由于我國(guó)以煤炭為主的能源稟賦，經(jīng)濟(jì)發(fā)展嚴(yán)重依賴(lài)煤炭的支撐作用。但是，我國(guó)煤炭資源品質(zhì)不高，低階煤儲(chǔ)量較大，其中褐煤資源的保有儲(chǔ)量約1300億t，占我國(guó)煤炭資源總量的13%。在資源利用方面，90%的褐煤作為燃料用于發(fā)電，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且由于褐煤煤化程度較低，燃燒時(shí)產(chǎn)生的大量顆粒物也會(huì)造成環(huán)境污染。因此，積極推進(jìn)褐煤提質(zhì)，潔凈化利用褐煤，對(duì)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境有重大的意義。

褐煤提質(zhì)的主要方法有：干燥脫水提質(zhì)、成型提質(zhì)、熱解提質(zhì)和浮選提質(zhì)等，其中，浮選方法以其分選效率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。浮選是依據(jù)不同礦物表面的疏水性質(zhì)差異而實(shí)現(xiàn)煤提質(zhì)的一種有效方法，分為正浮選和反浮選。在煤的正浮選中，一般采用油類(lèi)為捕收劑，煤進(jìn)入泡沫產(chǎn)品中，矸石留在槽內(nèi)，從而達(dá)到分離效果；反浮選試驗(yàn)加入脈石礦物捕收劑，使其進(jìn)入泡沫產(chǎn)品，降低槽內(nèi)產(chǎn)品精煤的灰分。由于低階煤親水性強(qiáng)，采用傳統(tǒng)正浮選效果較差，故一些學(xué)者利用這一特點(diǎn)，采用反浮選對(duì)低階煤進(jìn)行提質(zhì)。

在反浮選研究中，針對(duì)不同脈石礦物選擇相應(yīng)的捕收劑是低階煤反浮選的重要研究方向，其中，離子液體以其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)及良好的選擇性成為了反浮選捕收劑的研究熱點(diǎn)之一。離子液體是指在室溫或接近室溫下呈現(xiàn)液態(tài)的、完全由陰陽(yáng)離子所組成的鹽，也稱(chēng)為低溫熔融鹽。其熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性高、溶解性?xún)?yōu)良，一般由有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成，常見(jiàn)的陽(yáng)離子有季銨鹽離子、咪唑鹽離子和吡啶鹽離子等；陰離子有鹵素離子、四氟硼酸根離子和六氟磷酸根離子等。根據(jù)之前學(xué)者的研究，吡啶類(lèi)離子液體對(duì)石英有良好的捕收效果，但此前并沒(méi)有關(guān)于將吡啶類(lèi)離子液體用于褐煤反浮選的研究中。

因此，本文采用石英捕收劑十六烷基氯化吡啶(cetylpyridinium chloride monohydrate,CCM)進(jìn)行褐煤反浮選，測(cè)試了CCM的溶解性質(zhì)、臨界膠束濃度，通過(guò)浮選實(shí)驗(yàn)探究了CCM對(duì)褐煤反浮選的效果。

1.實(shí)驗(yàn)樣品和方法

1.1實(shí)驗(yàn)樣品

本實(shí)驗(yàn)煤樣選自?xún)?nèi)蒙古勝利煤田，工業(yè)分析結(jié)果見(jiàn)表1，粒度組成見(jiàn)表2。

表  1  勝利褐煤的工業(yè)分析/%

表  2  浮選入料粒度分布

1.2 CCM的臨界膠束濃度測(cè)量

臨界膠束濃度：表面活性劑分子在溶液中締合形成膠束的最低濃度，其可用于確定浮選藥劑的最適宜的的濃度。CCM純度98%，采用JK99D型全自動(dòng)表面張力儀的白金板法分別測(cè)量濃度為（0、0.1、0.2、0.3和0.4）mmol/LCCM水溶液的表面張力，表面張力值幾乎不變時(shí)的濃度即為CCM的臨界膠束濃度。

2.結(jié)果

臨界膠束濃度

水的表面張力約為73.2 mN/m，不同濃度CCM溶液的表面張力變化見(jiàn)圖1。隨著CCM的加入，溶液的表面張力急劇降低，當(dāng)CCM濃度為0.1 mmol/L時(shí)，溶液的表面張力為41 mN/m。當(dāng)CCM含量繼續(xù)增加時(shí)，溶液表面張力幾乎保持不變，由此可知，CCM的臨界膠束濃度約為0.1 mmol/L。為探究浮選60 g/L礦漿所需的CCM用量并使礦漿中CCM在不斷消耗的過(guò)程中保持一定濃度，浮選試驗(yàn)的CCM濃度設(shè)定為0.2~1.0 mmol/L。

圖1不同濃度CCM溶液的表面張力變化

3.結(jié)論

(1）勝利褐煤中的礦物質(zhì)主要為石英、高嶺石和蒙脫石等，其親水性強(qiáng)的原因是含有羥基等大量含氧官能團(tuán)。

(2）CCM的加入可明顯降低水溶液的表面張力，當(dāng)CCM濃度為0.1 mmol/L時(shí)，溶液表面張力為41 mN/m，繼續(xù)增大CCM濃度，溶液表面張力幾乎不變。因此，CCM的臨界膠束濃度約為0.1 mmol/L。