浮选药剂BET与煤和黄铁矿作用机理.pdf

26 卷 第 4 期 北京Vol.26 No.4 20048Journal of University of Science and Technology BeijingAug. 2004 收稿日期 2003–12–25胡军 男 45 岁 教授 博士 国家自然科学基金资助项目 No.50274036 浮选是细粒和极细粒物料分选过程中应用 最广泛的方法 它是依据矿物表面物理化学性质 的差异进行分选的 虽然利用矿物的天然疏水性 就可以进行分选 但为了提高目的矿物的纯度和 产率 通常加入一定的浮选药剂来强化矿物表面 的疏水作用 加入浮选药剂后 药剂与目的矿物 和非目的矿物都有可能作用,使浮选效果受到一 定的影响理想的浮选药剂只与目的矿物作用 很少甚至不与非目的矿物作用,这样可以最大限 度地提高浮选作业的效果 笔者在进行煤的浮选 脱硫降灰研究过程中把浮选药剂 BET 应用在 金属矿的浮选引入到煤的浮选脱硫降灰作业 并且获得了理想的浮选效果 实验结果表明 当 BET 用量分别是普遍浮选药剂 GF FS202 的 1/10 和 1/100 时 浮选产率和浮选的选择性均优于GF 和 FS202 且不受 pH 条件的影响 [1] 1BET 与煤和黄铁矿作用机理 实验所用的试样是纯煤样和纯黄铁矿样. 纯 煤样是以镜质组为主的主焦煤 取自辽宁的灵山 选煤厂跳汰块精煤 灰分为 8.5. 黄铁矿为手选 大块 经破碎 摇床分选 最终得到纯的黄铁矿 1.1 BET 对煤和黄铁矿表面电位的作用 随着浮选理论的发展 人们越来越深刻地认 识到固液界面的电位对浮选过程有重要的意 义. 为了研究 BET 与煤和黄铁矿的作用机理 分 别测定了煤 黄铁矿和 BET 微珠的电动电位 见 图 1 同时测得了 BET 与煤和黄铁矿分别作用 后的表面电动电位 见图 2 实验结果表明煤的等电点 IEP 与其他文 浮选药剂 BET 与煤和黄铁矿作用机理 胡军 1 康文泽 1 2 1 黑龙江科技学院资源与环境学院 哈尔滨 150027 2 中国矿业大学化学与环境学院 北京 100083 摘要通过浮选药剂 BET 对煤和黄铁矿的表面电位 润湿性 ESCA 分析和吸附量测定等 方面的研究 揭示了 BET 与煤和黄铁矿的作用机理 并进行了实际煤样的分选实验 实验结 果表明 BET 的浮选效果要优于普通煤用浮选药剂尤其是用于高硫煤的浮选时它有很强 的选择性 关键词浮选 药剂 选择性 脱硫 分类号TD 923 24681012 pH 值 图 1 不同 pH 时煤 黄铁矿 BET 的表面电位 Fig.1 Surface potentials of coal, pyrite and BET at differ- ent pH values 煤 BET FeS2 –30 –20 –10 0 10 Zeta 电位/mV 24681012 pH 值 图 2 煤 黄铁矿与 BET 作用后的表面电位 Fig.2 Surface potentials of coal and pyrite after reacted with BET Zeta 电位/mV –10 –5 0 5 10 15 FeS2 BET 4 mol/L 煤 350 20044 献报道基本相当 BET 的 IEP 在 10 左右 BET 与 煤作用后明显改变了煤的 IEP煤的 IEP 变化值 3.7 远大于黄铁矿的IEP变化值 1.5人们通常 用药剂与矿物作用前后电位之差来评价矿物浮 选活性的变化 电位之差越大 药剂与矿物的作 用越好 [2]. 由此可看出 BET 与煤的作用效果较 好 而与黄铁矿的作用效果较差 1.2 BET 在煤和黄铁矿表面的润湿热 将固体浸入液体中所放出的热量称之为润 湿热 浸润过程能自动进行 体系的自由能降低 而且自由能降低主要以热的形式释放 润湿热越 大说明固体和液体间的亲合力越强 [3] 在实验中不仅测定了 BET 与煤和黄铁矿的 表面润湿热同时还测定了普通煤用浮选药剂 GF FS202 与煤和黄铁矿表面的润湿热实验数 据见表 1 分析表 1 BET与煤作用的效果最好 而与黄 铁矿作用效果最差而 GF 和 FS202 均与黄铁矿 有一定的作用 这也正是普通浮选药剂浮选高硫 煤时选择性差的主要原因之一 1.3 BET 在煤与黄铁矿表面的 ESCA 分析 化学分析电子能谱 ESCA 也称光电子能谱 XPS分析是用单色光源或电子来照射样品 使样品中的原子或分子的电子受激发 然后测量 这些电子的能量分布从而获得所需要的信息 由于进行的是煤炭浮选黄铁矿为煤系黄铁矿 所以这里只介绍煤 黄铁矿以及它们与BET作用 的碳谱. 表 2 为实验条件及碳谱结合能 矿物组 成 ESCA 定量分析见文献[4,5] 碳来自于不同的化学环境 药剂 黄铁矿 煤 和杂质 造成碳谱较为复杂 运用Gaussian和Lor- entzian 拟合对其进行分析 并以强峰杂质峰为 基准校正 其峰位和强度结果列于表2 杂质主要 是由仪器的密封真空油产生的 峰强度约 284.40 eV, 为表 2 中的 C3 峰 C 2峰对应于 CC C 和 NC为煤样中 C 原子 C1峰对应于 COO为 BET 吸附后的 C 原子 分析表 2 和文 献 [4] 中的表 3 可知经 BET 吸附前后 C 1峰的结 合能及峰强度都发生了较大的变化 随BET量的 增加 C1峰的结合能由 290.1eV 变为 286.7 eV 变 化大于 0.6 eV 峰强度由 1888 增加到 5533 元素 含量由 4.55增加到 13.42 这表明 BET 在煤的 表面得到吸附 并且BET在煤表面的吸附量随药 剂量的增加而增加 经 BET 吸附前后黄铁矿表面结合能没有变 化 随着BET量的增加 C1峰的结合能由286.4eV 变为 286.8eV 变化小于 0.6eV 而且峰的强度变 化也不大C 1 峰的元素含量由 10.5减少到 7.89 随药剂量的增加而没有增加 这表明BET 在黄铁矿的表面基本没有吸附 1.4 BET 在煤和黄铁矿表面的吸附 对 BET 在煤和黄铁矿表面吸附量进行了测 定测定结果见图 3. 煤对 BET 的吸附随药剂浓 度增加而增加 黄铁矿表面对BET的吸附增加量 则不明显 表明随 BET 的浓度增加 在煤和黄铁 矿表面吸附量的差距也越大 实验中还发现 pH 值在 49 条件下 BET 在煤和黄铁矿表面吸附量 基本没有变化 见图 4 说明 BET 对 pH 值的适应 性较强 此外 从图 4 中还可看出 煤对BET的吸 附量较黄铁矿对 BET 的吸附量要高 23 个数量 表 1 浮选药剂在煤和黄铁矿表面的润湿热 Table 1 Wetting heat of flotation reagents on coal and py- rite surfacesJ/g 矿物BETGFFS202 煤4.136 03.1431.79 黄铁矿0.972 12.1401.36 表 2 ESCA 分析的碳谱结合能 Table 2 Carbon chart binding energies by ESCA analysis 编号测试内容及条件 C1s结合能/eV 峰强度 C1C2C3 1煤290.1 1 888286.0 9 775284.6 23 646 2煤BET 0.001 mol/L 1.0 mL288.8 1 917285.8 14 161284.6 15 217 3煤BET 0.01 mol/L 2.0 mL286.7 5 533284.9 12 279284.4 15 692 4FeS2干处理286.4 3 056285.0 5 653284.1 4 382 5FeS2BET 0.001 mol/L 1.0 mL286.8 2 207285.2 3 967284.2 6 941 6FeS2BET 0.01 mol/L 2.0 mL286.8 2 044285.3 3 605284.2 6 541 7BET288.4 4 885285.4 8 428284.5 16 434 Vol.26 No.4胡军等 浮选药剂 BET 与煤和黄铁矿作用机理351 级 进一步证明了 BET 与煤的作用效果较好 而 与黄铁矿的作用效果较差 2实际煤样的分选实验 煤样来源于山东淄博. 实验条件 1.5 L 挂槽 浮选机 矿浆质量浓度 50 g/L BET 用量 200 g/t GF 用量 600 g/t FS202 用量 900 g/t实验结果见 图 5和图 6 分析图 5 和图 6 BET 用量仅为 200 mL/t 时 精煤产率就能达到70 此时精煤中的硫含量为 2.6 而 GF,FS202 用量分别为 600 900 mL/t 时 其精煤产率才接近70 此时两者精煤中的硫含 量分别为 3.6和 3.9 因此在精煤产率 70时 用BET浮选的精矿中硫含量较用GF,FS202 浮选 的精矿中硫含量低1.01.3 脱硫效果明显 说 明 BET 对煤作用的效果较好 即使较少的用量 仍能达到较高的精煤回收率 BET对黄铁矿的作 用效果较差 甚至不与黄铁矿作用 使精矿中的 硫含量明显降低 BET 选择性强得到了验证 3结论 BET 是一种性能优良的浮选药剂 BET 的浮 选效果要优于普通的煤用浮选剂 尤其是用于高 硫煤的浮选时 它有很强的选择性 在浮选作业 中药剂的选择及使用直接关系浮选的效果 随着 洁净煤技术研究的深入开展 煤炭浮选脱硫降灰 的研究越来越为人们所重视 开发用量少 选择 性强的高效浮选药剂对选煤脱硫降灰有着重要 现实意义 参考文献 1胡军 王淀佐 胡永平.新型煤炭脱硫降灰浮选药剂 BET的实验研究[J]. 中国矿业大学学报, 20016578 2蔡璋. 浮游选煤与选矿[M]. 北京 煤炭工业出版社, 1991. 27 3沈钟,王果庭. 胶体与表面化学[M]. 北京 化学工业 出版社, 1997. 85 4胡军. 高硫煤脱硫降灰工艺与理论研究[D].北京北 京科技大学, 2001. 83 5胡军 宋剑华 王淀佐 等. 浮选药剂 BET 在煤与黄 10 6 10 5 10 4 BET 的初始浓度/mol L 1 图 3 BET 在煤 黄铁矿表面吸附等温线 Fig.3 Absorption isothermal lines of BET on coal and py- rite surfaces 10 7 10 5 10 6 吸附量/mol g 1 FeS2 煤 24681012 pH 值 图 4 不同 pH 值 BET 在煤 黄铁矿表面吸附等温线 Fig.4 Absorption isothermal lines of BET on coal and py- rite surfaces at different pH values 10 9 10 6 10 8 吸附量/mol g 1 FeS2 煤 10 7 BET 40 mol/L 02004006008001000 浮选药剂量/mol t 1 图 5 不同浮选药剂量时的精矿回收率 Fig.5 Concentrate recovery rates with different flotation reagents 30 40 50 60 70 80 回收率/ BET FS202 GF 02004006008001000 浮选药剂量/mol t 1 图 6 不同浮选药剂量条件下精矿中硫含量 Fig.6 Sulphur contents in concentrate with different flota- tion reagents BET FS202 GF 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 硫含量/ 352 20044 铁矿表面作用的ESCA分析[J]. 北京科技大学学报,2002, 245 483 Action Mechanism of Floatation Reagent BET to Coal and Pyrite HU Jun 1 , KANG Wenze1, 2 1 College of Resource and Environment, Heilongjiang Institute of Science and Technology , Harbin 150027, China 2 College of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China ABSTRACTThe study on the effect of floatation reagent BET on coal and pyrite, which mainly concerned the respects such as surface potential, wettability, ESCA analysis and absorption measurement of coal and pyrite, rev- ealed the mechanism of BET to coal and pyrite. The separation tests of practical samples were carried out. The re- sults manifested that the floatation effect of BET is better than that of other common floatation reagents and has a higher selectivity especially in high-sulfur coal sample floatation. KEY WORDS flotation reagent selectivity desulfuration From Journal of University of Science and Technology Beijing, 2004, 114 289 Cut Slope Reinforcement Technique in Open-pit Mines GAO Yongtao1, SUN Jianbo2, WU Shunchuan1, JIN Aibing1 1 Civil and Environmental Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2 Highway Development Limited Company of Henan Province, Zhengzhou 450052, China ABSTRACTThe design and practice in supporting the cut slope of an open-pit mine were introduced, in which thehigh pressure grouting was used in reinforcingthe weak ation in the slopes. Based on adetailed ge- ological survey of the slope, a theoretical analysis was carried out, and the design parameters were proposed, where the Tresca or Mohr-Coulomb yield criteria was employed. A patent technology, named “Technology of high pres- sure and multiple grouting in different levels within a single hole“, was employed in the construction. Anchor bars were also installed as grouting proceeds. This combines anchoring and grouting comprehensively and was found successful in practice. KEY WORDS mining engineering, open-pit slope; weak ation; supporting; high pressure grouting