CN114289188B - 一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法 - Google Patents
一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法，步骤是：将煤样破碎，利用无机盐离子溶液将体系中的镜质组、惰质组调整为电性相反，然后利用离子型表面活性剂制备荷电微纳气泡，通过泡沫浮选法将带有与荷电气泡相反电荷的煤岩组分精准、快速富集至精矿中。本发明通过静电引力作用强化荷电气泡与荷电气泡电性相反煤岩组分的精准、快速黏附，完成镜质组和惰质组的高效富集，操作简单易行，成本低廉，煤岩组分富集效率显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及煤岩显微组分富集技术领域，具体涉及一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法。
背景技术
煤炭是由多种有机组分和无机组分构成的有机岩石。有机显微组分可划分为镜质组、惰质组和壳质组，无机组分多为脉石矿物。不同煤岩组分性质差异明显，导致应用领域各异，例如镜质组适用于轻质固体燃料、液化原料、气化原料等，而惰质组更适用于活性炭、石墨等碳素材料等制备。获得高纯度的煤岩单组分再加以利用，可以大幅提高我国煤炭资源的清洁与高效利用水平。
浮选法是分离细粒煤泥最为有效实用的方法，工业化应用成熟。同时，浮选法也被应用于煤岩组分分离富集领域，基于煤岩中镜质组和惰质组表面润湿性差异，可完成镜质组与惰质组的分离富集。目前，由于镜质组、惰质组的表面理化性质差异性较小，利用常规浮选方法难以对煤岩组分进行快速、有效富集，以致我国煤炭资源的精细加工与分质转化受到了一定制约。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法，用以提高煤岩组分富集度和富集效率，获得高纯度的煤岩显微组分。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法，包括以下步骤：
步骤一：制备荷电微纳气泡：首先配制一定浓度的离子型表面活性剂溶液，然后将溶液引入微纳米气泡发生装置，制备荷电微纳气泡乳状液；
步骤二：荷电微纳气泡浮选富集煤岩显微组分：将一定量荷电微纳气泡乳状液输入浮选设备中，加入煤样和无机盐离子进行调浆，随后依次加入浮选捕收剂、起泡剂调浆，最后充入气体进行煤岩显微组分浮选富集。
优选的，步骤一中，阴离子型表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠，阳离子型表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵，表面活性剂溶液浓度为0.25-1.50mM/L。
优选的，步骤一中，所述微纳气泡发生装置循环运行15-20min，制备完毕后静置1-2min。
优选的，步骤一中，所述微纳气泡粒度在100-200nm。
优选的，步骤二中，所述的荷电微纳气泡乳状液所占矿浆体积分数为30-50％。
优选的，步骤二中，所述的煤样粒度为-0.25mm。
优选的，步骤二中，所述的无机盐离子为铝离子、钙离子或镁离子中的一种或多种。
优选的，步骤二中，所述的无机盐离子添加量为60-90mg/L。
优选的，步骤二中，所述的浮选捕收剂为烃类油，用量为100-2000g/t；所述浮选起泡剂为醇类，用量为200-600g/t。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明提供的荷电气泡浮选，制备荷电气泡为纳米级，仅为100-200nm，比机械式、充气浮选机所获得的气泡小10-25个数量级，且气泡的分散度和浓度较高，可明显大幅提高煤岩组分的分选富集效率。
2.本发明利用盐离子能够有效调控煤岩各显微组分的表面电位，使镜质组、惰质组最大限度的表现为相反电性，通过静电引力作用强化荷电气泡与荷电气泡电性相反煤岩组分的精准、快速黏附，从而达到煤岩显微组分充分分离富集的目的。
3.本发明以单元浮选工艺为基础，添加荷电微纳气泡进行浮选，辅以盐离子对煤岩显微组分电性调控，工艺简单，操作方便灵活，可显著提高煤岩显微组分的富集效率，对于后续煤炭应用，包括煤气化、煤液化、煤燃烧以及煤热解等发展都具有重要意义。
附图说明
图1为本发明荷电微纳气泡浮选流程图。
图2为纳米气泡粒度分布图。
图中：1.微纳米气泡发生装置；2.出水口；3.入水口；4.荷电微纳气泡收集装置；5.输送管道；6.煤泥入浮管道；7.浮选设备；8.浮选精煤出料口；9.浮选尾煤出料口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法采用的装置包括微纳米气泡发生装置1、荷电微纳气泡收集装置4和浮选设备7，微纳米气泡发生装置1的上部出水口和下部入水口分别与荷电微纳气泡收集装置4连通，荷电微纳气泡收集装置4通过输送管道5连接浮选设备7，浮选设备7的顶部设有煤泥入浮管道6，浮选设备7上部设有浮选精煤出料口8，浮选设备7底部设有浮选尾煤出料口9。
以下实施例以及对照例试验采用的煤样取自新疆准东煤田某煤矿，为长焰低阶煤，该煤样灰分仅为3.07％，属于特低灰煤，又因为壳质组分极低，在试验过程中可忽略不计，试验煤样显微组成如表1所示。
表1试验煤样的显微组成
试验使用1.0LXFD型挂槽浮选机，主轴转速为2000rpm，充气量为0.15m3/min。称取80g干燥煤样倒入盛有荷电微纳气泡的浮选槽中，加入盐离子氯化铝，进行调浆3min，加入捕收剂煤油调浆2min，加入仲辛醇继续调浆1min后充气刮泡，刮出的泡沫和槽底的残留物即为浮选精煤和浮选尾煤，分别过滤、烘干和称重，计算产率并统计煤岩显微组分富集率。
实施例1
选用溶液浓度为0.25mM/L的阴离子型十二烷基硫酸钠溶液制备荷电微纳气泡(如图2所示，荷电气泡的粒度在100-200nm之间)，取400mL用以浮选试验，即荷电微纳气泡溶液所占矿浆体积分数为40％，无机盐离子氯化铝为90mg，捕收剂煤油用量为2000g/t，起泡剂仲辛醇用量为600g/t。
实施例2
实施例2与实施例1相似，区别仅在于制备荷电微纳气泡的十二烷基硫酸钠溶液浓度为0.75mM/L。制备的荷电气泡的粒度在100-200nm之间。
实施例3
实施例3与实施例1相似，区别仅在于制备荷电微纳气泡的十二烷基硫酸钠溶液浓度为1.0mM/L。制备的荷电气泡的粒度在100-200nm之间。
实施例4
实施例4与实施例1相似，区别仅在于制备荷电微纳气泡的十二烷基硫酸钠溶液浓度为1.5mM/L。制备的荷电气泡的粒度在100-200nm之间。
实施例5
实施例5与实施例1相似，区别仅在于制备荷电微纳气泡的溶液为阳离子型十六烷基三甲基溴化铵。制备的荷电气泡的粒度在100-200nm之间。
实施例6
实施例6与实施例5相似，区别仅在于制备荷电微纳气泡的十六烷基三甲基溴化铵溶液浓度为0.75mM/L。制备的荷电气泡的粒度在100-200nm之间。
实施例7
实施例7与实施例5相似，区别仅在于制备荷电微纳气泡的十六烷基三甲基溴化铵溶液浓度为1.00mM/L。制备的荷电气泡的粒度在100-200nm之间。
实施例8
实施例8与实施例5相似，区别仅在于制备荷电微纳气泡的十六烷基三甲基溴化铵溶液浓度为1.50mM/L。制备的荷电气泡的粒度在100-200nm之间。
对照例1
对照例1与实施例1相似，区别仅在于不制备荷电微纳气泡，采用直接浮选的方法进行浮选试验。
对照例2
对照例2与实施例1相似，区别仅在于制备荷电微纳气泡的十二烷基硫酸钠溶液浓度0.20mM/L。制备的荷电气泡的粒度在100-200nm之间。
对照例3
对照例3与实施例2相似，区别仅在于氯化铝添加量为100mg。制备的荷电气泡的粒度在100-200nm之间。
对照例4
对照例4与实施例2相似，区别仅在于使用0.25mM/L的十二烷基硫酸钠溶液600mL，体积占矿浆体积的60％。制备的荷电气泡的粒度在100-200nm之间。
采用上述实施例1-8以及对照例1-4的试验方法进行荷电微纳气泡浮选试验，浮选试验结果如表2所示。
表2浮选试验结果
从表2可以看出，浮选效果随着表面活性剂浓度增加先增大后降低，当阴离子表面活性剂浓度为0.75mM/L时，浮选产率最大为88.67％，煤岩显微组分富集率最高，相较于未使用荷电微泡浮选的对照例1而言，产率增加30.05％，镜质组富集率增加18.10％；当表面活性剂为阳离子时，微泡带有正电荷，此时浮选产物为惰质组富集物，尾煤为镜质组富集物，可以发现当表面活性剂浓度为1.50mM/L时，浮选效果最好，浮选镜质组分产率达51.17％，富集率达87.74％，同样效果显著。
从表2还可以看出，对照例2使用表面活性剂浓度过低时，使得荷电微泡电性过低，导致浮选镜质组煤产率降低，只有33.56％；对照例3使用盐离子氯化铝为100mg，浮选效果同样降低，这是因为添加氯化铝量的增加，使得镜质组分和惰质组分带有电荷差减小，导致带电微泡对于显微组分的吸引力降低，产率降低；对照例4使用荷电微泡体积量加大，必然导致不仅吸附了镜质组分煤，还吸引了惰质组分煤，导致富集率降低，浮选效果低下。
综上所述，对照例2、3、4浮选效果较未使用本发明方法的对照例1而言，虽然产率有所增加，但作用不明显，尤其富集率低下，均在80％以下，浮选效果差。
荷电微纳气泡浮选效果相比现有技术，综合具体实施例和对照例可以看出，无论是荷正电还是荷负电，对于富集煤岩显微组分效果都明显优于正常浮选，浮选指标具有显著提高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，不对本发明作任何限制，但在本发明的保护范围内。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。凡是根据本发明技术实质所作的任何修饰、修改或变更的情况下，均属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：制备荷电微纳气泡：首先配制浓度为0.25-1.50mM/L的阴离子型表面活性剂溶液或阳离子型表面活性剂溶液，然后将溶液引入微纳米气泡发生装置，制备荷电微纳气泡乳状液，所述的荷电微纳气泡粒度在100-200nm；
步骤二：荷电微纳气泡浮选富集煤岩显微组分：将荷电微纳气泡乳状液输入浮选设备中，加入煤样和无机盐离子进行调浆，随后依次加入浮选捕收剂、起泡剂调浆，最后充入气体进行煤岩显微组分浮选富集；所述的荷电微纳气泡乳状液所占矿浆体积分数为30-50%，所述的无机盐离子添加量为60-90mg/L。
2.根据权利要求1所述的一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法，其特征在于，步骤一中，阴离子型表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠，阳离子型表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵。
3.根据权利要求1所述的一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法，其特征在于，步骤一中，所述微纳米气泡发生装置循环运行15-20min，制备完毕后静置1-2min。
4.根据权利要求1所述的一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法，其特征在于，步骤二中，所述的煤样粒度为-0.25mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法，其特征在于，步骤二中，所述的无机盐离子为铝离子、钙离子或镁离子中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种基于荷电微纳气泡浮选的煤岩显微组分富集方法，其特征在于，步骤二中，所述的浮选捕收剂为烃类油，用量为100-2000g/t；所述浮选起泡剂为醇类，用量为200-600g/t。
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- 2021-12-24 CN CN202111608729.3A patent/CN114289188B/zh active Active
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