正十二烷异十二烷为捕收剂，研究碳原子数相同分子结构不同的捕收剂对稀缺肥煤的浮选效果，为开发新型浮选药剂提供了参考。

经试验研究，得出如下结论：

(1)邻苯二甲酸二乙酯作为捕收剂，煤泥浮选的精煤产率可燃体回收率浮选完善指标分别比正十二烷高3.20%、3.22%、3.25%，比异十二烷高2.03%、2.05%、2.42%。三种捕收剂中，邻苯二甲酸二乙酯的浮选效果最好，其次是异十二烷、正十二烷。

(2)含有苯环的邻苯二甲酸二乙酯比正、异十二烷更能润湿煤的表面，提高煤表面的疏水性。含有烷基侧链的异十二烷与没有侧链的正十二烷相比，异十二烷与煤样的作用力大于正十二烷，因此，异十二烷在提高煤表面的疏水性方面优于正十二烷。

(3)药剂的疏水基团能使煤表面的亲水基团伸缩振动减弱，使原本亲水的煤表面变成疏水。即三种不同分子结构的捕收剂均能不同程度地提高煤泥的可浮性。

二、超声波预处理对稀缺难浮煤浮选的作用

稀缺煤种是指已发现的煤炭资源中，储量相对稀少且对国民经济发展具有重要价值的煤种。我国的稀缺煤种主要包括优质焦煤、肥煤、瘦煤、1/3焦煤及气煤等。随着煤炭开采机械化程度的提高，原煤中粉煤含量增加，细粒煤泥的入浮量也逐年增大。细粒稀缺煤可浮性一般较差，精煤回收率低，不利于稀缺煤资源的高效回收利用。为提高细粒稀缺煤炭的利用率，学者们开展了一系列研究工作：使用乙醇、丁醇脱除高灰氧化的细粒次烟煤表面的氧化层，并用重油作为促进剂，提高了难浮高灰煤泥的浮选效果；通过对细粒烟煤进行分级浮选的方式得到了较纯的产品和较高的回收率；开展了在干磨过程中使用添加剂改善难浮煤的浮选效果研究；研究了高剪切搅拌对半无烟煤浮选的影响，介绍了煤炭表面改质的原理、工艺与设备；提出了炼焦煤的深度浮选技术-油絮团浮选法，通过油絮团浮选不仅能提高难浮焦煤的回收率，还可降低精煤的灰分；利用浮选柱进行了难浮煤泥的分选试验，研究结果表明浮选柱对难浮煤泥有较强的适应性；针对难浮煤泥浮选的缺陷，研制出了用于提高浮选效果的浮选促进剂，降低了精煤在尾矿中的损失；用调整剂来改善难浮煤泥的浮选效果。上述文献中，国内外学者多从浮选工艺、浮选设备及浮选药剂等方面进行研究，并以矿浆预处理化学调节法居多，而对物理调节法的研究较少。

浮选前的矿浆预处理是影响浮选效果的重要因素，现代浮选研究与工业实践越来越重视高效调浆的重要性，尤其是对难浮煤泥来说，浮选前矿浆预处理是获得高效率浮选的前提。在矿浆预处理手段中，超声波是较理想的物理调节方法之一。超声波的主要特点是波长短，近似作直线传播，能量容易集中，因而可形成很大的强度。超声预处理就是利用超声的能量作用于矿物，以改变矿物的性质和状态。在该研究领域，已系统地研究了超声波强化高硫煤浮选的脱硫降灰作用，探索了超声波对高硫煤的破碎、解离和清洗的影响。以往研究多集中于超声波的脱硫作用，而关于超声波对稀缺难浮煤泥浮选的作用却鲜有报道。为此，笔者开展了超声波对稀缺难浮煤泥浮选的研究，取得了较好的浮选效果。

经研究，得出如下结论：

（1）超声波频率为40KHZ，预处理时间为4min的浮选效果最好，与未进行超声预处理的浮选结果相比，精煤产率、浮选完善指标和可燃体回收率分别提高了19.47％、18.80％和24.14％。

（2）超声波预处理能改变煤泥的粒度组成，使粗粒煤泥（0.500-0.250mm）产率降低,灰分升高,促进煤粒与矸石的解离,证明了超声波对稀缺难浮煤的破碎解离作用。

（3）0.500-0.250，0.250-0.125,0.125-0.074mm３个粒级的煤泥超声预处理后与水的润湿热均比超声预处理前降低，而煤与水的接触角均有不同程度的提高，说明超声预处理使煤的疏水性增强，有利于稀缺难浮煤浮选。

（4）超声处理后不同粒级煤泥的药剂吸附量均比超声处理前有所降低，说明超声处理使煤粒更加亲油疏水，油滴在疏水性强的煤表面铺展性增强。研究证明，超声波预处理能提高稀缺难浮煤的浮选效果。

三、煤炭三维可选性曲面绘制的研究

煤炭可选性曲线是选煤工艺研究和选煤厂设计的重要依据，对确立分选方法、制定分选工艺流程及选择分选设备有着重要的意义。传统可选性曲线只考虑了密度级及密度组成对原煤可选性的影响，然而在重力选煤方法中，粒度组成对可选性也有一定影响，将粒度级及粒度组成作为第三个轴，用三维坐标的形式建立原煤可选性曲面，将煤炭可选性曲面放到一个三维的空间内，则会更清晰、更全面地反映煤炭的性质。

文章利用MATLAB软件，采用二维插值(graddata)中的三次插值(cubic)方法绘制了三维浮物曲面、三维密度曲面和三维分选密度邻近物曲面，并通过二维插值实现了查找任意粒度级下的理论分选指标。

经研究，得出如下结论：

(1)文章用MATLAB三次样条函数一维插值的方法对浮沉资料进行了密度加密，用三次函数二维插值的方法对粒度级加密，编制出了11个粒度级12个密度级的浮沉资料。

(2)用二维插值中的三次函数的方法，绘制了三维浮物曲面、密度曲面和分选密度邻近物曲面。