煉焦中煤選擇性絮凝-浮選分離研究.pdf

1、煉焦煤是我國的稀缺煤種,近幾年我國煉焦煤原煤年產量超過12億噸,肥焦煤約3.8億噸,其中超過1億噸的肥焦煤中煤作為民用和電廠燃料使用,因而中煤的深度脫硫降灰對緩解稀缺煤資源短缺,提高資源利用率意義重大。但由于缺乏對煉焦中煤物料特性的認知,煤泥分選調控方法復雜且適應性差,迫切需要研究煉焦中煤的界面調控方法,通過選擇性絮凝-浮選分離的強化實現浮選效率的提高。
　　論文從浮選中煤的煤巖學特征入手,探索了顆粒的尺度效應,研究了中煤粒度變細

2、后對浮選過程的影響,研究了通過分散、選擇性絮凝提高微細顆粒的表觀粒徑并實現細粒浮選強化的界面調控方法;通過試驗研究與理論計算相結合,探討了煤泥浮選體系中絮凝劑PAM的選擇性吸附行為及礦物顆粒間界面作用的影響,提出了選擇性絮凝-浮選分離實現微細煤泥高效分選的方法。
　　論文首先研究了浮選中煤的煤巖學特征、表面熱力學特性及尺度效應。錢家營礦浮選中煤磨碎后(-45μm占65.80％),與礦物質共生的顯微組分由51.99%降低至20.75

3、%,得到了較好的解離。浮選中煤具有較低的表面自由能,而高嶺石表面自由能的非極性成分和極性成分中基于氫鍵作用的堿性分量遠大于浮選中煤,使其對極性和非極性液體的潤濕速率均高于浮選中煤。中煤粒度變細后的尺度效應體現在顆粒的幾何特征、界面化學性質及浮選行為三方面:隨著粒度變細,其比表面積和總孔容呈數倍增大,Ⅱ類孔增多,平均孔徑增加;基于毛細管作用的非選擇性捕收劑吸附作用增強,對去離子水的潤濕熱值急劇降低;中等紊流強度的浮選環(huán)境中,疏水顆粒(θ≥

4、80o)粒徑在-200+45μm范圍內上浮概率最大。因此,選擇性的增大煤的表觀粒徑,并強化礦物質的分散,可以增加二者的可浮性差異。
　　通過純礦物和人工混合樣品的浮選試驗及分析,研究了浮選過程中微細粒礦物質的凝聚分散行為及對浮選的影響。高嶺石和煤在酸性及Ca2+濃度大于0.1mM的溶液環(huán)境中均發(fā)生了異相凝聚,使煤的浮選回收率降低,精煤灰分提高,同時烴類油捕收劑加劇了高嶺石的夾帶;浮選時間隨物料粒度變細而延長,水回收率隨之增加,礦物

5、質的夾帶程度加劇;浮選中加入聚丙烯酰胺(PAM)顯著提高了微細粒煤的回收率,同時增大了水回收率。
　　研究了PAM在固液界面的吸附行為及對顆粒表面性質的影響。煤與高嶺石吸附A401均以物理吸附為主,反應吸熱并自發(fā)進行,PAM的碳鏈與煤表面以疏水鍵合作用為主,與高嶺石以靜電和氫鍵作用為主;煤吸附A401的驅動力大于高嶺石,煤對分子量為300萬的陰離子型聚丙烯酰胺(APAM A401)的吸附量是高嶺石的2.15倍,選擇性最好;煤吸附P

6、AM A401后,親水性官能團特征峰(酰胺基、游離的-NH2、仲酰胺N-H、C-N)增強,疏水性官能團甲基(-CH3)及亞甲基(-CH2-)減少,煤樣的疏水性略有降低,極性成分增加,非極性成分降低,表面自由能由39.92mN·m1增大為40.43mN·m1;高嶺石吸附PAM A401后疏水性略有增高,極性成分由58.27mN·m-2降低為55.05mN·m-2,表面自由能略有降低。
　　研究了PAM、分散劑、攪拌強度、攪拌時間對煤

7、和高嶺石絮體表觀粒徑分布的影響。絮體的分形維數與粒徑呈正相關性,而六偏磷酸鈉可強烈抑制高嶺石絮體的形成,提高了PAM吸附的選擇性。PAM A401濃度為12mg/L時,煤絮體的d10、d50、d90分別是高嶺石絮體的8.42、2.60和2.75倍,所形成絮體的分形維數為1.56,絮體體積較小但密實。量子化學模擬計算表明,PAM分子片段中與氮原子相連的氫原子和煤本體的芳香結構形成大π鍵作用,協同O—H…O作用極大的提高了PAM與煤的吸附能

8、,使PAM與煤吸附結合的穩(wěn)定性高于所構建的高嶺石的硅氧層和鋁氧層。對吸附PAM前后煤和高嶺石顆粒間的界面作用進行了擴展的DLVO理論計算,研究表明:相互作用能量參數是影響微細煤泥浮選體系顆粒間相互作用勢能的主要因素;煤顆粒之間的疏水吸引勢能高于靜電及范德華勢能2個數量級,吸附A401后煤顆粒之間靜電排斥力增強,疏水吸引勢能大小及作用范圍減小,導致其吸引勢能的絕對值減小;吸附PAM的煤和高嶺石顆粒之間靜電排斥力增大,親水排斥勢能減小,顆粒