絮凝劑作為助濾劑在 80 年代已在我國選煤廠應用 , 不但可降低精煤水份 2% ～ 4%, 而且可提高過濾機的處理能力一倍以上。絮凝劑并不是對每種浮選精煤都有效 , 這固然與煤炭性質有關 , 但是否與作為浮選藥劑的表面活性劑有關 , 尚不可知。為了摸清在絮凝劑作為助濾劑時 , 表面活性劑對浮精過濾的影響 , 筆者對比進行了系統(tǒng)研究 , 發(fā)現(xiàn)表面活性劑與絮凝劑在浮精過濾時 , 相互之間有協(xié)同作用。
1 原理
1.1 起泡劑對浮精過濾的影響
起泡劑多數(shù)是雜極性表面活性劑 , 可以在氣 - 液界面濃集 , 并在相界面上進行定向排列。由于極性集團與水分子發(fā)生作用 , 在氣泡表面形成一層水化層 , 阻礙氣泡的兼并 , 促使空氣分散 , 形成直徑較小的氣泡。礦漿中由于空氣分散 , 形成的氣泡上升到礦漿表面 , 集聚成泡沫層。
浮游選煤的泡沫層 ( 即浮選精煤 ) 為三相泡沫 , 如圖 1 所示。由于第三相的作用 , 三相泡沫比兩相泡沫穩(wěn)定性好 , 其原因如下 :
(1) 礦粒的裝甲作用。礦粒在氣 - 液界面密集排列 , 相當于泡沫的裝甲 , 防止氣泡互相兼并 , 阻止水膜流失 , 使氣泡不易破裂。由于氣泡兼并時需要消耗額外的能量才能使粘附的礦粒脫落 , 故兼并難以發(fā)生。
(2) 藥劑的作用。礦粒表面吸附有捕收劑 , 礦粒與氣泡附著時 , 捕收劑和起泡劑相互穿插 , 酷似編了一道籬笆。籬笆中夾著水層 , 提高了氣泡的強度。
(3) 礦粒形狀和大小的影響。粒度小和扁平形的礦粒 , 產生的泡沫穩(wěn)定性好。 
浮選精礦泡沫中含有大量的疏水礦物和少量的水 , 泡沫有較高的穩(wěn)定性 , 不易產生破裂 , 所以浮選精煤過濾比較困難。
1.2 浮選精煤的助濾
浮精的過濾 , 各選煤廠普遍使用真空過濾機 , 由于泡沫比較穩(wěn)定 , 過濾機的處理能力低 , 濾餅水分高。為了強化浮精的過濾 , 國內外廣泛研究使用助濾劑。比較常用的助濾劑有絮凝劑和表面活性劑。
絮凝劑作為助濾劑有三方面作用 : ①提高煤泥的有效粒度和孔隙度 ; ②減緩煤漿中煤的分層速度 , 有利于煤在濾扇上吸附 ; ③提高脫餅率。三者共同作用的結果 , 大大地改善了浮精過濾的效果。
2 表面活性劑在絮凝助濾時的協(xié)同作用
這里所說的表面活性劑是作為浮選藥劑的表面活性劑 , 主要包括起泡劑和能用于浮游選煤的陰、陽和非離子表面活性劑 , 也就是浮選添加劑或促進劑。這些藥劑在浮選過程中起到重要作用。在此研究的是這些藥劑對絮凝劑助濾時產生的影響。對于過濾機來說 , 評價的工藝技術指標是濾餅水分、單位面積處理量和濾液的固含量。在本研究中 , 用不同浮選藥劑產生的浮選精煤礦漿進行助濾試驗 , 用過濾工藝指標來評價不同藥劑和絮凝劑的協(xié)同作用的大小。
2.1 起泡劑與絮凝劑的協(xié)同作用
研究中所用的 3 種起泡劑是國內外工業(yè)上常用的、對浮精過濾無惡劣影響的起泡劑。ＭＩＢＣ和仲辛醇有較好的起泡性能。ＧＦ為雜醇油 , 是兼有一定捕收性能的起泡劑。所生產的礦漿分別以藥劑的名稱稱呼。起泡劑與絮凝劑的協(xié)同作用見圖 2 。
從圖 2 可以看出 , 不用絮凝劑助濾時 ,3 種礦漿的濾餅水分基本相同。ＭＩＢＣ礦漿過濾機的處理量 ( 也就是濾餅重 ) 小 , 仲辛醇和ＧＦ礦漿處理量基本相同。ＧＦ礦漿濾液濃度偏高 , ＭＩＢＣ次之 , 仲辛醇最低。
當用絮凝助濾時 ,3 種礦漿的濾餅水分和濾液濃度都明顯降低 , 處理量明顯增加 , 都不同程度地改善了過濾效果。但起泡劑不同 , 其影響也有較大的差異。ＧＦ礦漿的助濾效果好 , 濾餅水分和濾液濃度顯著降低 , 處理量顯著增加 , 證明其與絮凝劑有更好的協(xié)同作用。這是由于ＧＦ起泡劑兼具有捕收性 , 改善了礦粒表面疏水性的緣故。而ＭＩＢＣ和仲辛醇礦漿的助濾效果基本相同 , 其與絮凝劑助濾沒有協(xié)同作用。由此可見 , 起泡劑的種類與絮凝劑在浮精過濾時有不同的作用。
2.2 浮選添加劑與絮凝劑的協(xié)同作用
浮選添加劑實質上是帶有親水基和疏水基的表面活性劑。表面活性劑也可作為脫水助劑使用。其作用主要有兩方面 : ①降低水表面張力 , 導致毛細阻滯力的降低 ; ②改善煤表面疏水性能 , 從而降低濾餅的水分。在此討論的是 , 作為提高捕收性能的浮選添加劑或促進劑對浮精過濾的影響 , 以及與絮凝劑的協(xié)同效應。
用于提高捕收性的浮選添加劑 , 其作用也是兩方面 : ①改善煤粒表面疏水性 , 更有利于氣泡的礦化 ; ②降低了油 - 水界面張力 , 提高了捕收劑在礦漿中的分散 , 有利于捕收劑與煤粒的吸附。試驗中使用了陰、陽和非離子 3 種表面活性劑。陰離子為油酸鈉 ( ＯＬ ), 陽離子為季銨鹽 ( 商品名為 1227), 非離子為ＯＣ浮選添加劑 ( 鏈烷醇酰胺類化合物 ) 。將這 3 種浮選藥劑產生的礦漿的過濾效果 , 與煤油產生的礦漿的過濾效果進行對比 , 看其與絮凝劑的協(xié)同作用。浮選添加劑與絮凝劑的協(xié)同作用見圖 3 。
圖 3 表面活性劑在絮凝助濾時的影響
從圖 3 可以看出 , 絮凝助濾時影響最大的過濾指標是濾餅的水分 , 而對于濾液濃度和處理量 ,4 種礦漿的效果基本一致。不用絮凝助濾時 , 用 1227 和ＯＣ作添加劑可降低濾餅水分 , 降低的幅度很小 , 而陰離子提高濾餅水分。用絮凝助濾時 , 均可提高浮精過濾效果 , 但不同性質表面活性劑并未產生不同的影響 , 即使是有降低濾餅水分的效果 , 也因絮凝助濾作用給掩蓋了。這證明能用于浮選添加劑的表面活性劑 , 與絮凝劑在浮精助濾時沒有共同作用。
2. 3 捕收劑與起泡劑的比例和絮凝劑的協(xié)同作用
在浮游選煤中 , 捕收劑與起泡劑的比例 ( 即油比 ) 也是一個很重要的指標。研究中用煤油作為捕收劑 , 以ＧＦ作為起泡劑。其比例選定為 20 ∶ 1,10 ∶ 1 和 5 ∶ 1 。
浮選藥劑完全相同 , 不用絮凝助濾 , 油比不同產生的礦漿其過濾效果基本相同。用絮凝劑助濾時 , 油比不同過濾效果有相當大的差異。捕收劑的比例越大 , 絮凝助濾的效果越好 , 隨著絮凝效果的增強 , 這種差異也越明顯。證明捕收劑與絮凝劑有很好的協(xié)同作用 , 這種作用主要是油比大 , 煤的表面疏水性越好 , 所產生的泡沫量也少 , 這些都有利于絮凝助濾。
圖 4 油比在絮凝助濾時的影響
3 結論
表面活性劑對浮選和過濾都有較大的影響。用絮凝劑作為助濾劑 , 也可明顯地提高過濾效果。經研究證明 , 不同藥劑產生的浮精礦漿 , 在過濾時用絮凝劑助濾產生的效果也有很大的差異。這也就是為什么有的選煤廠絮凝助濾效果好 , 有的選煤廠沒有一點效果的主要原因之一。本研究成果希望對那些浮精過濾困難的選煤廠 , 在選擇絮凝助濾時 , 要與浮選藥劑制度進行綜合考慮 , 希望對指導浮選作業(yè)、浮精過濾有一定參考價值。
