表面活性剂对神东低阶煤润湿改性机理研究

为了探究表面活性剂对神东低阶煤的润湿改性机理,选取三种不同类型的表面活性剂,采用润湿改性试验、接触角试验、Zeta电位试验、FTIR分析和分子动力学模拟的方法,对表面活性剂的润湿改性机理进行了研究.试验结果表明:非离子型表面活性剂(曲拉通X-100)对于煤的润湿改性能力最强,其次是阴离子型表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)...     

高分子抑尘剂对褐煤矿场细颗粒物的抑制特性

为减少褐煤矿场中无组织排放的细颗粒物进入大气,避免其对人体健康、生产安全和大气环境造成严重危害,选取聚丙烯酸乳液、瓜尔豆胶、聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素钠4种高分子单体,通过结壳硬度衰减实验筛选得到性能优良的单体瓜尔豆胶。以表面张力和接触角实验比较吐温-20、曲拉通X-100、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠 4种表面活性剂溶液对褐煤颗粒的润湿性能,实验发现非离子表面活性剂曲拉通X-100对褐煤粉尘的润湿性能最优。将高分子单体瓜尔豆胶复配以表面活性剂曲拉通X-100,开发得到一种褐煤矿场专用的结壳型抑尘剂。通过抗风蚀性能实验,考察不同单体浓度、不同风速条件对固化层风蚀后颗粒物数量浓度和粒度分布的影响,优选出最佳抑尘剂配方为质量分数0.7%的瓜尔豆胶和0.1%的曲拉通X-100。该抑尘剂可使煤堆表面固化形成具有一定厚度和强度的防护层,10 d后固化层硬度仍可达61.43,能抵抗15 m/s风速侵蚀而不受影响,足以应对北方大风天气。细颗粒物数量浓度降低至3.69×105 cm-3,颗粒物数量浓度峰值出现在0.85 μm左右,低粒径段颗粒物抑制效率总体由30.1%提高至94.4%,粒径0.1 μm左右的细颗粒物抑制效率增幅达到64%。实验结果表明,该抑尘剂对细颗粒物的抑制效果明显,是适合褐煤矿场专用的原材料易得、环保高效的抑尘剂。     

难浮煤表面性质及亲水性研究

低阶煤、氧化煤等煤泥浮选提质困难,很大程度上影响了选煤厂生产效率的提高。为探明低阶煤、氧化煤的难浮特性,从煤的宏观物质组成到微观的表面形貌和化学基团,系统分析了难浮煤表面性质;结合接触角和诱导时间测试,阐明难浮煤的亲水特性。结果表明,难浮煤表面粗糙,含有大量孔隙和裂隙,高灰微细矿物易吸附在煤粒表面,恶化浮选过程;难浮煤表面含有大量的亲水性官能团,不利于煤颗粒上浮;接触角测量和表面自由能计算结果表明,难浮煤表面极性成分多,煤-水相互作用较强;诱导时间测试结果进一步说明了难浮煤颗粒-气泡诱导时间长,其表面具有很强的亲水性,浮选提质难。     

超声波强化褐煤浮选及其作用机制探讨

为强化褐煤浮选,提出了在浮选矿浆中引入超声波的新型浮选方式,结果表明:超声浮选精煤产率比常规浮选精煤产率增加了20.31%,灰分降低了7.94%,其中-0.045 mm粒级产率增加了近2倍。采用筛分、扫描电镜、X射线光电子能谱、诱导时间测定仪等方法研究了超声波对煤泥粒度组成和表面性质的影响,并重点探讨了超声波强化褐煤浮选的回收机理。超声波对煤粒表面的清洗和破碎作用使颗粒表面细泥黏附减少,但并未改变煤粒表面疏水性与亲水性官能团含量。超声波可在浮选矿浆中产生大量微泡,既可吸附于褐煤表面增强其疏水性,又增加煤粒与气泡的碰撞/黏附效率。超声波产生的空化作用在一定程度上可使煤表面的水化膜变薄-不稳定-易破裂,进一步强化了褐煤的浮选回收。     

不同表面活性剂对氧化煤泥浮选促进作用的研究

以人工氧化煤为原料,研究了3种不同类型的表面活性剂FM、CTAB和SDS对氧化煤泥浮选效果的促进作用,再用润湿热和红外光谱研究了不同表面活性剂对氧化煤泥浮选的促进机理。结果表明:这3种类型的表面活性剂都可以促进氧化煤的浮选,且效果为SDS>CTAB>FM,说明阴离子型表面活性剂对该氧化煤浮选的促进作用最好。     

压强预处理对煤泥浮选效果的影响

分别将煤泥水抽气到负压状态和充气到加压状态,待恢复到常态后进行浮选实验,同时测量煤粒表面电动电位ζ。实验结果表明：煤泥水浮选前经负压预处理后,煤粒表面电动电位ζ的绝对值有所降低,精煤产率和浮选完善指标降低,浮选效果恶化;经加压预处理后,煤粒表面电动电位ζ的绝对值明显提高,精煤产率和浮选完善指标提高,浮选效果得以改善。分析了核化气泡在浮选中的作用,建立了煤粒表面存在核化气泡时的Stern双电层模型,并验证了该模型的正确性。     

煤泥浮选过程强化之六——浮选流体动力学与界面调控协同强化篇

为了实现煤泥浮选过程的强化,基于煤粒与气泡碰撞、煤粒与气泡粘附及煤粒从气泡表面脱落三个子过程,从流体动力学和界面调控两个方面,阐述了难浮煤泥的浮选过程强化技术。针对采用单一浮选过程强化方法的局限性,创新性地提出煤泥浮选流体动力学与界面调控协同强化的新思路。     

4种阴离子表面活性剂在煤沥青表面的润湿规律

为了探讨分散剂溶液对煤沥青表面的润湿性能,通过表面张力与接触角的测定研究了SDS,SDBS,NA和SN四种结构互异的阴离子表面活性剂溶液在煤沥青表面的润湿规律,并探讨了表面活性剂溶液在煤沥青表面的临界表面张力、铺展系数、黏附功和吸附机理。结果表明,SDS和SDBS溶液的表面张力和接触角均低于NA和SN,且计算得出的铺展系数高于NA和SN,而黏附功则低于NA和SN,说明SDS和SDBS溶液在煤沥青表面的润湿性强于NA和SN,而黏附性则低于NA和SN。4种表面活性剂的γlg-cosθ曲线均符合Zisman理论。SDS和SDBS的黏附张力(γ1gcosθ)与表面张力(γ1g)的曲线呈线性关系,可推测这两种表面活性剂分子在煤沥青表面的范德华吸附是润湿过程的主导因素。     

Gemini表面活性剂在地沟油制备微乳捕收剂中的应用

为实现低阶煤泥的高效浮选,以地沟油、Gemini阳离子表面活性剂(31709型表面活性剂)为主要原料制备新型高效微乳捕收剂(DG-1),检测结果表明,微乳液滴体积分数在98%以上,稳定性良好。浮选实验及成本利益概算表明,在药剂用量相同时,DG-1的浮选性能及所获精煤利润均优于0#柴油,其浮选性能的提高与31709型表面活性剂的添加密切相关。使用X射线光电子能谱仪(XPS)、接触角测量仪和微电泳仪对31709型表面活性剂提高DG-1浮选性能进行研究,结果表明,31709型表面活性剂有效覆盖了样品表面的含氧官能团,造成煤泥表面氧元素的含量减少,提高了煤泥的疏水性;吸附31709型表面活性剂后煤泥接触角增大了约12°,进一步验证了吸附后煤泥疏水性的增强;同时31709型表面活性剂对煤粒具有一定的分散作用,比煤粒单纯在水中更稳定,有利于浮选。     

药剂C-1对氧化煤浮选的促进机理研究

针对氧化煤浮选效率低难以回收利用的问题,研制了一种新型捕收剂C-1。首先,将表面活性剂(酯类表面活性剂、Span80)和单馏程非极性烃类油按不同比例混合,通过浮选试验结果确定最佳质量比为5%。然后,将C-1应用于氧化煤浮选试验,对比其与传统药剂的浮选效果,得到最佳药剂使用量,利用红外光谱和润湿热测量等手段研究了C-1对氧化煤浮选的促进机理。结果表明,C-1通过化学吸附与氧化煤表面的含氧官能团结合,提高煤粒表面疏水性,使煤粒与气泡结合更稳定,从而提高精煤产率、可燃体回收率及浮选完善指标。当C-1用量1200g/t,仲辛醇用量150g/t时,精煤产率为 64.51%,精煤灰分最低为 11.96%,浮选完善指标为 37.87%,此时氧化煤的浮选效果最佳。     

低阶煤颗粒-气/油泡间的疏水力常数研究

浮选实验表明油泡对低阶煤颗粒的捕收能力要远强于传统浮选过程的起泡。这主要是由于油泡表面被捕收剂覆盖,其表面疏水性要远高于气泡表面的疏水性。因此,在油泡浮选矿化过程中,低阶煤颗粒-油泡间水化膜的薄化速度要远快于煤颗粒-气泡间的薄化速度。诱导时间测试发现,随着DAH溶液浓度从10~(-7) mol/L增加到5×10~(-5) mol/L时,低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间从93 ms下降到12 ms。随着DAH溶液浓度从5×10~(-5) mol/L增加到10~(-3) mol/L时,低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间从12 ms增加到35 ms。当DAH浓度由10~(-7) mol/L(纯去离子水溶液)增加到5×10~(-5) mol/L,低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间由35 ms降低到10 ms。随着DAH浓度的进一步增加到10~(-3) mol/L时,低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间由10 ms增加到25 ms。为了从微观尺度下去表征油泡表面较气泡表面所具有的强疏水性,本文通过低阶煤颗粒-油/气泡间的诱导时间,利用non-DLVO理论及Stefan-Reynolds水化膜薄化模型,拟合出初始水化膜厚度h与疏水性常数K_(132)之间的关系,进而得到了低阶煤颗粒-油/气泡间的疏水力常数K_(132)与十二烷胺盐酸盐DAH溶液浓度的关系。疏水力常数K_(132)拟合结果表明,当DAH溶液的浓度为5×10~(-5) mol/L时,低阶煤颗粒-油泡间的疏水力常数K_(132)约为低阶煤颗粒-气泡间的疏水力常数K_(132)的3倍;当DAH溶液的浓度为10~(-6) mol/L时,前者是后者的15倍。因此,油泡表面较气泡具有更强的疏水性质。从而解释了低阶煤-油泡浮选矿化过程优于传统浮选过程的本质特征。     

低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间研究

为表征低阶煤颗粒-气/油泡间矿化过程的差异,通过Sutherland理论下固体颗粒进入泡沫产品的总概率(E)和浮选速率常数(k)之间关系,并结合低阶煤颗粒-气/油泡的浮选速率试验,求得了低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间。浮选实验研究表明,在相同的捕收剂消耗量下低阶煤-油泡浮选产率均高于低阶煤-气泡浮选产率。诱导时间测试表明,低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间(35 ms)要明显低于低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间(93 ms)。上述实验结果表明,油泡表面的疏水性要强于传统浮选气泡表面的疏水性。然而,进一步利用Sutherland理论中固体颗粒进入泡沫产品的总概率和浮选速率常数之间的数学关系,并结合低阶煤颗粒-气/油泡的浮选速率试验求得的低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间分别为9.67和8.46 ms,其与诱导时间测试仪分别测量的诱导时间差异很大。这主要是由于在实际浮选过程中气/油泡的上升速度分别为23.26和22.68 cm/s,其远高于2015EZ型诱导时间仪测试过程中气/油泡碰撞速度(2.0 cm/s)。因此,诱导时间理论计算表明气泡-颗粒间的碰撞速度对颗粒-气泡间的诱导时间影响很大。上述研究结果表明油泡浮选效果优于传统浮选的内在原因在于低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间小于低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间。     

超声波同步处理强化煤泥浮选的试验研究

为探究超声波对细粒煤泥浮选过程的影响,自制超声浮选装置进行浮选试验。 使用激光 粒度仪、扫描电子显微镜,分析超声波对浮选产品粒度组成和表面特性的影响;利用紫外分光 光度计测定矿浆剩余捕收剂量,计算超声波对捕收剂吸附的影响。 试验结果表明:在浮选过程加 入超声波后,可燃体回收率、浮选完善指数均有提升;100kHz超声波作用时,可燃体回收率比常 规浮选提高10%,改进效果最佳;在同等浮选条件下,超声浮选比常规浮选所需浮选药剂用量低 19%~35%。 超声作用能够去除煤粒表面吸附细泥,促使浮选气泡团聚,形成气絮团,提高大于+0.045mm粒级的浮选效率。     

浮选中颗粒-气泡间相对运动研究进展

颗粒-气泡间相对运动的研究对浮选机理的认知至关重要,对新型浮选机的开发和提高浮选效率均具有指导意义,本文系统综述了颗粒-气泡间相对运动的研究进展。早期研究过程中,研究者忽略了颗粒和气泡性质的影响,将颗粒视为随流线运动的点,气泡视为刚性球体,利用流线方程对颗粒-气泡间的相对运动展开研究;随着认知过程的不断深入,颗粒和气泡物理化学性质的影响逐步得到了关注,研究者分别从颗粒惯性力、重力、形状和粗糙度以及气泡表面流动性等方面并展开了大量研究;颗粒-气泡间相对运动的试验研究多通过颗粒沉降法进行,研究对象由单个玻璃微珠发展为大量矿物颗粒,且出现了关于运动玻璃球与上升气泡之间相对运动的研究。研究表明,当颗粒粒度较细、密度较小时,利用流线方程对颗粒-气泡间相对运动的研究具有一定的适用性;当颗粒粒度较粗、密度较大时,需考虑正负惯性力、重力等因素对颗粒-气泡间相对运动的影响。此外,颗粒形状的不规则性会影响颗粒周围液体对颗粒的作用力,导致临界碰撞半径减小,且颗粒表面不规则的凸起会促进颗粒-气泡间水化膜的破裂,减少诱导时间,增大颗粒表面粗糙度有助于增强颗粒-气泡间的黏附强度。气泡表面的流动性可采用"滞留帽"模型进行分析,具有较好的适用性。对于颗粒-气泡间相对运动的试验研究主要采用颗粒沉降法,亲水玻璃微珠只能在气泡上半球滑行,到达气泡赤道位置附近后便离开气泡,疏水玻璃微珠会刺破颗粒-气泡间的水化膜,越过气泡赤道后会继续沿气泡表面滑行并最终黏附在气泡底部,煤颗粒与气泡的黏附效率随碰撞角和密度的增大而减小。然而目前的试验研究多集中于静水领域,对于浮选流场中颗粒-气泡间相对运动的试验研究尚需进一步探索。     

纳米煤制备及其改善煤泥浮选的机理研究

为了探究普通浮选药剂里加入纳米级煤对煤泥浮选的影响,采用冷冻研磨的方法制备了纳米级超纯煤,并对其表面特性进行了分析.在煤浮选捕收剂正十二烷中加入纳米煤,制备液固混合浮选捕收剂用于煤泥浮选.通过X射线光电子能谱(XPS)结合润湿性分析表明,纳米煤颗粒主要以C元素为主,表面官能团以疏水性基团C-C和C=C为主,具有极强的疏水性.研究了正十二烷和纳米煤—正十二烷混合捕收剂对煤泥浮选的效果,并且通过扫描电子显微镜(SEM)对2种捕收剂作用后的精煤颗粒表面形貌进行分析表征.结果 表明使用纳米煤-正十二烷混配的新型捕收剂得到的精煤颗粒表面微纳颗粒显著增加,说明纳米煤颗粒在浮选过程中能够粘附于煤颗粒表面,从而增强煤的疏水性,并且增加了煤表面的固体凸起点.在浮选过程中,当气泡粘附煤颗粒时,这些微纳颗粒能够加速水化膜的破裂,促进煤颗粒和气泡的黏附效率,提高煤泥浮选效率.     

高气泡表面积通量浮选柱选煤参数的研究

采用高气泡表面积通量浮选柱浮选肥煤和气煤,检验浮选柱的性能, 探讨浮选规律,并根据试验结果对浮选柱的结构和操作参数进行调整。试验表明,多段发泡器的采用和布置显著增大浮选柱的气泡表面积通量, 还可以使气泡输送某些疏水颗粒的路程得到缩短, 有效地防止气泡的兼并以及疏水大颗粒因输送路程长而脱落的现象, 增加了对物料粒级的适应性, 提高了煤浮选效率。     

基于D-最优混料设计的长焰煤浮选药剂的优化

随着优质无烟煤资源的逐渐枯竭,国内外学者广泛的采用储量较为丰富的低阶煤制取超净煤,但采用常规浮选药剂浮选超细颗粒低阶煤时药耗大,分选性差。为了改善超细颗粒低阶煤浮选效果,以神东超细颗粒长焰煤为研究对象,选取非离子型表面活性剂(曲拉通X-100、司盘-80)和常规捕收剂煤油为原料制备新型复合浮选药剂,采用D-最优混料设计的试验方法,建立了复配药剂不同配比与浮选精煤灰分和产率之间的回归模型;通过因子作用分析和响应分析,研究了曲拉通X-100、司盘-80和煤油配比对浮选精煤灰分和产率的影响规律,并探讨了复配药剂中的因子作用与交互作用;通过优化试验,获得了复配药剂的最佳配比。结果表明:浮选精煤灰分和产率不仅受曲拉通X-100(A)、司盘-80(B)、煤油(C)复配药剂单因子的影响,还受复配药剂因子间交互作用的影响;在药剂配比中B或C因子所占比例较大时,会对精煤灰分和产率产生显著的影响,复配药剂因子作用对浮选精煤灰分和产率影响的大小为:BCA; A与B,B与C之间存在显著的交互作用,复配药剂因子间交互作用对精煤灰分和产率影响的大小为:BCABAC;复配捕收剂的最佳配比为:曲拉通X-100体积分数0. 7%、司盘-80体积分数1%和煤油体积分数98. 3%;在最佳配比条件下通过浮选试验可以得到灰分为1. 54%、产率为56. 04%的超净煤;在相同试验条件下与常规捕收剂相比,该复配捕收剂具有降低药耗、提高精煤产率和降低灰分的特点,具有较好的浮选效果。     

气泡、油泡和活性油质气泡在浮选中的应用和机理探讨

浮选是高效回收矿产资源应用最广泛的技术方法。气泡作为浮选载体在浮选过程中有着举足轻重的作用。以气泡-油泡-活性油质气泡为线索,对比了传统气泡与改性后油泡(气泡表层包裹一薄层油性捕收剂)、活性油质气泡(气泡表层包裹一薄层含有捕收剂的中性油)的浮选特性。通过浮选动力学分析了气泡与油泡、活性油质气泡浮选的区别,传统气泡浮选与改性后的油泡浮选均为2步反应,而活性油质气泡实现了1步浮选,大大降低了气泡与矿物颗粒间的黏附功,提高了浮选效率。从油-水界面表面活性剂解离度这个角度分析了活性油质气泡的表面性质,指出活性油质气泡的表面电性由表层中性油中添加的捕收剂和p H决定。通过DLVO理论计算了不同气泡与矿物颗粒间的相互作用能,从理论上解释了活性油质气泡浮选指标更好的原因。活性油质气泡在选矿中的成功应用表明,活性油质气泡与矿物表面的作用均强于传统气泡与矿物表面的作用,即活性油质气泡对矿物具有更强的捕收能力,相较于气泡和油泡的浮选,活性油质气泡浮选有利于提高浮选效率,降低捕收剂用量。活性油质气泡作为浮选载体从气泡这一特殊视觉为浮选行业开辟了一个崭新的研究领域。     

电解质对低阶煤油泡浮选矿化过程的影响

浮选矿浆中离子的种类与浓度直接影响着矿物颗粒和气泡的表面电位,进而支配着浮选矿化过程。从热力学和动力学两个方面入手,通过DLVO理论探究了不同电解质对煤粒和油泡间的相互作用势能的影响,结合其在不同电解质条件下诱导时间的差异,最终通过相应条件下的油泡浮选试验来证实电解质对低阶煤-油泡浮选矿化黏附过程的影响。结果表明:对于NaCl和CaCl_2两种电解质,随其浓度的增大,煤粒和油泡表面电位的负值均不断减小,煤粒和油泡间的能垒也不断降低,当CaCl_2浓度为100 mmol/L时,煤粒和油泡间的相互作用不存在能垒;并且随这两种电解质浓度的增大,黏附过程的诱导时间逐渐减小,相应地可燃体回收率不断提高,且相同的电解质浓度下,CaCl_2电解质对其相互作用能垒和诱导时间的降低程度更大,可燃体回收率更高。而对于AlCl_3电解质,当其浓度大于20 mmol/L时且随浓度的增大,煤粒和油泡间的相互作用能垒和诱导时间不断增大,相应地可燃体回收率则不断降低。