表面活性剂型助滤剂的助滤原理与应用

表面活性剂型助滤剂的助滤原理与应用Feigeoer摘要从表面活性剂的极性基和非极性基的结构论述表面活性剂型助滤剂的结构与助滤性能的关系，并探讨表面活性剂的协同效应由于其特殊的助滤机理和良好的脱水效果表面活性剂型助滤剂得到广泛推广与应用关键词:表面活性剂，极性基，非极性基，助滤机理，协同效应TheFilteringMechanicsandApplicationofSurface-activatorFilterAbstract:Accordingtothesurfactant-polarandnon-polarstructureofthefilteraiddiscusstherelationshipbetweenperformanceanddrainageofsurface-activator.Findoutthesynergizingperformance.Becauseofitsspecialfiltrationmechanismandthegoodeffectsofdehydrationfilteraidofsurface-activatorhavebeenbeingwidelyused.Keywords:Surface-activator；Polar；Non-Polar；FilteringMechanics；Thesynergizingperformance1前言80年代以来，随着矿产资源大规模开采，细粒矿物的产出量不断上升，致使以浓缩、真空过滤工艺为主的选矿产品脱水问题日趋尖锐强化真空过滤、降低滤饼水份的简单易行的方法就是添加助滤剂选矿产品过滤所用的助滤剂主要有絮凝剂和表面活性剂型两大类，其中表面活性剂型助滤剂的降水作用要强于絮凝剂型助滤剂2表面活性剂型助滤剂表面活性剂一般由亲水的极性基团和疏水的烽链两部分组成，亲水基团常表现亲固性能，表面活性剂在浆体中的存在形式有

（1）聚集在气液界面；

（2）以分子（或离子）态溶解于液相中；

（3）形成胶束；

（4）吸附于固体表面，在高浓度时出现半胶束吸附和多层吸附由表面活性剂在浆体中的存在形式可知其助滤行为主要来源于降低滤液表面张力和使颗粒表面疏水化，后者作用更大使颗粒表面疏水，既有助于降低滤饼层中孔隙的毛细压力，又可压缩、破坏固体表面水化膜，这样一方面可减少固体表面的附着水，另一方面又起着减小滤饼层中毛细管壁的阻滞力和扩大毛细管直径的作用，有利于疏通滤液流动的通道，这种作用对于细粒级物料更为重要就压缩、破坏固体表面水化膜而言，仅使固体表面个别、局部地疏水，对强化物料脱水没有明显效果，要大幅度降低滤饼水份，须使颗粒表面大面积疏水化从某种程度而言，表面活性剂型助滤剂在物料表面上吸附使物料表面疏水面积越大，则其强化物料脱水、降低滤饼水分的作用越明显

2.1极性基与助滤性能的关系表面活性剂在矿浆中表现出的亲水性和亲固性是来源于极性基的作用表面活性剂的极性基一方面影响着其溶解度，另一方面又决定着在固体表面吸附的强弱类似于浮选过程的捕收剂，作为助滤剂其极性基对物料应有较强的亲合性，但对其选择性并无要求只要求对矿体表面有较强吸附能力；同时，作为助滤剂其极性基的电负性或亲水性不宜太强，因为亲水性强的基团会对其吸附点周围的水分子产生较强的定向和诱导作用，不利于破坏水化膜，而且为了保证整个分子的疏水性，强亲水性的极性基必需要配有较长的煌链，烧链过长会对滤饼脱水产生不利影响2非极性基与助滤性能的关系作为助滤剂对烧链的要求是一方面助滤剂能吸附于矿物表面，使矿物表面疏水破坏或压缩水化膜，但不希望局部产生很强的疏水性，以致像捕收剂一样牢固地粘着泡沫在用表面活性剂进行助滤实验的过程中发现，在一定程度上表面活性剂的烽链愈长，强化脱水效果愈差非极性基过长不利于强化脱水的另一原因，是因为煌链越长，基分子间相互缔合能越大，在较大浓度时，容易产生双层或多层吸附，使得由于表面活性剂单层吸附而疏水的矿物表面又重新亲水仔细研究表面活性剂的疏水基结构与强化脱水性能的关系，还可发现非极性基的面积越大，强化脱水的效果越好目前为止的相关研究证明0T型表面活剂，由于其较大的疏水基的面积，生产应用也得到很好的效果3助滤机理3・1降低滤液表面张力在滤饼的毛细管中存在着阻碍滤液在颗粒间隙中流动的基本因素一一附加压强，它与气液表面张力有关，根据Laplace方程△P=bl/L+1/R2式中AP——附加压强；b气液表面张力系数；RiR2——通过曲面上同一点的任一相对应互相垂直正切口的曲率半径所以当降低滤液的表面张力时，阻碍滤液在颗粒间流动的附加压强也随之降低从而达到强化过滤的目的但也有一些学者认为溶液的表面张力与滤饼水分之间并没有特别直接的关系能降低溶液表面张力只是表面活性剂的一种基本性质，但并非具有低表面张力的溶液更容易从过滤中排出，例如，油酸钠比十二烷基磺酸盐更容易大幅度降低溶液表面张力，但从脱水效果上看，前者远远不如后者表面活性剂的作用，表现在对矿物表面性质以及对水和矿粒表面间作用的影响上，也即下面所说的使颗粒表面疏水化2矿物颗粒疏水表面活性剂是双极分子，当它吸附并覆盖在矿粒表面时，非极性基朝外，这样就会使矿粒疏水，从而达到助滤的目的因此表面活性剂自身的性质就决定了其作为助滤剂的作用效果众所周知，药剂的亲水亲油平衡值HLB决定着该药剂亲疏水特性，HLB值越小，疏水性越强所以从某一方面来说，药剂的HIB值决定了其助滤效果通常阴离子表面活性剂HLB值较高，阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂及一些两性离子型的HLB值均较小相关实验研究表明，油酸钠（HIB值18）、十二烷基磺酸钠（HLB值

12.3）及十二胺盐酸盐（HLB值29）分别作为赤铁矿的助滤剂，十二烷基磺酸钠效果较好，其次是油酸钠十二胺盐酸盐效果最差完全与其相应的HLB值相符，但HLB值越小，该药剂在水中就越难溶解和分散，因此就不容易将其制成一定浓度的均一液体为了解决这一问题，可以将其皂化或添加乳化剂、增溶剂、润湿剂等也有学者认为以上两点均对表面活性剂的助滤效果产生影响，最终是两者共同作用的即能大幅度降低溶剂表面张力的表面活性剂并非一定能用于降低滤饼水分此外表面活性剂具有降低滤饼比阻及降低矿粒表面电荷的作用助滤剂的添加一定要注意量的问题过量会导致滤饼水分升高这一现象与表面活性剂自身形成胶团有关实验证明，当助滤剂的添加量高于其临界胶体浓度值较多时，助滤剂自身会形成胶圈，将原来已吸附有表面活性剂的矿粒包裹在胶团中，使矿粒变为亲水性，滤饼水分又将升高4助滤剂的协同效应实践业已证明，添加助滤剂是降低滤饼水分，降低干燥能耗的一项有效措施同时也发现在某种情况下，若几种助滤剂混用往往能收到更好的助滤效果，助滤剂间存在着协同效应

4.1表面活性剂与电解质混用SuttonDavid在研究分散或悬浮颗粒的水溶液的过滤方法时，提出电解质盐类与非离子型表面活性剂共用可以进一步提高过滤速度在过滤一些有机聚合物、碳酸钙、瓷土、煤或其他矿物的悬浮液时，试验混合添加一些无机电解质（如氯化钠，氧化钙或氯化钢等）和非离子型表面活性剂，如脂肪醇聚氧乙烯酸或烷基荤酚聚氧乙烯酸，其过滤速度明显提高，滤饼表比阻力（AsR）显著下降国内邓常烈等用助滤剂SLS对东鞍山浮选铁精矿脱水助滤作用进行了研究，SLS是复方磺酸盐的简称研究结果表明表面活性物质SLS单独使用时，虽然也能降低滤饼水分，但没有和氯化钙联台使用时滤饼水分降低得多当氯化钙用量为120克/吨、SLS用量为400克/吨时，在常温自然pH值下可使滤饼水分下降

2.05实际上联合使用时氯化钙提高了SLS的过滤速度马澄亮等的研究认为添加电解质的主要作用是压缩矿粒表面的双电层，使电位提高（电位为负值时），导致脱稳，加速凝结同时也提出AF助滤剂与硫酸亚铁配台使用时效果较好2絮凝剂型和表面活性剂型助滤剂混用表面活性剂型助滤剂与絮凝剂型助滤剂混用，可明显地改善过滤效果如混合使用氯乙烯磺酸钠和丙烯酰胺，试验证明是高岭土悬浮液最有效的过滤和絮凝助剂另外还发现添加少量分子量为12X106的水解聚丙烯酰胺时，对于褐铁矿精矿滤饼的水分并没有任何影响而加入0T助滤剂，滤饼含水可由

14.2降到

12.8o若在添加0T助滤剂的同时，又加入少量的2一乙基已胺及水解聚丙烯酰胺，滤饼含水将会降低到

10.2值得注意的是，在混和使用表面活性剂与絮凝剂时，添加絮凝剂的先后顺序会影响过滤的操作过程和滤饼的最终水分，但经滤液模拟试验很容易确定台适的加药顺序R.Venkatadri等学者在研究细煤浆的过滤脱水时提出联合应用（a）矿浆预处理，（b）滤饼洗涤两方法可取得较为满意的结果为获得较高的过滤速度，首先在矿浆预处理过程中添加阴离子型絮凝剂Accoa（分子量为15X105聚丙烯酰胺类絮凝剂），然后用一种带有聚氧乙烯链的非离子型表面括性剂Tritonx—114或一种带有磺化琥珀酸钠基的阴离子型表面活性剂Aerosol—0T溶液洗涤滤饼试验表明添加表面活性剂洗涤液可破坏絮凝剂形成的絮团，脱除絮团中夹带的水分，因此本方法达到了双重目的既提高了过滤速度，又降低了滤饼最终水分，从而成为助滤剂应用研究的一个重要方向3其它混合助滤剂除上几种助滤剂间的协同效应外，尚发现一些混合型助滤剂具有一定的实际应用价值试验表明在选煤产品中添加1%的煤油，精煤水分可以从

26.6降至

14.1同时使过滤速度加快原因是增强了煤粒表面的疏水性郭汉骐等人也提出一类由多种高分子有机物组成的混和型助滤剂，即具有表面活性剂特性的S

505、C603分别用于南京梅山铁精矿和东鞍山铁精矿的过滤时滤饼水分均可以降到10以下，滤饼松散度提高173左右另外，张泽山、赵仁等人曾试验用天然粘土矿物（凹凸棒石、钙质膨润土）与合成3号絮凝剂配合使用作为铁精矿助滤剂，表明对东鞍山浮选铁精矿的过滤过程有明显的改善，此研究为寻找细粒铁精矿的脱水助剂开辟了一条新途径5助滤剂应用过去工程技术人员都将主要精力集中在磨矿和提高精矿品位及回收率上，而对产品处理的最后过程即过滤脱水作业注意较少，只有当精矿处理产生严重问题影响到选矿厂正常生产时，才不得不解决过滤脱水问题近十年来，鉴于选矿工业向着贫细矿方向发展，矿石的综台利用及分选技术降低了精矿的过滤性能，使选矿领域不仅面临微细粒矿物有效分选的问题，而且也面临微细粒矿物的浓缩过滤问题，如何有效地解决这些问题，已显得十分重要国外为降低精矿脱水过程中的干燥能耗，有的采用新型压撼设备，降低精矿滤饼水分，取消干燥作业；有的在过滤作业中添加助滤剂添加助滤剂的方法可以不必变动现有的过滤设备和工艺，就能达到提高过滤效果的目的而被人们所重视.铜精矿的过滤美国Sanmanuel选矿厂给过滤机的铜精矿细度为

0.043毫米，试验选用复合助滤剂（即絮凝精矿细颗粒的聚合物，降低液体表面张力的表面活性剂及载体剂），添加量为

0.18—

0.45公斤/吨精矿，工业生产使用该助滤剂后，极大减少了干燥费用.硫化铜精矿的过滤某铜精矿浓度为55%添加0T型助滤剂23克/吨，滤饼含水15—16经平行的两台干燥窑烘干之后，最终精矿含水

7.5—8当一台干燥设备发生故障时，单窑处理精矿，最终精矿含水将达到10不能满足生产要求对一系列助滤剂的使用效果进行了研究，最后选用如下组成的助滤剂混合物，使单窑干燥得以成功助滤剂用量为230克/吨时，滤饼含水11%；用量为450克/吨时，滤饼含水9—

9.5这种滤饼经单窑干燥后能满足用户要求0T助滤剂异丙醇

7.5%甲基溶纤剂

7.5%水25%.氢氧化铝溶液的过滤洗涤作业氢氧化铝溶液的过滤作业未添加助滤剂时经过洗涤后的氢氧化铝滤饼含水量分别是板式过滤机

12.0—

12.5鼓形过滤机

13.0%当在洗涤水中添加脱水助剂Drimaxl938用药量为50—60克/吨时，滤饼的含水量则为板式过滤机

7.0鼓形过滤机

10.1%明显降低过滤后的热力干燥费用，大大提高过滤作业的经济效益.反浮选铁精矿的过滤在pH值为10—

10.5的条件下，浮选石英后，用二氧化碳将铁精矿矿浆中和到pH大于6的浆体中，同时添加助滤剂Aerodril

04、絮凝剂ISF-587并以160c蒸汽进行滤饼的蒸汽干燥滤饼的最终水分由18降到了5—12某选厂经选择性絮凝一反浮选处理得到的铁精矿，矿浆pH调到7—

7.8之后，添加助滤剂Aerodril04或Nalco5WM-436（NalC0制品）并加入Catfloc—LV类阳离子聚电解质絮凝剂，蒸汽干燥，滤饼水分可降到

9.5-10o.国内为解决束鞍山浮选铁精矿这种微细粒不定形物料的过滤问题的发展东鞍山浮选铁精矿由于粒度较细而且含量较多，泡沫发粘，造成脱水过滤极为困难，滤饼水分一般在12以上，影响了烧结工艺酸化油-3132作为东鞍山浮选铁精矿助滤剂的工业试验获得了成功，使东鞍山烧结厂成为我国第一个工业应用助滤剂强化过滤脱水过程，降低干燥能耗的选矿厂酸化油-3132的主要成分烽类磺化物，是由石油中适当储份经过一定加工处理后与硫酸反应而制得的黄棕色油状物，易溶于水对于二段浓缩底流，用量为300克/吨矿时，滤饼水分可降低

2.8%，达到

10.2的满意结果对于一段浓缩底流，药剂用量为400克/吨矿时，滤饼水分可降低

2.4%，达到

10.3的较好指标6结语助滤剂的使用为微细粒物料的固液分离及降低热力干燥能耗提供了一种经济可行的方法国外广泛采用助滤剂来强化铜、铁等金属硫化矿、氧化矿和细煤的过滤脱水过程，对过滤处理某些非金属矿物原料特别是粘土矿物的过滤脱水的研究还相当不够目前，国内矿山的精矿脱水大都采用真空过滤机在这种情况下助滤剂的研究和推广更具有现实意义参考文献

[1]絮凝剂和表面活性剂在固液分离过程中的应用（英国），昆明选矿及提取冶金国际会议论文集.1993

[2]日本公开特许公报，1995N

49416.

[3]JohnE.Quinnet.al.US.pat:

41566491997.

[4]GerhardEdelmanet.al.US.Pat

41464731997.

[5]Venkatadri“FiltercakewashingwithCheroicalReagentsvMay.1998p72——

97.

[7]胡筱敏、罗茜、王常任.表面活性剂型助滤剂助滤行为的研究，2005pl7—

30.。