CN108855626B - 一种含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂，由以下质量百分比的物质组成：烃类油95％‑99％，纳米粉体材料1％‑5％。其中烃类油是煤油、轻柴油的一种或多种，轻柴油选自10号轻柴油、0号轻柴油、‑10号轻柴油、‑20号轻柴油和‑35号轻柴油；纳米粉体材料是疏水性的纳米粒子粉末。将本发明的捕收剂应用于煤泥浮选中，烃类油在煤粒表面铺展形成疏水油膜，疏水纳米粒子粘附在疏水油膜上形成微/钠米粗糙结构，两者协同强化煤粒的表面疏水性，提高浮选指标，降低捕收剂用量。本发明的捕收剂制备方法具有工艺简单、操作简便和易于控制等优点。
Description
技术领域
本发明属于矿物浮选技术领域，涉及一种捕收剂制备方法，具体涉及一种含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂及制备方法。
背景技术
煤炭作为我国的主体能源，在一次能源结构中占70％左右，在支持我国工业快速发展的同时，带来了环境和资源方面的一系列问题。随着煤田地质条件的恶化、采煤机械化程度的提高和重介旋流器分选工艺的大量引入，原煤中煤泥含量越来越高，通常煤泥约占原煤入选量的10％-30％。浮选是提高煤泥利用效率、减少环境污染最有效的方法之一。
煤泥浮选是利用煤和矸石表面疏水性的差异将煤与杂质分开，在该过程中通常要加入捕收剂增强煤表面的疏水性，使其牢固地粘附在气泡表面形成矿化气泡沫，进而与亲水的矸石等杂质分离，从而达到分选的目的。煤用捕收剂多为煤油、轻柴油、燃料油等，这些烃类油的疏水性较强，在水中的溶解性较差，导致捕收剂的利用率较低、药耗较高。为解决上述问题，许多学者开发了新型乳化捕收剂，如中国专利公布号CN101982241A公开了一种乳化柴油捕收剂及其制备方法，中国专利公布号CN103056033A公开了一种煤泥微乳化捕收剂及其制备方法。近年来，复合浮选药剂也成为煤用捕收剂研究的新方向，涌现出GF、MB、MC和MZ等复合浮选药剂，中国专利公布号CN104525385B公开了一种选煤捕收剂及其制备方法。
固体表面的疏水性由其化学组成和微观几何结构共同决定，所以可以采取改变表面化学成分或者微观几何结构的方式来进行固体表面疏水性的控制。从控制疏水性的方式来看，烃类油、乳化捕收剂和复合浮选药剂等煤泥浮选捕收剂，均是通过在煤表面形成疏水油膜控制疏水性，属于化学疏水。表面自由能越低，其疏水性越强。由于表面能是材料的固有特征，具有最低表面能的光滑固体表面与水的接触角也只有119°，所以只有改变表面微结构才可以得到更好的疏水效果。在固体超疏水表面领域，研究人员通过同时控制固体表面的化学组成和微观几何结构来获取超疏水表面。自然界中荷叶的超疏水性质(“荷叶效应”)就归因于其表面低表面能蜡状物质与微/纳米粗糙结构的共同作用。由此得到启示，如果能在常规煤泥浮选捕收剂形成的疏水油膜上加入微/纳米粗糙结构，将有利于进一步强化煤表面疏水性，提高捕收剂的性能。目前，关于通过构筑微/纳米粗糙结构来改善煤泥浮选捕收剂性能的研究还尚未有报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂及制备方法，能够有效强化煤粒的表面疏水性，提高浮选指标，降低捕收剂用量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂，由以下质量百分比的物质组成：烃类油95％-99％，纳米粉体材料1％-5％。
所述烃类油是煤油、轻柴油的一种或多种。
所述轻柴油选自下述至少一种：10号轻柴油、0号轻柴油、-10号轻柴油、-20号轻柴油和-35号轻柴油。
所述纳米粉体材料是疏水性的纳米粒子粉末。
所述纳米粉体材料的粒度为1-100nm。
所述纳米粉体材料的接触角大于90°。
一种含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂的制备方法，步骤为：将烃类油在搅拌器上搅拌均匀，然后将纳米粉体材料加入，加入完毕后继续搅拌直至透明澄清，即得所述的含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂。
所述烃类油搅拌时的转速为100-400r/min，加入纳米粉体材料时的转速为500-1000r/min，纳米粉体材料加入完毕后仍然保持500-1000r/min的转速搅拌。本发明的有益效果是：
固体表面的疏水性一方面取决于固体表面化学组成，另一方面取决于固体表面微观几何结构。在公开的现有文献中，煤泥浮选捕收剂均是通过在煤表面形成疏水油膜改变煤表面化学组成来控制疏水性。受此影响，本领域技术人员在开发新捕收剂时往往只考虑选取更加优化的化学组成，并未考虑构筑微观几何结构。本发明克服这种技术偏见，提出了一种与传统捕收剂设计完全不同的技术方案，向烃类油中添加纳米粒子粉末，在烃类油形成的疏水油膜上构筑微/纳米粗糙结构，协同烃类油的化学疏水作用和纳米粒子的结构疏水作用，进一步强化煤表面疏水性，提高捕收剂的性能。与常规烃类油捕收剂相比，在浮选指标基本相当的条件下，本发明的捕收剂可以降低捕收剂用量15％以上，经济效益显著。本发明的捕收剂制备方法具有工艺简单、操作简便和易于控制等优点。
附图说明
图1是本发明纳米粒子捕收剂在低阶煤浮选精煤表面吸附的电子探针照片。
具体实施方式
本发明的一种含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂，由以下质量百分比的物质组成：烃类油95％-99％，纳米粉体材料1％-5％；其中：
烃类油是煤油、轻柴油的一种或多种；轻柴油选自下述至少一种：10号轻柴油、0号轻柴油、-10号轻柴油、-20号轻柴油和-35号轻柴油；
纳米粉体材料是疏水性的纳米粒子粉末，优选的，纳米粉体材料的粒度为1-100nm，接触角大于90°。
上述含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂的制备方法，步骤为：将烃类油在搅拌器上以100-400r/min的转速搅拌均匀，然后在500-1000r/min的转速下将纳米粉体材料缓慢加入，加入完毕后仍然保持500-1000r/min的转速搅拌直至透明澄清，即为本发明的煤泥浮选捕收剂。
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
制备方法：参照表1中的配方组成，将0号轻柴油在搅拌器上以300r/min的转速搅拌均匀，然后在800r/min的转速下将不同含量的疏水性SiO2纳米粒子粉末缓慢加入，加入完毕后仍然保持800r/min的转速搅拌直至透明澄清，即为本实施例的煤泥浮选捕收剂。
实施例2
制备方法：参照表2中的配方组成，将0号轻柴油在搅拌器上以300r/min的转速搅拌均匀，然后在800r/min的转速下将三种不同接触角的疏水性SiO2纳米粒子粉末缓慢加入，加入完毕后仍然保持800r/min的转速搅拌直至透明澄清，即为本实施例的煤泥浮选捕收剂。
实施例3
制备方法：参照表3中的配方组成，将0号轻柴油在搅拌器上以300r/min的转速搅拌均匀，然后在800r/min的转速下将三种不同粒度的疏水性SiO2纳米粒子粉末缓慢加入，加入完毕后仍然保持800r/min的转速搅拌直至透明澄清，即为本实施例的煤泥浮选捕收剂。
浮选试验：低阶煤纯矿物(低灰精煤)浮选试验采用1.0L XFD型挂槽浮选机，主轴转速是1900r/min。称取50g煤样倒入盛有自来水的浮选槽中，按用量300g/t加入纳米捕收剂搅拌3min，按用量300g/t加入起泡剂(仲辛醇)，搅拌30s后，通入空气进行刮泡2min，刮出的泡沫和槽底的残留物分别过滤、烘干和称重，计算得到产品可燃体回收率，并采用场发射电子探针显微分析仪(EPMA)观察纳米粒子捕收剂在低阶煤表面的吸附形貌。
为了验证本发明的优点，选取0号轻柴油和本发明中实施例中的含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂对同一批煤泥进行浮选对比试验，试验结果如下表1-3所示。
表1
表2
表3
从表1-3可以看出，相比于0号轻柴油，本发明含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂在精煤可燃体回收率相当的条件下，能够降低捕收剂用量15％以上，反映了本发明含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂对煤泥的良好捕收能力。如图1所示，本发明的捕收剂增加了煤粒表面粗糙度，纳米粒子在煤粒表面构筑了微/钠米粗糙结构，通过烃类油的化学疏水作用和纳米粒子的结构疏水作用，强化煤表面疏水性，提高捕收剂的性能。
上述实施例中的0号轻柴油可以替换为煤油、10号轻柴油、0号轻柴油、-10号轻柴油、-20号轻柴油和-35号轻柴油烃类油的一种或多种。
以上所述仅是本发明的部分实施例而已，并不能限制本发明，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂，其特征在于：由以下质量百分比的物质组成：烃类油95%-99%，纳米粉体材料1%-5%；
所述纳米粉体材料是疏水性SiO2纳米粒子粉末；
所述纳米粉体材料的粒度为1-100nm，接触角大于90°。
2.根据权利要求1所述的含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂，其特征在于：所述烃类油是煤油、轻柴油的一种或多种；所述轻柴油选自下述至少一种：10号轻柴油、0号轻柴油、-10号轻柴油、-20号轻柴油和-35号轻柴油。
3.一种权利要求1所述的含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂的制备方法，其特征在于：步骤为：将烃类油在搅拌器上搅拌均匀，然后将纳米粉体材料加入，加入完毕后继续搅拌直至透明澄清，即得所述的含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂。
4.根据权利要求3所述的含有纳米粒子的煤泥浮选捕收剂的制备方法，其特征在于：所述烃类油搅拌时的转速为100-400r/min，加入纳米粉体材料时的转速为500-1000r/min，纳米粉体材料加入完毕后仍然保持500-1000r/min的转速搅拌。
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| PB01 | Publication | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liao Yinfei Inventor after: An Maoyan Inventor after: Qiu Yuliang Inventor after: Cao Yijun Inventor after: Ma Zilong Inventor before: An Maoyan Inventor before: Liao Yinfei Inventor before: Qiu Yuliang Inventor before: Cao Yijun Inventor before: Ma Zilong |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20191112 Termination date: 20200823 |