第33卷（juàn）第1期煤炭學報Vol. 33　No. 1　

　　2008年1月JOURNAL OF CH INA COAL SOCIETY Jan. 　2008　

　　文章編號: 0253 - 9993 (2008) 01 - 0089 - 05

　　超聲乳化煤油的浮選性（xìng）能研究

　　康文澤, 王慧, 孔小（xiǎo）紅, 呂玉庭, 胡（hú）軍(黑龍江科技學院資源與環境工程學院, 黑龍江哈爾（ěr）濱　150027)

　　摘要: 利用Setaram微量熱儀、DCAT21接觸角測定儀、表麵張力測定儀和Leica電子顯微鏡（jìng）等儀器研究了乳化煤油、煤油的性質以及（jí）對煤泥的作用, 進行（háng）了浮選實（shí）驗. 研究結果表明, 乳化煤油（yóu）的（de）粒徑、在水中的分散性、與煤泥的潤（rùn）濕熱、改變煤泥的接觸角以及（jí）降（jiàng）低氣液界麵張力（lì）等方麵均優於煤油; 當獲得相同的精煤（méi）產（chǎn）率時, 乳化煤（méi）油的耗量隻是煤油耗（hào）量的1 /3; 當藥劑耗量（liàng）相同時, 乳化煤（méi）油的浮（fú）選速度比煤油的浮選速度快, 精煤（méi）產率比煤油的高7138 %, 精煤（méi）灰分比煤油的低0198 %. 研究證明, 乳（rǔ）化煤油浮選（xuǎn）的選（xuǎn）擇性和浮選效率均比煤油高, 藥耗（hào）量比煤油低.

　　關鍵詞: 乳化煤油; 浮（fú）選速度（dù）; 浮選（xuǎn）效率（lǜ）; 藥耗量

　　中（zhōng）圖分類（lèi）號: TD923　　　文（wén）獻標識碼: A

　　收稿（gǎo）日期: 2007 - 04 - 17　　責任編（biān）輯: 柳玉柏

　　基金項目: 國家自然科學基金資助項目(50274036) ; 黑龍江省教育廳骨幹（gàn）教師創新計劃資助項目(1055G039)

　　作者簡介: 康文澤(1964—) , 男, 黑龍江雞（jī）西人, 教授, 博（bó）士（shì）. Tel: 0451 - 88036448, E - mail: kwz010@163.com

　　Study of flota tion performance of kerosene after ultra son ic emulsif ied KANGWen2ze, WANG Hui, KONG Xiao2hong, LB Yu2ting, HU Jun ( School of Resource and Environm ent Engineering, Heilongjiang Institute of Science and Technology, Harbin　150027, China) Abstract: The setaram calorimeter, the contact angle gauge DCAT21, the surface tension apparatus and the Leica electronic microscope were used to study the natures of emulsified kerosene and kerosene and their effects on slime.

　　Batch flotation testswere carried out. The results show that the particle diameter of emulsified kerosene, the disper2 sibility in water, the wetting heatwith slime, changing contact angle and decreasing gas2solution interfacial tension and so on are all better than those of kerosene. The consump tion of emulsified kerosene is only one2third of that of kerosene when equivalent yields of clean coal are obtained. The flotation speed of emulsified kerosene is faster than that of kerosene, the yield of clean coal of emulsified kerosene is higher than that of kerosene by 7138 % and the ash content of clean coal of emulsified kerosene is lower than that of kerosene by 0198 % when equivalent amounts of the two reagents are used in the flotation p rocess. The study shows that flotation selectivity and efficiency of e2 mulsified kerosene are all higher than those of kerosene and the consump tion of reagent is lower than that of kero2 sene.

　　Key words: emulsified kerosene; flotation speed; flotation efficiency; consump tion of reagent

　　浮選是煤泥（ní）分選的很有效方法之一, 浮選使用的（de）藥（yào）劑（jì）多（duō）為石油提煉過程中產（chǎn）生（shēng）的副產品, 隨著（zhe）石油資源的短缺, 人們越來越關注浮選藥劑的高效利用[ 1～5 ] . 在選煤廠中, 煤油是煤泥捕收的常（cháng）用藥劑, 由於煤油（yóu）與水不相（xiàng）混溶, 導（dǎo）致它在水中的分散性差, 製約著藥劑的高效利用（yòng）, 於是人（rén）們提出用乳化的方法提（tí）高藥劑的利（lì）用率[ 6～9 ] . 在眾多藥（yào）劑乳化方法中, 超聲波是比較（jiào）理想的手段之（zhī）一, 本文以（yǐ）超聲乳化煤油為例, 研煤炭學報2008年第33卷究了乳化煤油的性質（zhì）, 以及乳化煤油（yóu）的浮選效果.

1　實驗設備及試劑

表（biǎo）1　測試儀器

Table 1　Test in strumen t 儀器用途儀器名稱型號測量精度生產廠家

潤濕熱測定Setaram微量熱儀C80 - D 011μW 法（fǎ）國Setaram公司

接觸角測定接觸（chù）角測定儀DCAT21 ±0101 mg 德國物理數據（jù）公司

粒徑測定　Leica電子顯微鏡S5Z - G 1 000倍北京泰克儀器公（gōng）司

煤油的超聲乳（rǔ）化裝（zhuāng）置見文獻[ 10,11 ]. 其中, 超聲波發射機的型號是UGD, 頻率為25 kHz, 功率為100W, 處理時間為1 min. 乳化劑為（wéi）複合型, 用量（liàng）為1 %. 製取的乳化煤油為水包油型(O /W). 實驗中（zhōng）使用的主要檢測儀器見表1.

2　實驗結果及討論

211　乳化藥劑的粒徑（jìng）及分（fèn）散性

　　取不（bú）同比例煤油和水的混合物, 加入乳化劑, 用超聲波進行處理, 得到乳（rǔ）化煤油. 把超聲乳化後的煤油用微量（liàng）注射器取出, 滴在載（zǎi）玻片上攤開, 並蓋上蓋（gài）玻片（piàn）, 迅速（sù）放到顯微鏡下觀察, 拍照, 將得到的數碼

表（biǎo）2　不同油水比（bǐ）的乳化煤油粒徑測量結果

Table 2　The mea sur ing results of particle d iameter of

emulsif ied kerosene in d ifferen t ra tio of o il2wa ter μm　

項　目 油水比 1∶1 1∶2 1∶3 1∶4

超聲乳化　2141 3167 4190 6122

乳化後加水（shuǐ）2141 2159 2183 2195

　　照片用Sinp le PCI圖像識別軟件測量（liàng）粒徑. Sin2 p le PCI軟件隻能測出粒徑的（de）平均像素, 還要用顯微鏡拍攝一張帶標尺的照片, 用軟件測量單位長度的像素, 再用粒徑的平均像素除以單位長度像素（sù）, 即（jí）得乳化（huà）液（yè）的平均粒徑. 取油（yóu）水比1 ∶1,1∶2, 1∶3, 1∶4的（de）混合物, 製取乳化液, 測量粒徑, 不（bú）同（tóng）油水比的乳化液粒徑測（cè）量結果見表2.為了考察乳化煤油粒度的穩定性（xìng）, 把油水比為（wéi）1∶1的乳化煤油加水, 攪拌, 分別配製成油水比1∶2, 1∶3, 1∶4的乳化煤油, 並測量粒（lì）徑變（biàn）化(表2)。由表2可以看出, 乳化液的粒徑與油水比有關（guān）, 隨著水比例的加大, 乳化（huà）煤油的粒徑也加大, 由此（cǐ）看出（chū）乳化液中水的比例不應（yīng）過大（dà）, 本實驗中油水比為1∶1時乳（rǔ）液的（de）粒徑小。而乳（rǔ）液的粒徑直接影響藥劑的圖1　藥劑在水中的分散 Fig11　Dispersion of reagent in water性（xìng）能, 乳化藥劑（jì）的粒徑變小時, 藥劑分散的總表麵積可增加百倍以上[ 12 ] , 而且提高了捕收性（xìng）能和選擇性[ 13 ] 。 乳化後再加水, 乳液的粒徑變化（huà）不（bú）大，說明乳化（huà）煤油的穩定性（xìng）較好。 藥劑在（zài）礦漿（jiāng）中的分散性直接關係到藥劑的利用效率, 取油水比1∶1的乳化煤油、煤油各2 mL, 用注射器分別注入100 mL的水中, 觀察藥劑的分散情況. 乳化煤油注入水中立即分散, 而且均勻（yún）分散於整個燒杯, 煤油則浮（fú）在液麵上, 分散效果較（jiào）差, 用數（shù）碼相機把藥劑分散情況（kuàng）拍成照片, 藥劑在水中分散1 min時的照片如圖1所示.

212　藥（yào）劑與煤泥的潤濕（shī）熱測量使用

　　 Setaram C80 - D型（xíng）微量熱儀測（cè）量潤濕熱, 煤樣來源於山東淄博礦務局, 經粗碎、細碎, 並研（yán）磨至015 mm以下, 煤樣的灰分Aad = 25170 %. 每次實驗稱量（liàng）煤樣0115～0120 g, 取潤濕液1 mL. 實驗（yàn）的初始溫度定為32 ℃, 恒（héng）溫時間為2 h, 潤濕熱數據收集時間為3 h. 進行了煤（méi）與水、煤油、乳化劑、乳化煤油的潤（rùn）濕熱實驗, 潤濕熱分別（bié）為21721 6, 41423 9, 11293 7, 51858 1 J /g. 90

第1期康文澤等: 超（chāo）聲（shēng）乳化煤（méi）油的浮選性能研究潤濕熱反映的是液體與（yǔ）固體（tǐ）的（de）作用程度, 潤濕熱越大, 兩者的作用程度越大, 結合的也越牢固。由（yóu）潤濕熱（rè）測量結果顯示, 乳化（huà）煤油與煤的潤濕熱加（jiā）大, 乳化煤油是煤油、水和乳化劑的混（hún）合物, 但潤濕熱並不是3者簡單加和的平（píng）均值， 而是遠大於它們的平均值。 說明乳化煤油與煤泥的作用程度很大, 兩者結合的也很牢（láo）固[ 14 ] .

表3　不同油水比乳化煤油與煤的潤濕熱

Table 3　The wetting hea t of emulsif ied kerosene and

coa l in d ifferen t ra tio of o il2wa ter J /g　　

項　目

油水比

1∶1 1∶2 1∶3 1∶4

超聲乳化　51858 1 41418 6 31895 1 31454 5

乳化後加水51858 1 51370 7 41864 8 41476 8

　　為（wéi）了研究乳液粒徑與潤濕熱的關係, 分別測量了表2中不同油水比的超（chāo）聲乳（rǔ）化煤油、乳化後加水的（de）乳液與煤泥的潤濕熱, 結果（guǒ）見表3.由表3可以看出（chū）, 無論是超聲乳化還是乳化（huà）後加水, 隨著水比例（lì）的加大, 乳液（yè）與煤的潤濕熱都是（shì）逐漸降低的。 這可能是由於乳液含水量（liàng）過大時（shí）, 乳液逐漸表現（xiàn）為水的性質, 而（ér）且乳（rǔ）液的（de）黏度（dù）也加大了, 導致（zhì）乳液與煤泥的潤（rùn）濕熱降低（dī）。 在相同油水比的乳液（yè）中, 乳化後加（jiā）水的潤濕熱遠大於直接（jiē）乳化的（de）潤濕熱。 無論超聲乳化還（hái）是乳化後加水， 其煤油、水所含的（de）絕（jué）對量是相同的, 煤油（yóu）也均勻地分（fèn）散於水（shuǐ）中, 不同的是乳液（yè）中的油滴粒徑大（dà）小不同。 通過這（zhè）一實（shí）驗看出, 油滴粒徑越小, 乳液（yè）與煤泥的潤濕熱（rè）越大, 乳液與煤泥的作用越（yuè）充分。

213　煤泥接觸（chù）角的測量

表4　煤泥接觸角的測量結果

Table 4　The mea sur ing results of con tact angle of slime

煤泥類型未（wèi）加捕收劑煤泥煤油捕收乳化煤油捕收

86123 88155 89199

86132 88176 89197

接觸角（jiǎo）θ/ ( °) 86121 88164 89197

86140 88163 89198

86125 88147 89194

平（píng）均值θ/ ( °) 86128 88163 89197

　　使用煤樣來源於山（shān）東淄博礦務局（jú），稱量煤樣10 g，在燒杯中配製成濃度50 g/L 的礦漿，煤油、乳化煤油(折合成（chéng）煤（méi）油) 用量均為0196 g/ t 幹煤泥, 攪拌時間為1 min，然後過濾煤樣，自然晾幹，未加捕收劑（jì）的煤泥（ní）也要配製成礦漿，重複以上操作。 用DCAT21型接觸角測量儀（yí）測定煤泥的（de）接觸角，不同情況（kuàng）下（xià）煤泥（ní）接觸角的測量值見（jiàn）表（biǎo）4。從試驗（yàn）可以看出（chū），未加捕（bǔ）收劑煤（méi）泥的平均接觸角為86128°，煤油捕收後煤泥平均接觸角為88163°，乳化煤油捕收後煤泥的平均接觸角為89197°。煤（méi）泥（ní）經藥劑（jì）捕收後接（jiē）觸角有一定程度的提高，但乳化煤油提高的很大。可能是由於乳化（huà）煤油在礦漿（jiāng）中的分散性好，與煤泥作用的（de）幾率大，以及乳化煤油與煤泥的潤濕熱較大，與（yǔ）煤泥結合的較牢固，因而乳化煤油能更好地（dì）提高（gāo）煤泥的疏水性。

214　氣液界（jiè）麵的張力

　　在機械攪拌（bàn）的（de）浮（fú）選機中，由於葉輪（lún）的高速（sù）旋轉使（shǐ）葉輪區形成負壓，使溶解在礦漿中的氣體出（chū）現過飽和現象，一些（xiē）氣體分子克服水（shuǐ）分子間的引力開始在某些地點濃集，氣體分子濃集（jí）到一定數量後即進（jìn）行分子合並，突（tū）然從礦漿中析出，形成氣泡胚，氣泡胚形成要求的半徑（jìng）Rmin越小，則氣泡胚就越容易形成，形成的氣泡也越多（duō）[ 15 ] , 即Rmin =

2γgl

K ( c - c1 )

=

2γgl

p - p1

,

式中, Rmin為氣泡胚的最小半徑, m; γgl為液- 氣界麵的表麵（miàn）張力, J /m; K為亨（hēng）利方（fāng）程式中的常數; c - c1為氣體的過飽和值, mol/m3 ; p - p1 為減壓（yā）數（shù）值, Pa. 可以看出, 當（dāng）氣體的過飽和量、減壓（yā）數值一定時, Rmin隻與γgl有關, 而且Rmin與（yǔ）γgl成正比（bǐ）關係. 氣液界麵的張力降低, Rmin的（de）數值（zhí）變小, 氣泡胚就越容易形成, 氣泡的生成量將增大.實驗采用DCAT 21型表麵張力測定儀, 它是將鉑絲製成的圓環掛在扭力天平上, 使環平麵恰好與液麵完全平行接觸, 測定掛環與液麵脫離時的最大拉脫力進行數據分析, 得出氣液界麵的張力值. 取8μL 91 煤　　炭　　學　　報2008年第33卷

表5　不同液體的氣液界麵張力

Table 5　The ga s2solution in terfac ia l ten sion of

d ifferen t liqu id mN /m　

液體水煤油乳化煤油水中加煤油水（shuǐ）中加乳化煤油

氣液界麵

張力（lì）

70140 26194 30156 54157 41146 的煤油、乳化煤油, 分別添加到100 mL的水中（zhōng）,測量氣液界麵張力的變化, 同時還測量了水、煤（méi）油、乳化（huà）煤油的表（biǎo）麵張力, 結果見表5.由表5可以看出, 乳化煤（méi）油比煤（méi）油的氣液界（jiè）麵張力大, 這（zhè）可能與乳化煤油較煤（méi）油的黏度大有

關。 但水中加乳化煤油的（de）界麵張力比加煤油的界麵張力（lì）降低了24102 % , 這主要是由（yóu）於乳化煤油加入（rù）水中的分（fèn）散性較好, 對降低氣液界麵張力有利. 從氣液界麵張力的角度說明, 乳化煤油更（gèng）有利於煤泥的（de）浮選.

3　乳化煤油的浮選效果

　　為了驗證乳化煤油的浮選效果, 進（jìn）行了（le）小浮選實驗。煤樣同（tóng）樣來源於山（shān）東淄博礦務局（jú）, 使用XFD型（xíng）115 L單槽浮選機. 起泡（pào）劑為仲辛醇, 用量為0132 kg/ t; 煤油、乳化煤油(折合成（chéng）煤油) 不同用量的精煤產率、精（jīng）煤灰分曲線（xiàn）如圖2所示. 同時（shí）進行了浮選速度（dù）實驗, 起泡劑用（yòng）量（liàng）同前, 煤油、乳化煤油(折合成煤油) 用量均為0196 kg/ t; 浮選時間為6 min, 刮泡次序: 015, 110, 115, 210, 410, 610 min, 共分6次刮泡. 試驗所（suǒ）得（dé）浮選（xuǎn）速度曲線如圖3所示.

　　由圖2可（kě）以看出, 乳化煤油的精煤產率比煤（méi）油的（de）高, 而精（jīng）煤灰分卻比煤油的低. 當乳化煤油(第1點) 與煤（méi）油(第3點) 具有相（xiàng）同的精煤產率（lǜ）(6315 % ) 時, 乳化煤油的耗量（liàng）隻是煤油耗量的1 /3, 乳化煤油的節油（yóu）效果明顯.由圖3可以看出, 當藥劑（jì）耗量相同時, 乳化煤（méi）油的精煤產率曲線始終在（zài）煤油的產率曲（qǔ）線之上, 說明（míng）乳化（huà）煤油的浮（fú）選速度比煤油的浮選速度快. 當刮泡為1 min時, 兩者的精煤累計灰分相同(7104 %) , 而乳（rǔ）化煤油的精（jīng）煤產（chǎn）率比煤油的高出15133 %; 當（dāng）刮（guā）泡為6 min時, 乳化煤油的精煤產率為（wéi）71138 % , 灰分為

7184 % , 煤油的精煤產率為64 % , 灰分為（wéi）8182 %, 乳化煤油的精煤產率比煤油的高7138 % , 精煤灰分比煤油的低0198 %. 實驗證明, 乳化（huà）煤油（yóu）的浮選效率和（hé）選擇性均比煤油高。

4　結　　論

　　(1) 在（zài）實驗範圍內超聲乳化煤油的粒徑與油水比有關, 隨著水比例的（de）增大, 乳化煤油的粒徑增大;油（yóu）水比為（wéi）1∶1時乳化煤油的粒徑最小; 乳化煤油在水中的分散性優（yōu）於煤油在水中的分散性.

　　(2) 乳化（huà）煤油與煤泥的潤濕熱較煤油（yóu）與煤泥的潤濕熱大; 潤濕熱與乳化煤油的粒徑有關, 乳化煤油的粒徑越小, 與煤泥作用的（de）潤濕熱則越大.

　　(3) 與煤油相比, 乳化（huà）煤油能更好地提高煤泥（ní）的接觸角; 也能更好地降低氣液界麵的張力, 有利於提高煤泥的浮選效果（guǒ）.

　　(4) 當獲得相（xiàng）同的精煤產（chǎn）率時, 乳化煤油（yóu）的耗量隻是煤（méi）油耗量的（de）1 /3, 乳化煤油的節油（yóu）效果明（míng）顯; 當藥劑耗量相（xiàng）同時, 乳（rǔ）化煤油的（de）浮選速度比煤油的浮選速度快; 當刮泡為6 min時, 乳化煤油的精煤產率比煤油的（de）高7138 % , 精煤灰分比煤油的低0198 %. 研究證明, 乳化煤油浮選的選擇性和浮選效率均（jun1）比煤油高, 藥耗量比煤油低.

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