基于分子对接技术的难浮煤浮选捕收剂虚拟筛选研究

设计和优化高效绿色浮选捕收剂是浮选过程强化的热点和难点,针对难浮煤表面存在众多含氧位点的化学结构特性,将生物医药领域分子对接技术引入到难浮煤浮选捕收剂的虚拟筛选中,探究了多种捕收剂与难浮煤的分子对接结果,分析了分子对接结果与浮选结果之间的对应性关系,揭示了分子对接对浮选捕收剂筛选的指导作用。结果发现多种捕收剂与难浮煤分子以及煤中1、6、7、8号含氧活性位点的分子对接规律相同,整体对接与局部对接的结合能相互验证,均呈现出十二烷<十二醇<十二醛<十二酸甲酯<油酸的规律,并且均表明十二烷、十二醇、十二醛、十二酸甲酯和油酸与难浮煤分子的最优对接位点分别为碳氢结构、1号羧基、6号羟基、6号羟基和6号羟基,根据分子对接构型可知结合能存在差异性归因于氢键作用、疏水键合作用和空间位阻作用的不同。难浮煤可燃体回收率呈现出十二烷<十二醇<十二醛<十二酸甲酯<油酸的规律,浮选试验结果规律与捕收剂在煤分子整体以及1、6、7、8号含氧活性位点上的结合能规律相一致,即结合能绝对值大的捕收剂对应的浮选可燃体回收率更高,可燃体回收率与结合能绝对值呈现明显的正相关关系。研...     

煤泥浮选过程强化之二——低阶/氧化煤难浮机理探讨篇

为探明低阶/氧化煤的难浮机理,对典型低阶/氧化煤样品进行了粒度、密度、红外、XPS等分析,借助Washburn动态法对煤表面自由能进行了计算,使用界面极性相互作用理论对煤-水、煤-药剂及煤-水-烃油药剂相互作用能进行了计算,并借助AFM对烃油药剂分子与难浮煤表面相互作用力进行测试,在微纳尺度下验证了热力学计算结果。结果表明,低阶/氧化煤表面的极性基团是制约其难浮的关键因素,捕收剂中的极性基团可与低阶/氧化煤表面形成引力作用,强化药剂分子与煤表面分子的相互作用,是改善低阶/氧化煤浮选过程的有效途径之一。     

油酸甲酯对长焰煤的捕收性能及量子化学计算

为了探究油酸甲酯对麻家梁煤矿煤的浮选效果及相互作用机理,采用煤泥浮选试验、红外光谱、润湿热测定和量子化学计算方法,得到油酸甲酯、正十二烷与麻家梁煤矿煤作用前后的红外谱图、润湿热和前线轨道能量、吸附能等参数,研究了这些参数与油酸甲酯、正十二烷捕收性能之间的内在联系以及作用机理。结果表明:相同药剂用量下,油酸甲酯的精煤产率高于正十二烷,节省药剂用量50%以上。油酸甲酯与煤作用后的红外谱图在—OH振动减弱,在—CH_3、C—C等疏水基处振动变强,不仅覆盖煤表面含氧官能团,且覆盖后煤表面疏水基团增加,以此提高煤表面疏水性,从而提高浮选效果。油酸甲酯的润湿热远大于正十二烷,且通过量子化学计算发现,油酸甲酯、正十二烷的前线轨道能隙分别为8.45、4.82 eV,油酸甲酯在含硫和不含硫煤表面的吸附能分别为193.50、199.24k J/mol,正十二烷在含硫和不含硫煤表面的吸附能分别为102.49、114.82 k J/mol,故油酸甲酯具有更高的活性,更易在煤表面发生吸附,是一种低阶煤泥浮选高效捕收剂。     

煤泥表面张力与浮选效果关系的研究

随着高灰细泥浮选入料的逐渐增高,煤泥分选效果恶化的问题越来越突出,添加浮选药剂改善煤炭的浮选效果是最重要的途径。本文分别选用煤油和柴油为捕收剂、仲辛醇和QPJ为起泡剂,测定添加浮选药剂后煤浆的表面张力,再使用煤油做捕收剂、仲辛醇做起泡剂,进行实验室浮选试验,从而探索了浮选药剂对煤浆表面张力和浮选效果影响的变化规律。结果表明:浮选过程中煤浆表面张力与浮选效果的关系密切,随着捕收剂或起泡剂用量的增加,煤浆表面张力有10mN/m左右的降低,可燃体回收率增加15%左右,并且表面张力最低时可燃体回收率是最高的。     

低阶煤浮选捕收剂及其作用机理研究进展

低阶煤约占我国主体能源煤炭的57%,其洁净高效加工利用对煤炭行业落实国家“双碳”目标具有重要意义。浮选是处理细粒(-0.5 mm)低阶煤最为有效的方法。但因低阶煤天然可浮性差、浮选捕收剂消耗量大等难题,其工业化至今未能实现。为了降低低阶煤浮选捕收剂消耗量,提高其浮选性能,综述了非离子型、离子型和复配型表面活性剂类捕收剂,探讨并总结了其与煤表面的作用机理。表面活性剂类捕收剂主要通过氢键作用、静电吸附等与煤粒表面作用。非离子表面活性剂类捕收剂中苯环的存在有助于其极性基团中极性氧原子在低阶煤表面的吸附;离子表面活性剂类捕收剂对煤表面酚羟基的掩蔽作用强于羧基;复配表面活性剂类捕收剂的吸附是由表面活性剂与煤表面之间的静电与氢键作用、药剂长链对煤表面极性基团的覆盖作用、不同捕收剂之间的协同作用共同实现的。捕收剂的乳化有助于提高药剂的分散效果,复配表面活性剂形成的活性油泡可作用于煤表面的特定部位(疏水和亲水位点),明显提高药剂的选择性和黏附强度,降低低阶煤浮选药剂消耗量。     

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。     

炭黑-烃类油捕收剂强化炼焦煤浮选效果的机理研究

针对常规浮选药剂(如柴油、煤油等)难以实现难浮煤泥的高效浮选回收问题,以难浮炼焦煤泥为研究对象,基于炭黑颗粒的超疏水特性,将炭黑颗粒与正十二烷按1 g∶150 m L的比例混合配制成炭黑-正十二烷新型捕收剂,对比分析正十二烷和新型捕收剂对炼焦煤泥的浮选效果。采用X射线光电子能谱(XPS)和接触角测定仪对炭黑颗粒的表面疏水性进行测定,采用扫描电镜和能谱仪(SEM/EDS)分别对2种捕收剂作用前后煤表面颗粒形貌和元素进行表征。结果表明:炭黑颗粒主要含碳,表面官能团以C—C和CC为主,接触角达136°,极其疏水;新型捕收剂作用后的煤表面吸附有较多的纳微颗粒,且其表面碳元素含量显著高于正十二烷作用后的煤表面,表明炭黑颗粒可吸附于煤表面。炭黑-正十二烷的混合物作为捕收剂,不但增加了煤表面的疏水性,且炭黑颗粒吸附于煤表面可以增加煤表面的固体凸起点,从而在气泡-煤粒粘附过程中加速水化膜的破裂,促进煤粒-气泡粘附效率,提高难浮煤的浮选回收效果。     

难浮煤泥浮选的捕收剂筛选试验研究

研究了生物柴油、煤油和植物油酸甲酯对难浮煤泥的捕收效果,筛选出适合该煤泥浮选的最优捕收剂,为现场药剂制度优化提供指导。试验结果表明:在药剂用量最佳、精煤灰分相当时,生物柴油做捕收剂比煤油精煤产率高3.37%,尾煤灰分高1.07%,浮选完善指标高2.82%;生物柴油做捕收剂比植物油酸甲酯精煤产率高7.85%,尾煤灰分高2.86%,浮选完善指标高6.87%;对该难浮煤泥而言,生物柴油捕收效果最优。     

AO捕收剂对稀缺难浮煤泥的捕收效果研究

针对稀缺难浮煤浮选效率低的问题,研制了AO捕收剂。利用微量热仪、接触角9n,4定仪、微电泳仪等仪器研究对比了AO捕收剂、煤油、柴油对稀缺难浮煤泥的捕收作用,并进行了煤泥浮选试验。结果表明：AO捕收剂与难浮煤泥作用的润湿热、接触角均大于煤油和柴油;AO捕收剂与煤样作用前后的等电点变化值也大于煤油、柴油与煤样作用的变化值;在浮选精煤灰分大致相同的情况下,选用AO捕收剂后,开滦煤样和双鸭山煤样的浮选精煤产率、浮选完善指标、可燃体回收率均高于煤油、柴油与煤样作用后的平均值,表明AO捕收剂的浮选效果高于柴油和煤油。     

煤泥浮选过程强化之三——低阶/氧化煤浮选界面强化篇

低阶/氧化煤由于其表面孔隙发达、含氧官能团多,导致浮选捕收剂消耗量极大、效率低下,而界面强化是提高其分选效率的重要途径。从低阶/氧化煤表面含氧官能团与捕收剂的相互作用出发,开发一种新型的极性复配捕收剂,探索了极性复配捕收剂和孔隙机械压缩对低阶/氧化煤浮选界面强化的影响,并进行了浮选动力学试验验证;借助机械热压机对难浮煤进行处理,采用XPS光电子能谱、压汞仪及比表面积测试仪(BET)和红外光谱仪检测热压前后褐煤表面性质的变化,并运用Van Oss-Chaudhury-Good理论计算了煤样的表面自由能,探明了机械热压对褐煤表面物理化学结构的影响。机械热压过程对褐煤表面疏水性改善及浮选界面强化具有一定的借鉴意义。     

用烷醇酰胺浮选回收红柳煤的研究

针对细粒低阶煤亲水性强、常规捕收剂浮选回收难等问题,采用极性烷醇酰胺6501(椰子油脂肪酸二乙醇酰胺)为捕收剂,研究了其对红柳低阶煤的浮选性能,并就其作用机理,采用接触角、表面能、润湿热和XPS进行了分析。结果表明,随着捕收剂用量的增加,精煤产率先增加后降低,而精煤灰分持续增加,适当的捕收剂用量可以有效的回收低阶煤。经捕收剂处理后,煤与水的接触角随着药剂用量的增加先增大后减小,极性成分占比先降低后升高。适当的捕收剂用量可以显著降低煤-水润湿热,进而提高煤表面疏水性,而随着药量的增加,药剂的烷烃链分子之间通过疏水作用力相互吸引,致使极性头基朝外或者形成胶束,降低了煤颗粒表面的疏水性。XPS表明,烷醇酰胺6501的极性头基与煤表面的含氧基团作用,烷烃链遮蔽煤表面的含氧官能团,从而提高了煤泥的疏水性。     

正十二酸对朔州低阶煤泥浮选的促进作用研究

低阶煤表面含氧官能团多、疏水性差,常规烃类油捕收剂很难吸附到低阶煤表面,导致浮选效果差。以正十二酸和柴油按照一定比例配制复配药剂,以其作为捕收剂,对朔州某选煤厂低阶煤进行浮选试验,并探究了复配药剂的作用机理。研究结果表明,正十二酸和柴油复配,可改善柴油在矿浆中的分散性、提高煤泥颗粒的疏水性,对低阶煤浮选有显著的促进作用。复配药剂中正十二酸质量分数为25%时,精煤产率从柴油单独作用时的22.80%增加到61.66%,可燃体回收率和浮选完善度大幅度增加,浮选效果明显改善。     

无催化氧化煤油对低阶煤泥的浮选效果研究

为了解决传统浮选药剂浮选低阶煤时出现的捕收能力差、药剂消耗高的缺点,采用无催化氧化的方式制备了氧化煤油捕收剂,对煤油难以浮选的鄂尔多斯葫芦素煤进行了浮选试验。结果表明:在氧化煤油用量2 000 g/t,仲辛醇用量100 g/t时,可燃体回收率达90.62%,精煤灰分为11.89%;作为复合型浮选剂单独使用,其用量在1 500 g/t时,可燃体回收率达81.02%,精煤灰分为7.72%,浮选效果良好。按照官能团种类将氧化煤油分离成4种:非极性烃类组分、极性非酸类(羟基、羰基)组分、游离酸(羧基)组分和结合酸(酯水解酸)组分,并通过红外光谱手段对氧化煤油及各分离组分的主要官能团种类进行测定,发现氧化煤油中各可测分离组分的浮选性能从大到小依次为游离酸组分极性非酸类组分非极性烃类组分,结合酸组分须进一步验证。     

典型黄铜矿酯类捕收剂分子结构设计

新型高效低毒酯类捕收剂具有选择性高、捕收力适中的特点,更适用于品位低、嵌布细、难处理硫化矿的浮选。应用分子模拟技术,通过Materials Studio软件模拟构建药剂分子与矿物表面相互作用的最低能量构型并计算相互作用能,从药剂分子与不同矿物表面相互作用能差异的角度设计黄铜矿酯类捕收剂分子结构,在实验室合成目的药剂BK-300并进行浮选验证试验。     

矿浆界面性质对煤泥浮选效果的影响

为了改善细粒煤浮选过程中浮选药剂用量问题,提高浮选效率,文章采用了捕收剂煤油和起泡剂仲辛醇,通过表面张力测定及浮选试验,探究了矿浆表面张力对弱粘煤、焦煤和无烟煤三种煤泥浮选效果的影响。实验结果表明:对于三种不同煤质的煤泥进行浮选实验,随着捕收剂煤油和起泡剂仲辛醇用量的增加,浮选煤泥的可燃体回收率逐渐增加,当增加到一定程度后,可燃体回收率有轻微的下降趋势;同时矿浆表面张力逐渐降低后呈上升趋势,此时浮选煤泥的可燃体回收率及精煤灰分也先增加后降低。这表明矿浆的表面张力值对煤泥浮选有一定的指导意义。     

灵石煤泥可浮性分析及选别试验研究

对灵石煤泥的可浮性进行了评价,并对该煤泥可浮性差的潜在原因进行了分析。采用药剂乳化的方法,利用实验室旋流-静态微泡浮选柱作主体分选设备对其进行选别,结果表明,对该难浮煤泥进行乳化柴油浮选柱选别可以显著的降低捕收剂用量,提高精煤可燃体回收率。乳化柴油浮选柱选别是处理该难浮煤泥的有效途径,用药量少,浮选指标好,经济效益显著。     

第二讲 烃类油捕收剂

烃类可分为脂肪烃、脂环烃和芳香烃三类。它们的特点是分子中的碳氢原子都通过共价键结合,难溶于水,不电离,故又称为非极性捕收剂。通常用作捕收剂的烃类油有煤油、变压器油、太阳油、焦油等。烃类油捕收剂主要用于浮选表面疏水性大、天然可浮性好的辉钼矿、煤、石墨、硫和滑石等,也可作为其它矿物浮选的辅助捕收剂,其捕     

十二烷基苯与十二烷煤泥浮选试验研究

为了比较芳基与烷基药剂的煤泥浮选效果,以十二烷基苯、正十二烷、异十二烷做捕收剂,对新兴煤泥进行了浮选试验。结果表明:浮选新兴煤泥的最佳矿浆浓度为100 g/L,捕收剂与起泡剂的质量比为10∶1;在不同药剂用量条件下,十二烷基苯的浮选效果均优于正十二烷和异十二烷;在最佳捕收剂用量1.25 kg/t条件下,十二烷基苯的精煤产率、可燃体回收率和浮选完善指标分别比正十二烷高5.24、6.11、2.37个百分点,比异十二烷高1.62、2.03、1.41个百分点。     

钾盐浮选药剂研究进展

为使钾盐浮选科技工作者更好地认识钾盐浮选药剂的研发现状和发展趋势,介绍了国内外钾盐浮选常用的各类捕收剂、调整剂和起泡剂。重点介绍了十八烷基伯胺、十二烷基磺酸钠等捕收剂在钾盐浮选中的研究和应用现状。对国外粗粒钾盐浮选药剂研究作了重点介绍,如松香酸甲酯与C₈～C₁₈脂肪酸混合物、氢化松香醇-煤油溶液与脂肪胺混合物、脂肪胺和氧丙烯醇的组合用药等都可用于粗粒钾盐的浮选。指出捕收剂分子烷基碳链结构多样化、多官能团化、若干种药剂组合用药等是今后钾盐浮选药剂研究和发展的方向,强调粗粒钾盐浮选药剂的研究对未来钾盐浮选工业发展具有重要意义。     

黄铜矿和黄铁矿高选择性捕收剂计算机辅助分子设计

将计算机辅助分子设计应用到选矿药剂分子设计中,对黄铜矿和黄铁矿高选择性捕收剂进行设计,得出了合适的极性基团和非极性基,即目的新型捕收剂。在实验室合成了目的药剂,进行了黄铜矿和黄铁矿纯矿物浮选试验,浮选分离效果显著。初步验证了计算机辅助分子设计在选矿药剂分子设计中的可行性。