摘要：浮选是依据矿物表面物理化学性质的差异而实现分选的。其实质是疏水的煤粒粘附到气泡上,亲水的矸石等杂质留在水中,从而实现分离。浮选药剂的选择和使用是提高煤的浮选效果最重要的方法之一。本文分析了浮选药剂的作用机理，即增大矿物颗粒之间疏水性的差异，降低气液界面张力以产生大量稳定的气泡，从而使疏水亲气的煤粒得到分选。重点阐述了浮选药剂在选煤中的应用现状和最新进展。为我国选煤厂根据自身煤泥的可浮性和细泥含量选择合适的药剂提供了可靠的参考。
关键词：浮选药剂；捕收剂；起泡剂；调整剂。
我国是煤炭的生产和消费大国。但是随着采煤机械化的发展，原煤中的煤泥含量日益增加，同时用户和社会各方面要求进一步提高精煤质量，改善煤泥水处理方法，减轻环境污染，浮选在选煤中的作用日趋重要。
煤炭浮选是基于煤和矿物杂质的表面物理化学性质的差异实现的分选过程。为了强化分选效果，浮选中添加了各种浮选药剂，浮选药剂可以提高煤表面疏水性和煤在气泡上粘着的牢固度，在矿浆中促使形成大量气泡，防止气泡兼并和改善泡沫的稳定性，使煤粒有选择性地粘着气泡而上浮。所以提高浮选最有效经济的方法就是选用经济适用的表面活性物质做浮选药剂。
1. 浮选原理
浮选是利用矿物亲水性的差异而实现矿物分离的方法。易被水湿润的表面称为亲水表面，难被水湿润的表面称为疏水表面。煤各部分的显微组分是不同的，煤粒表面的大部分为非极性区域，部分为极性区域。有机组分的表面主要是非极性区域，矿物杂质等的表面主要是极性区域。煤粒在水中，其表面的质点和水分子相互极化，从而产生程度不同的水化作用。极性区域的水化作用较强，能生成较厚且较稳定的水化层，从而表现出亲水性。非极性区域的水化作用弱，甚至没有水化作用，表现出疏水性。浮选时，在搅拌和起泡剂的作用下产生气泡，气泡和煤中的疏水表面相接触时，因水化层较薄容易破裂，结果使气泡和煤中的有机组分粘在一起而上浮。而当气泡和由煤中的矿物杂质构成的亲水表面相接触时，要克服较厚的水化层的阻挡是困难的，故难以使其上浮。当煤表面吸附液相中的离子或分子后，其水化作用的大小程度会变化，故可通过向水中加入药剂的方法来扩大被分离组分间亲水性的差别，并产生大量合适的气泡，促进有机组分的上浮。
2. 浮选药剂的分类及作用机理
在浮选中,一般主要使用两种药剂，一种是改善煤粒表面疏水性的捕收剂，另一种是降低气液界面张力的起泡剂, 对于特殊的煤泥浮选，有时还要使用调整剂。药剂的选择主要取决于煤泥的性质及其所含杂质的种类和数量。
2.1 捕收剂
捕收剂是改变矿物表面疏水性，使浮游的矿粒黏附于气泡上。捕收剂的种类很多，按其在水中解离程度分为两大类：非离子捕收剂和离子型捕收剂。非离子型捕收剂主要是非极性烃类油和不溶性的酯类。前者本身是非极性物质，主要用于分选非极性矿物，如煤、石墨等，也可以用作某些极性矿物的辅助捕收剂；后者用于分选重金属硫化矿。离子型捕收剂的分子结构中一般有两个基团：极性基和非极性基。极性基能与矿物表面发生作用，使捕收剂同着于矿物表面，而非极性基起疏水作用。所以，这类捕收剂也称杂极性或复极性药剂。对于处理不同类型的煤泥时，需选择不同的浮选药剂，当浮选表面疏水性差的煤时(如：氧化煤)，就必须使用浮选活性高的药剂。而对于分选细泥含量高的煤泥,就应选择具有良好选择性的药剂。
国内外选煤厂用于浮选的捕收剂绝大多数为石油产品，主要为煤油、轻柴油等。我国石油资源相对贫乏，每年需要大量进口石油。所以，改善捕收剂的性能，减少捕收剂的用量，不仅关系选煤厂的效益，也关乎着国家的能源安全。近年来，国内外的学者作了大量有益的研究。谢维伟等人利用一种自主研发的新型乳化剂将柴油乳化后作为捕收剂，取得了良好效果，在显著改善煤泥的浮选效果的同时，可以节省 70% 的柴油。史建平研制 WL型浮选药剂，也取得了良好的效果。国外有学者使用四羟基糖醛基酯作为劣质风化煤非离子捕收剂，效果很好。
2.2 起泡剂
浮选矿浆经捕收剂处理后，矿物的表面性质达到了浮选要求，此时如果矿浆中存在性质良好的起泡剂就能实现浮选。普通的水或矿物悬浮液中通入气体只能形成少量大而易碎的气泡，不能形成泡沫，但往水中加入少量异极性表面活性物质，例如：醇、有机酸等，便可以得到小而不易兼并的气泡，气泡浮到水面，生成具有一定稳定性的泡沫。这些具有起泡作用的表面活性物质称为起泡剂。在煤泥浮选中，多数起泡剂也在煤粒表面发生吸附并显示捕收作用。 起泡剂多数是杂极性表面活性物质，可以在气—液界面吸附浓缩，降低气—液表面能，使气泡体系能量降低，促使空气分散，生成直径较小的气泡，并能在相界面上进行定向排列，使其极性端指向水，非极性端指向空气，由于极性端和水分子发生作用，在气泡表面形成一层水化层，阻碍了气泡的兼并，同时还可以增加气泡抗变形及破裂的能力。
在选矿历史发展中，起泡剂的使用不迟于捕收剂。但对其注意力不如捕收剂，主要原因是各国多就地取材。例如澳大利亚多用桉叶油、日本多用樟油、中国用松油等。随着有机合成技术的发展，近年来人工合成起泡剂已经取代天然起泡剂。在生产中合成应用的有FP-101 起泡剂、GF油和TR-85 浮选剂等，这些药剂与煤油、轻柴油配合使用，使药剂的消耗大多降到1. 5 kg/ t 干煤泥左右。起泡剂的选择也应根据煤泥的性质而定，对细泥含量高的煤泥，应使用浮选选择性好的起泡剂。近年来，国内李亚丽，张亚荣就起泡剂的使用做了相关研究。通过使用 X-316 起泡剂，不仅改善了浮选主要工艺指标，同时保证了全厂洗水闭路循环，提高了浮选精煤产率，降低了药剂消耗，取得了明显的经济效益。美国主要采用甲基异丁基苄必醇(MIBC)作起泡剂，由于其价格太高，国内选煤厂极少采用。
2.3 复合型浮选药剂
复合型浮选剂是近年来开发研究的一种新药剂，它兼具捕收、起泡双重功能。复合浮选药剂的设计思路是将捕收剂、起泡剂合二为一，并加入表面活性剂和添加剂进行乳化，制成水包油型复合药剂，使其具有捕收和起泡的双效功能，提高药剂的稳定性及在煤泥水中的分散能力，从而减少药剂用量和提高浮选效果。
国内研制的有MB、MC系列，FJ 系列复合煤用环保浮选剂，KL-1型复合浮选剂和FO合成浮选剂等。复合环保药剂的研制和生产大大降低了油耗，节约了能源，改善了浮选指标，药剂的单耗大多降到1. 0 kg/t 干煤泥以下。近年来张景来等人研制的 ME复合浮选剂，在实践中取得了非常好的效果。徐初阳等人研究的高效复合浮选药剂，安全稳定，适应性强比传统方法节油20-30%。
2.4 调整剂
调整剂的主要作用是调整矿物表面与捕收剂的作用和介质条件，提高浮选过程的选择性。有些调整剂对液—气界面的自由能影响较大，并因而影响气泡的弥散度及泡沫特性。例如，有松油形成的泡沫，若加入硫酸铜、硫化钠等调整剂。泡沫层的厚度会立即降低。
目前用于选煤的调整剂并不多，按作用分为活化剂、抑制剂、介质 PH调整剂、分散剂和絮凝剂4种。
2.4.1 活化剂
活化剂的主要作用是改变矿浆中的离子组成，降低有害离子的浓度，以促进目的矿物与捕收剂的作用，从而提高目的矿物的疏水性和可浮性。活化剂多为表面活性剂。具有杂极性分子结构，如胺类链烷醇胺—妥尔油脂肪酸缩合物，咪唑啉类、烷基苯酚甲醛缩合物，石油、木素磺酸盐类、烷氧基化的脂肪酸或脂肪酸酯类，乙氧基化的脂肪酸、羟基烷基化的聚胺类等等。由于考虑经济原因，选煤厂常用的活化剂现在多为硫酸铜、硫化钠、无机酸、碱等。
2.4.2 抑制剂
影响浮选指标最主要的矿物油两类：泥质矿物和硫化矿物。这些矿物质以细粒或微细粒嵌布，如果单体解离不彻底，则难分选；粒度过细时，解离得好，但又会降低选择性。泥质矿物易泥化，含量较高时使浮选过程受到干扰，严重影响分选作业。此外，硫化矿物的可浮性和煤相近，加上其组成和结构的碳质污染，使其可浮性更接近煤，影响精煤质量。为了提高煤中矿物表面的亲水性，削弱其对捕收剂的吸附能力，增大与煤的可浮性差异，可在矿物表面形成亲水性薄膜，抑制其可浮性，阻止捕收剂与其的相互作用。 通过使用抑制有剂可调高浮选完善指标，与此同时可以降低产品中的硫分。现在常用的抑制剂石灰、水玻璃、六偏磷酸钠等。其中有人研究发现六偏磷酸钠的抑制效果明显要好于水玻璃。国外选矿学者有研究使用羧甲基纤维素（CMC）作钙镁碳酸盐矿物的抑制剂，抑制效果特别明显。受此启发，国内学者使用 CMC作为煤炭浮选抑制剂，抑制矸石的效果也非常好。
2.4.3 介质PH调整剂
介质PH调整剂主要用于调整介质PH值，从而调整矿物表面电性，使介质的性质有利于某些矿物的浮选，不利于另一些矿物的浮选。各种浮选剂只有在一定 PH值范围内，才能达到效能最高，用量最小。此外，PH值调整剂对于消除水中离子的有害影响、调整细泥的分散和絮凝有重要的作用。选煤厂常用的PH调整剂有石灰、硫酸钠、硫酸等。
2.4.4 分散剂和絮凝剂
一般来说，使用分散剂后可减轻脉石细泥在有用矿物颗粒上的粘附强度，同时由于单个细泥脉石颗粒从气泡网络液膜中滑出的机率又比从矿粒聚集体中滑出的机率要大得多，所以使用分散剂常可改善浮选指标，获得较清洁的泡沫精矿。
目前常用的分散剂有六偏磷酸钠、硅酸钠、腐植酸钠、木素磺酸钙、碳酸钠、糊精等。有人选择六偏磷酸钠、硅酸钠、腐植酸钠、木素磺酸钙、碳酸钠、糊精6 种最常见的分散剂进行了应用实验，对平顶山尾煤进行脱灰分选，加入分散剂后，在一定程度上可降低超细精煤的灰分。也有学者研制PN胺类分散剂，改善了颗粒间的电性、亲水性，试验证明达到了非常好的降灰效果。
絮凝是将在液体中分散的且不易沉降或不能沉降的微细颗粒聚成较大絮团的过程。能有效促进絮凝作用的药剂就叫絮凝剂。絮凝剂在选煤厂中可以加快细粒煤在煤泥水中的沉降过程，提高浮选尾矿在浓缩澄清设备中的固液分离效率；作为浮选精煤脱水的助滤剂，还可以提高精煤的过滤效果。选煤厂常用的絮凝剂有石灰、明矾、淀粉和聚丙烯酰胺等。国内有学者研究改性淀粉高分子絮凝剂和新型乳液絮凝剂，都能使细泥颗粒沉降，改善压滤效果，提高选煤效率。还有学者使用凝聚剂和絮凝剂复配来处理煤泥水中的细颗粒，也取得了良好的经济效益和社会效益。
3. 结论
浮选药剂的选择和使用是提高煤泥浮选效果最重要的方法之一。当分选易浮煤时, 可以选择浮选活性略低些的捕收剂，但浮选表面疏水性差的煤时，应使用浮选活性高的药剂。对于分选细泥含量高的煤泥，就应选择具有良好选择性的药剂，必要时还需添加调整剂。起泡剂的选择应视煤泥中所含高灰分细泥的数量及浮选机的充气情况而定。对细泥含量高的煤泥，不宜采用起泡率高、气泡直径小、寿命长的起泡剂，以便减少细泥被泡沫层机械夹带，提高浮选的选择性。在浮选粗粒含量高的煤泥时，宜采用起泡率高、气泡直径小、寿命长的起泡剂，这有助于颗粒与气泡间的固着。此外复合型浮选药剂以及浮选药剂的乳化是今后的一个发展趋势。
参考文献：
[ 1 ] 吕玉庭，王劲草，吕一波．DR煤油乳化液的制备与应用．选煤技术，2003
[ 2 ] 王淀佐，卢寿慈，陈清如等．矿物加工学．中国矿业大学出版社，2003．
[ 3 ] 陈明强．煤用浮选剂的选择试验．选煤技术，1998
[ 4 ] 中国煤炭加工利用协会．选煤实用技术手册 中国矿业大学出版社，2008．
[ 5 ] 谢维伟，朱书全，吴晓华等．ZFC 型乳化浮选药剂在煤泥浮选中的应用．洁净煤技术，2007