微细煤与高岭石颗粒间的分子动力学模拟研究

掌握煤泥水中多组分微细颗粒间复杂的相互作用机制是解决煤泥聚团沉降、选择性分选及脱水困难的重要基础。为了探寻煤泥水中微细颗粒界面间微观作用机制,以煤泥水中主要微细颗粒煤和高岭石为研究对象,采用分子动力学(MD,Molecular Dynamics)方法对水溶液中微细煤与高岭石颗粒间相互作用进行了模拟研究,模拟计算了高岭石颗粒界面处煤大分子空间平衡构型、原子浓度分布曲线及水分子自扩散系数、原子间径向分布函数的影响。MD模拟结果表明:煤大分子在高岭石(001)面及■面吸附动力学平衡后,能够排开周围水分子与高岭石表面发生了稳定吸附作用,同时煤大分子中的部分苯环结构近似平行于高岭石表面,即苯环结构与高岭石不同表面间都存在较强的静电引力作用;煤大分子中的含氧官能团能够与高岭石不同表面形成氢键,但氢键在煤大分子与高岭石表面间相互作用中所提供的贡献非常小;存在水分子竞争吸附的情况下,煤大分子更容易与高岭石■面发生稳定吸附。为验证分子动力学模拟结果的正确性,采用扫描电子显微镜(SEM)对不同粒度级的煤与高岭石颗粒间微观作用进行观测分析,结果表明:在水溶液环境中,微细煤与高岭石颗粒间能够发生相互吸引作用,使得两者吸附在一起难以分开。水溶液中微细煤与高岭石颗粒间的微观作用机理主要是煤中含氧官能团与高岭石表面形成的氢键作用及煤中苯环与高岭石表面间的静电引力作用,其中以苯环与高岭石表面间的静电引力作用为主导。     

矿物组成对高泥化煤泥水处理的影响研究

为了实现高泥化煤泥水的高效处理,采用正交试验方法研究高岭石、石英、蒙脱石对高泥化煤泥水沉降、澄清效果的影响规律,并分析各矿物的作用机理。试验结果表明:高岭石对高泥化煤泥水处理的影响最大,蒙脱石次之,石英影响最小;这三种粘土矿物均可在水中泥化成微米级的颗粒,且其表面负电性强,不同颗粒之间存在水化斥力,致使煤泥水处理困难;由于粘土矿物颗粒的表面电位、官能团及水化膨胀性不同,各粘土矿物对高泥化煤泥水的处理效果影响不同。     

基于水化膜弱化促进煤泥脱水机理及试验研究

煤泥颗粒表面水化是煤泥脱水困难的重要因素之一,通过弱化煤泥颗粒表面水化膜促进煤泥高效脱水是一种新的技术方法。为掌握基于弱化水化膜促进煤泥脱水机理,采用密度泛函理论方法模拟了不同长链烷基季铵阳离子(表面活性剂)在煤泥水主要矿物颗粒表面的吸附,通过对吸附构型、Mulliken键布局及电荷的分析,研究了水及药剂在高岭石(001)面、α-石英(001)面和蒙脱石(001)面的吸附机理;通过开展煤泥脱水试验和接触角测试,探讨长链烷基季铵盐药剂对煤泥水分和表面润湿性的影响规律。结果表明,水分子在不同种类矿物(001)面的吸附稳定性顺序为石英>高岭石>蒙脱石,石英对煤泥脱水影响大于高岭石和蒙脱石;长链烷基季铵盐药剂在矿物表面的吸附稳定性明显高于水分子,说明药剂与水分子的竞争吸附作用顺序是蒙脱石>石英>高岭石;长链烷基季铵盐与几种矿物(001)表面吸附均是以静电引力为主,弱氢键为辅。随着长链烷基季铵盐药剂用量的增加,煤泥滤饼水分先减少后增加,当药剂用量为500 g/t效果最好,水分降低2.25%以上;随着药剂用量和链长的增加煤泥表面疏水性显著增加。控制药剂用量是实现高效煤泥脱水的技术关键,添加适量的表面活性剂有利于弱化矿物表面的水化膜,过量长链烷基季铵盐阻碍煤泥脱水。     

从黏土行为视角认识煤泥水沉降性能

黏土颗粒在煤泥水中是不稳定的,其颗粒粒度分布、表面水化膜厚度、电动电位分布等参数都会随浸泡时间增加而变化,从而导致黏土颗粒之间相互作用形式发生变化,黏土颗粒与煤颗粒之间相互作用也随之改变,最终表现为煤泥水沉降性能的变化和差异.文章以煤泥水中有代表性的黏土矿物——高岭石和蒙脱石为研究对象,分析了煤中黏土矿物在水中性质和行...     

黏土矿物对煤泥表面性质的影响

针对黏土含量较高的难处理煤泥水,以深度脱灰后的浮选精煤为研究对象,采用扫描电子显微镜、Zeta电位仪研究了3种常见黏土矿物高岭石、蒙脱石和伊利石对煤泥表面性质的影响.电子显微镜扫描结果表明:高岭石和伊利石在煤泥水中分散性差,存在较多大颗粒,有利于煤泥水沉降,而蒙脱石软化崩解后粒度更细,更易均匀分散,不利于煤泥水沉降.Zeta电位测定结果显示:高岭石和伊利石对煤表面的电负性影响较小,而蒙脱石增加了混合煤样的电负性,使煤泥颗粒更易稳定悬浮,不利于煤泥水沉降.从混合煤样的表面形貌和电位测定结果可得出,蒙脱石是影响煤泥水沉降效果的主要黏土矿物.     

煤泥水中钙镁离子的吸附特性研究

针对煤泥水中金属离子含量变化,从反应时间、pH值和反应温度三方面研究了钙、镁离子对高岭石、蒙脱石、煤的吸附特性.试验结果表明:钙、镁离子对高岭石、蒙脱石、煤具有相似的吸附特点,但钙离子比镁离子吸附能力强,煤泥水的pH值决定钙、镁离子的存在状态.     

硅酸钠对煤和高岭石浮选行为的影响

为深入了解煤泥浮选过程中硅酸钠对黏土矿物的选择性抑制机理,以煤和高岭石为研究对象,通过单矿物浮选试验、Zeta电位测定、X射线光电子能谱(XPS)分析,研究了硅酸钠对煤和高岭石浮选行为的影响。试验结果表明:p H值在7左右、硅酸钠用量为1 000 g/t时,煤和高岭石的分离效果最好,煤的可燃体回收率可达60.44%,灰分为8.03%;硅酸钠使煤和高岭石表面电位负移,增大了矿物间的静电斥力,p H值为中性时,煤和高岭石表面电位分别降低了6 m V和16 m V;XPS分析结果显示,与硅酸钠作用后,煤与高岭石表面Si原子相对含量增加,并且硅原子2P原子轨道(Si 2p)结合能变化值分别为-0.02、-0.19 e V,证明了硅酸钠在煤和高岭石表面的吸附为物理吸附,吸附量的不同是造成硅酸钠选择性抑制的主要原因。     

烷基伯胺作用下煤泥水中粘土颗粒聚团特性及机理研究

为探寻烷基伯胺类疏水改性剂作用下煤泥水中粘土颗粒的聚团特性及机理,构建了烷基伯胺阳离子极性头基甲基伯胺阳离子(CH_6N~+),以煤泥水中主要粘土高岭石和蒙脱石为研究对象,采用密度泛函理论计算方法,对甲基伯胺阳离子在不同粘土层面的吸附机理进行了模拟研究,研究结果表明:甲基伯胺阳离子能够在不同粘土颗粒表面发生稳定吸附,在高岭石(001)面、高岭石■面及蒙脱石(001)面较为稳定构型的吸附能分别为-125.385、-140.96、-299.31 kJ/mol;甲基伯胺阳离子在不同粘土层面的吸附机理主要是静电引力和氢键的共同作用,其中起主导作用的是静电引力作用。通过表面润湿性、Zeta电位、聚团观测、吸附量及聚团沉降试验,对十二烷基伯胺(DDA)作用下高岭石和蒙脱石颗粒的聚团特性进行了试验研究,以验证DFT模拟结果,试验结果表明:十二烷基伯胺在粘土颗粒表面吸附可改善粘土颗粒表面疏水性,降低颗粒表面电负性,促进颗粒形成疏水聚团,进而加速粘土颗粒的聚团沉降。     

蒙脱石与煤的异相凝聚机理

通过沉降试验、Zeta电位测试、光学显微镜观察和DLVO理论计算,研究了蒙脱石和煤颗粒间异相凝聚现象,并对其机理进行分析。试验结果表明:在试验p H值范围内蒙脱石与煤均会发生异相凝聚,但p H3时,蒙脱石和煤表面均荷负电,颗粒间静电作用为相互排斥,不利于两者凝聚。钙、镁离子对蒙脱石与煤的凝聚有促进作用,其中,游离态离子会压缩矿物双电层结构,减弱其表面负电性,并且部分离子可吸附在矿物的Stern层内,破坏双电层结构;水解形成羟基化合物和氢氧化物会吸附在矿物表面,促使蒙脱石和煤形成"静电桥"。DLVO理论证实钙、镁离子具有消除或减弱"位垒"的作用。添加抑制剂或消除矿浆中钙、镁离子,可有效减弱蒙脱石对煤泥浮选的不利影响。     

煤泥水中微细高岭石/蒙脱石颗粒表面水化分子动力学模拟研究

煤泥颗粒界面水化是煤泥水难以沉降脱水的主要原因,采用分子动力学模拟研究了煤泥水中主要微细黏土矿物颗粒高岭石及蒙脱石颗粒界面水化分子动力学特性,模拟计算了矿物颗粒界面水平衡构型、界面原子浓度、水分子扩散系数及金属离子的影响。研究结果表明:水分子能够通过氢键在高岭石及蒙脱石颗粒表面发生水化作用;随水覆盖率(或水分子数)的不断增加,矿物颗粒表面对水分子的束缚力逐渐减小,界面处的氢键作用逐渐减弱,其中水分子在亲水性的高岭石和蒙脱石界面能逐渐形成3个水分子层,总厚度为(8~10)×10-10 m;高岭石(001)面水化程度大于蒙脱石(001)面;二价金属离子对蒙脱石水化的促进作用强于一价金属离子。     

孙村煤矿选煤厂原煤系统改造

孙村煤矿选煤厂根据生产中存在的原煤煤质变化大、现有的生产能力不足、设备老化等问题,对原煤系统进行改造升级,利用原动筛车间增加了重介浅槽排矸系统,通过合理的设备选型与工艺布置,既减少了投资成本,又提高了选煤厂的生产能力和经济效益。     

商品煤备查煤样桶及专用煤样橱的研制与应用

商品煤备查煤样的保存与管理,是煤炭企业商品煤质量监督工作的重要环节,本文研制的专用备查煤样桶及橱,配合有效的管控措施使用,能确保备查煤样在一定期限内,真实再现当批商品煤质量和全水分。     

分储式煤仓在煤矿的应用

分储式煤仓主要适用于薄煤层及地质条件复杂的中厚煤层,比传统的单仓或双仓(煤仓和矸石仓)更具灵活性和实用性,解决了单仓煤矸混存和双仓运输环节复杂的弊端,从根本上实现煤矸分离,增加经济效益,     

煤的超细粉碎与超净煤的分选

分析了6种不同变质程度煤样的无机矿物组成、嵌布粒度，研究了煤样粒度和煤中无机矿物的解离度与磨煤时间之间的关系,并通过分选试验探明了粉碎粒度、无机矿物解离程度及其种类对分选效果的影响.试验研究表明,只有当煤的粒度粉碎到<10 μm时，无机矿物才能得到较充分的解离；煤中的无机矿物主要是黏土，黏土含量小的煤可以分选出超净煤，反之，黏土和黏土与有机物连生体含量高的煤，很难分选出灰分低于2%的超净煤；黏土含量高的煤，经过球磨后，在煤浆中出现大量和稳定的微小气泡，影响了超净煤的分选精度；低阶煤经球磨后，表面亲水性增加，即使粉碎粒度很细，用絮团-浮选也无法分选出超净煤.     

东滩矿选煤厂打造出口煤品牌的实践

结合出口煤品牌管理实践,从开展技术创新、优化品种结构、加强质量体系建设等方面,论述了东滩矿选煤厂在实施科技创新、锻造出口煤品牌方面的工作.     

井下煤仓煤位图像采集方法的研究

采用一种利用辅助光源对井下煤仓煤位进行检测的基本方法,研究了煤仓煤位图像的采集方法。首先介绍了井下煤仓煤位的图像检测原理,然后给出了辅助光源及CCD摄像机设置与选择的限定条件,通过理论分析与计算,结果表明根据这些限定条件选择和设置光源与CCD摄像机,可以有效地采集到反映煤位变化的图像信息。     

充分利用煤炭资源的有效方法——粉煤成型

本文对粉煤成型在充分利用煤炭资源方面的意义做了概括性的阐述 ,对粉煤成型的概念、任务及工艺分类等方面也做了简要的介绍。     

神华混煤与准格尔煤掺烧及其煤灰熔融性研究

对火力发电厂所燃用的神华混煤和准格尔煤的煤灰熔融性等煤质特性做了初步分析,并对未掺烧前发生的因煤灰熔融温度低而导致的事故进行分析及提出应对策略。同时,利用神华混煤与准格尔煤性质稳定的优点,通过对掺烧后的入炉煤干基灰分与煤灰熔融性的关系进行实验统计和分析,提出以入炉煤千基灰分对煤灰熔融性进行监控和掺烧煤配比的调整,实现锅炉的安全稳定经济运行。     

古书院矿选煤厂末煤系统改造实践

介绍了古书院矿选煤厂末煤系统改造工程所涉及的原煤煤质分析、重介车间厂房布置及工艺、煤泥水浓缩系统、压滤及控制系统等方面的内容,并重点阐述了改造后的末煤跳汰系统、浓缩和压滤处理系统的处理能力。