基于响应面法优化SDBS对低阶煤泥浮选的促进作用

针对低阶煤表面含氧官能团多,传统浮选药剂分选效果较差的难题,采用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为浮选促进剂开展了低阶煤浮选试验研究。通过单因素条件试验,确定适宜的柴油和SDBS用量分别为6～9 kg/t和800～1 500 g/t,仲辛醇与柴油用量比为1∶10～1∶5。在此基础上,采用响应面法对柴油、仲辛醇和SDBS的用量进行优化,优化试验结果表明,柴油、仲辛醇、SDBS之间存在交互作用,其主效应关系为:SDBS柴油仲辛醇,并获得了以浮选完善度为响应值的二阶回归方程,确定了柴油、仲辛醇、SDBS的最佳用量分别为8. 57 kg/t、1. 28 kg/t、1 307 g/t,此时浮选完善度的理论值为24. 16%,在最优药剂用量条件下开展了浮选验证试验,获得的浮选完善度为23. 98%,与响应面法得到的理论值基本相符,表明采用响应面法优化药剂制度准确可行。XPS宽程扫描检测结果表明,低阶煤表面的氧碳比为1. 40%,吸附SDBS、柴油和柴油+SDBS后,氧碳比分别降至1. 26%、1. 12%和1. 01%; XPS C1s分析结果表明,低阶煤表面的C—C/C—H基团含量为66. 47%,吸附SDBS、柴油和柴油+SDBS后,分别提高到72. 60%、75. 13%和77. 12%;吸附前后,低阶煤表面含氧官能团含量均明显降低,C—O基团含量由吸附前的16. 59%分别降低至15. 71%、14. 66%和12. 71%,C O基团由10. 09%分别降低至7. 70%、4. 23%和5. 64%,O C—O基团由6. 85%分别降低至3. 99%、5. 98%和4. 54%。XPS检测结果表明,将柴油和SDBS复配使用,作用效果优于单独使用柴油和SDBS。SDBS作为促进剂时,低阶煤表面C—C/C—H基团含量的增加以及含氧官能团含量的降低,表明SDBS与低阶煤表面发生了以氢键吸附为主的物理吸附,实现了对低阶煤表面含氧官能团的有效覆盖,同时,SDBS中的C—C/C—H基团暴露在低阶煤表面,增强了低阶煤表面的疏水性,有利于改善低阶煤泥的可浮性。     

提高内蒙古低阶煤气化水煤浆浓度的实验研究

低阶煤的内水高、含氧官能团多、可磨性差等特点导致其成浆浓度低,不利于后续以低阶煤水煤浆为原料的气化。为了解决上述问题,以内蒙古1号,2号煤样为研究对象,对比了采用普通制浆工艺与分级研磨制浆工艺制备的水煤浆的各种性能。结果表明:分级研磨制浆工艺不仅显著提高了2种煤浆-0.075 mm粒级含量。且当固定浆体表观黏度为1200 mPa.s、粗粉与细粉质量比为70∶30时,2种煤样所制水煤浆的最高成浆浓度分别为61.39%和58.52%,比普通制浆工艺所制水煤浆的最高成浆浓度分别提高了3.92%和3.94%,成浆浓度的显著提高有利于后续的水煤浆气化。     

预吸附水对低阶煤成浆性能的影响

针对低阶煤由于内水分高、含氧量高导致的成浆性差的问题,研究了预吸附水对低阶煤成浆性能的影响.结果表明,预吸附水处理后低阶煤的成浆性能得到了较大的提高,当制浆浓度达到63%时黏度仅为1 200 mPa·s,比相同黏度下原煤制浆浓度提高了约3%.元素分析结果表明,预吸附水后低阶煤含氧官能团含量没有发生变化;比表面积和孔隙结构测试结果表明,煤样预吸附水处理后比表面积减少,吸附水阻塞了一部分中孔,使总孔容积减少,减少了煤孔隙中分散剂的吸附,同时预吸附水使煤样的润湿性能增强,煤粒间的静电斥力增加,从而提高了低阶煤的成浆性能.     

无机盐与表面活性剂在低阶煤表面的协同吸附

针对低阶煤表面含氧官能团多、亲水性强、可浮性差等问题,采用非离子型表面活性剂——壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)和无机盐(NaCl、CaCl_2、Al Cl_3)对低阶煤泥表面进行吸附改性研究,分析其协同改性行为。吸附试验表明,NP-10在低阶煤泥表面的平衡吸附量随着其浓度增加逐渐升高,达到一定值后趋于稳定,吸附符合Langmuir等温吸附模型。吉布斯自由能(ΔG)和标准吸附焓(ΔH)为负值,说明该吸附过程为放热且自发过程,吉布斯自由能(ΔG)随温度升高逐渐减小,说明温度的升高能促进吸附过程。吸附动力学研究表明,准二级动力学方程适合描述NP-10在低阶煤泥表面的吸附动力学机制。Na~+、Ca~(2+)、Al~(3+)三种离子能促进低阶煤泥对NP-10的吸附,其中Al~(3+)的促进效果最好,Ca~(2+)次之,最后为Na~+。X射线光电子能谱(XPS)试验表明,低阶煤泥表面吸附NP-10后,煤泥表面碳元素含量显著增高,氧元素含量明显降低,说明NP-10的亲水基与低阶煤泥表面的含氧官能团结合,实现了对煤泥表面含氧官能团的有效覆盖,提高了低阶煤泥的疏水性。Na~+、Ca~(2+)、Al~(3+)三种阳离子电解质的加入,使低阶煤泥表面的氧元素含量分别降低了5.79%、6.77%、7.42%,含氧官能团含量进一步减少,尤其对C—O官能团影响最为显著。3种阳离子电解质都能促进低阶煤泥对壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)的吸附,促进效果为Al~(3+)Ca~(2+)Na~+。     

低温热改质煤对煤油水三元料浆流变特性的影响

对几种不同变质程度的煤采用低温热改质,使煤表面的性质发生变化,从而影响煤油水三元料浆的流变性。对料浆流变性的研究表明,成浆煤的低温热处理可以改变煤浆的流变性。料浆的屈服假塑性与煤表面活性含氧官能团和矿物质的含量有关,煤表面较高的亲水性有利于料浆屈服假塑性的改善。     

低阶煤高温高压水热处理改性及其成浆特性

褐煤、亚烟煤等低阶煤内水、氧含量大,直接制备浆体燃料,成浆浓度低、粘度大、流动性差。通过高温高压对低阶煤进行水热处理(热水反应),可以在较短时间内提升其煤阶和热值,同时改变其理化特征,进而较大程度提高其成浆浓度。结果表明,热水反应后,小龙潭褐煤最大成浆浓度可以由44.6%(原煤)提高到64.55%;印尼MIP亚烟煤最大成浆浓度则由39.71%(原煤)提高到64.61%。不同反应终温对于热水反应产物的成浆性能改善程度不同,从含氧基团化学分析以及煤水界面接触角两个方面进行了机理探讨。     

分散剂β-萘磺酸盐甲醛缩聚物对低阶煤制水煤浆成浆性的研究

低阶煤制备水煤浆成浆性能受到多方面因素影响,其中煤自身结构性质、自由水和电荷作用三者影响较大。分析了神木煤、哈密煤、榆林煤的微观结构,测试了分散剂β-萘磺酸盐甲醛缩聚物在3种煤上的吸附规律、分散剂不同掺量下煤中束缚水释放为自由水的量,研究了分散剂吸附量与束缚水释放量及水煤浆成浆性能之间的关系。结果表明:分散剂在低阶煤上的吸附量与比表面积不呈正相关;随着分散剂吸附量提高,变质程度偏高的煤质中自由水释放量快速下降,孔隙结构较多的煤质中则可能抑制自由水释放;低浓度分散剂吸附时,由电荷斥力和释放自由水同时作用提高成浆性能,高浓度分散剂吸附时,主要依靠电荷斥力提高成浆性能,自由水起次要作用;低阶煤制备水煤浆在表观黏度为500 mPa·s～1 000 mPa·s内均符合Bingham流体特征。     

哈拉沟煤制备水煤浆的成浆性与稳定性研究

低阶煤是优质的动力和化工用煤,将其制备成水煤浆是低阶煤洁净利用的重要方向,但内水含量高、含氧官能团丰富和孔隙发达的特点严重影响了水煤浆的浓度。为提高低阶煤可制浆浓度,实现低阶煤资源的高效洁净利用,采用粒度级配技术对哈拉沟长焰煤进行制浆试验,利用Turbiscan Lab稳定性分析仪分析了静置和离心力场下浆体稳定性。结果表明,分散剂用量为1.2%时,所得的水煤浆表观黏度最低,由于分散剂颗粒表面吸附使得颗粒亲水,形成的水化膜起到了"润滑"降黏的效果,在分散剂不足时,颗粒表面不能形成稳定性的水化膜结构,而分散剂用量超过最佳药剂量时发生了多层吸附,降低了体系自由水的含量,造成表观黏度的提高。水煤浆定黏浓度随着堆积率的提高呈现线性提高的特性,这是由于水煤浆浓度增大时,浆体中起分散介质作用的自由水比例逐渐降低,煤样的固体颗粒之间相互接触碰撞几率增加,颗粒的运动阻力增加,进而使得浆体的表观黏度增大。在堆积效率评价指标达到87.63%和药剂量为1.2%时,可制得定黏浓度为61.00%的水煤浆。分析浆体稳定性时,发现静置20 d条件下浆体稳定性I_(TS)值仍未超过0.2;离心作用可以加快其失稳过程,且随着离心力的增大,体系失稳速度和最终的I_(TS)值均更高;水煤浆的离心失稳过程呈现"快速上升—趋缓—再快速上升—稳定"的趋势,"趋缓"过程是前期体系压缩逐步挤压体系,使软沉淀逐步向硬沉淀转变的过程,而后"再快速上升"过程是硬沉淀的生成过程,由"趋缓"到"再快速上升"的离心作用时间约为10 min。     

宽沟煤热解半焦成浆性研究

为制备高浓度水煤浆,使用宽沟煤为原料,在气体热载体移动床反应器中制备了不同热解条件下的半焦,并考察了半焦的成浆特性。结果表明,热解半焦的成浆浓度高于宽沟煤,半焦浆体的表观黏度随着热解温度和热解停留时间的增加而降低。通过热解可将原煤的定黏浓度从61.15%提高到67.78%,并且提高了浆体的流变特性,屈服应力和稠度系数降低,说明热解改性是提高宽沟原煤成浆性的有效方法。热解提高了半焦的变质程度,降低了挥发分和含氧官能团含量,是半焦成浆性提高的主要原因。但热解降低了半焦的固水能力和浆体中颗粒间自由水的含量,使半焦水煤浆的稳定性有所下降,在成浆浓度66%时,原煤水煤浆的析水率为4.0%,640℃热解半焦水煤浆的析水率为14.0%。     

费托合成废催化剂蜡渣掺混对工业水煤浆成浆特性的影响

将蜡渣以不同比例掺入工业水煤浆中制备环保型水煤浆,可实现费托合成废催化剂蜡渣资源化、无害化处理。利用旋转流变仪测定浆体的最大成浆浓度、流变性等,借助Zeta电位仪定量分析添加蜡渣对于水煤浆稳定性的影响,使用FTIR表征煤、蜡渣颗粒表面的官能团,利用SEM和接触角测量仪对煤和蜡渣表面形貌和接触角进行分析,通过绘制蜡渣水煤浆的稳定分散图,探究蜡渣的掺混对成浆特性的影响机制。结果表明：随着蜡渣添加量的增加,浆体表观黏度增大,最大成浆浓度降低,水煤浆和蜡渣水煤浆都表现出剪切变稀的假塑性特征;加入蜡渣后,浆体的Zeta电位有所增大,蜡渣水煤浆的析水率与相同浓度的工业水煤浆的析水率相比区别不大;通过红外光谱仪及接触角分析仪分析可知,蜡渣表面活性差,疏水性强,进入水煤浆后,水会在蜡渣颗粒表面聚结,造成浆体中自由水损失,从而造成黏度增加,最大成浆浓度降低;同时由于煤表面形成了水化膜,其表面亲水,蜡渣表面疏水,在体系中二者不会发生团聚,所以蜡渣的加入对浆体的稳定性起到了一定的积极作用。     

低阶煤显微组分对混煤热解过程含氧官能团析出及转移规律的影响

采用化学滴定法,结合傅里叶红外分析,研究低阶煤显微组分对混煤含氧官能团析出及转移规律的影响,分析低阶煤镜质组分和惰质组分对混煤含氧官能团交互作用及析出转移规律的影响. 结果表明,混煤中酚、醇、醚、酯的C-O含氧官能团在热解温度达600℃时脱除达到基本稳定;400~600℃析氧率逐渐增加,之后稳定在30%左右,700℃后氧析出完全. 加入低阶煤使混煤热解过程中氢流失少于氧流失,有利于提高胶质体质量.     

低阶煤煤泥和浮选精煤制备水煤浆的影响机制研究

以低阶煤煤泥(LS)和浮选精煤煤泥(LF)为原料,通过成浆性实验并结合两种煤泥煤样的粒度分布、表面特性、灰分特征、润湿特性及对分散剂吸附性的测试结果,对LS和LF制备水煤浆的影响机制进行研究。结果表明:分别使用LS和LF作为原料制备水煤浆,当分散剂添加量(干基分散剂与干基原料的质量比)从0%增加至0.7%时,LS的最高成浆浓度(干基煤粉与煤浆的质量比)从58%提高至59%;LF的最高成浆浓度从51%提高至57%;LF与LS相比,灰分质量分数从37.05%降低至13.62%,有机组成无变化,无机矿物中石英含量降低显著,粒度分布范围较窄,对分散剂的饱和吸附量降低;LS和LF煤样中颗粒的径距分别为2.22和1.51,LF中颗粒的堆积效率较低,粒度分布是造成LS和LF成浆性差异显著的主要因素,LF的颗粒较细且尺寸较为接近,煤样颗粒表面的静电力使LF颗粒容易团聚在一起,分散剂作用于粒度较细且粒径相近的LF时,主要用于抵抗分子间的作用力,从而造成LF分散剂消耗量大,采用LF制备水煤浆,需充分考虑粒度分布的影响,选用分散性能较优的水煤浆分散剂。     

一种新型煤基燃料的制备

水煤浆是一种流体煤基燃料,不易长时间保存。将原料煤制备成低水分的粒（粉）状煤基燃料,能够解决普通水煤浆的运输成本高,安全性、稳定性差等问题。本文进行了商丘煤泥成浆性及其制备粒（粉）状煤基燃料的试验研究。结果表明：商丘煤泥成浆性很好,可制备浓度为73%,粘度为1066 mPa.s的水煤浆。制备好的普通水煤浆掺入已磨制好的干煤粉可制出含水量为11%～18%的粒（粉）状煤基燃料,含水量越高,恢复成浆浓度就越高。制备煤基燃料时,掺入干煤粉中含有少量分散剂的恢复成浆浓度比不含分散剂要高2%左右。掺入干煤粉中粗细煤粉含量不同时,恢复成浆的最高浓度也不同。     

烷基烯酮二聚体对褐煤疏水改性及成浆性能的影响

针对褐煤表面亲水基团丰富、孔隙发达导致煤成浆性能差的问题,以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为乳化剂制备了阳离子烷基烯酮二聚体（AKD）乳液,将其涂覆在经微波脱水后的褐煤颗粒表面,使煤样表面获得较强的疏水性;利用比表面积分析仪（BET）、X射线光电子能谱（XPS）和化学滴定法研究了AKD与煤表面的作用机理,同时测定了煤水体系的zeta电位以及煤水界面润湿性,结果表明AKD在煤表面发生了物理化学吸附,并当阳离子AKD乳液用量为1.5%时,改性煤粒表面zeta电位绝对值达到最大,褐煤与水的接触角从50.92°增加到121.10°;再将改性后的褐煤颗粒配合聚萘磺酸盐分散剂制得高浓度的水煤浆,当褐煤水煤浆黏度保持1000mPa·s时,最大成浆浓度从原煤的56.6%增加到61.20%,并且随水煤浆存放时间的延长其水煤浆的黏度保持稳定。     

改性木质素磺酸盐水煤浆添加剂对神华煤制浆性能的影响

针对神华煤难以制成高浓度水煤浆的现状,采用Haake RV-Ⅰ流变仪等研究了改性木质素磺酸盐水煤浆添加剂(GCL3S)对神华煤水煤浆制浆性能的影响,GCL3S的质量分数为0.8%、制得的煤浆中煤质量分数达到62.63%,黏度可低至896 mPa.s,优于同等条件下萘系添加剂(FDN)的降黏效果,在接近中性条件下GCL3S的制浆性能最好,升高温度可以提高浆中煤的质量分数,对于用GCL3S制得的浆体,最佳搅拌时间是20~40 m in,其抗剪切性能明显优于FDN,GCL3S对煤浆的稳定时间为10 d,优于萘系添加剂。     

低阶煤气化水煤浆添加剂的评价研究

在低阶煤燃料水煤浆专用添加剂技术的基础上,根据气化用水煤浆的特点与要求,通过调整主体添加剂的分子结构和复配物组分,研制出了性价比高的低阶煤气化用水煤浆专用添加剂,并进行了成浆性试验研究。     

An experimental study of stability of oil–water emulsion

There has been much interest in alternative fuels made from coal which is much more abundant than oil. The coal–oil–water slurry is a new type of oil-based synfuel composed of finely pulverized coal, oil and water. It has lower viscosity, lower ignition point and higher heating value than coal–water slurry. The preparation of stable water-in-oil (W/O) emulsion is critical for the success of production of stable coal–oil–water slurry. The present study was undertaken to experimentally investigate the effects of different process variables on emulsion stability. The emulsion was prepared using 100 ml colloid mill with sorbitan monooleate (SM) as emulsifier. The variables studied include emulsifier dosage, ratio of oil to water, stirring intensity, emulsifying temperature and mixing time. The results showed that the optimum process conditions are: emulsifier dosage, 0.5%; oil to water ratio, 1:1; stirring intensity, 2500 rpm; and mixing temperature, 30 °C.     

超声辐照前后添加剂在煤粒表面吸附特性研究

选用大同及神木煤样,考察了超声辐照前后添加剂在煤粒表面吸附特性的变化及其对水煤浆的表观粘度和静态稳定性的影响,在超声辐照强度为８０Ｗ／ｃｍ＾２和频率为２０ｋＨｚ的条件下,经超声辐照后,煤粒对添加剂的Ｌａｎｇｍｕｉｒ饱和吸附量明显增加。而饱和吸附量的增加与辐照引起的煤粒比表面积的增加密切相关,添加剂在煤粒表面的饱和吸附量是影响煤浆表观粘度的主要因素。采用ＸＰＳ对添加剂在煤粒表面吸附状态的表征结果表明     

焦化废水制备水煤浆的成浆性能

焦化废水是一种典型的成分复杂、污染严重、处理难度大的工业废水。本文将焦化废水作为原料制备水煤浆,研究了温度、煤粉粒度对成浆性能的影响,通过扫描电镜照片与红外光谱探讨了对成浆的影响。结果表明,焦化废水的最大成浆浓度比去离子水稍低;在一定温度范围内,焦化废水水煤浆表观黏度随温度升高而降低,浓度越高黏度变化越明显;细煤粉的成浆性较差,粗煤粉占70%时,成浆性最好;扫描电镜和红外光谱的结果显示,焦化废水中的金属离子会吸附在煤粉表面,影响分散剂吸附,使浆体黏度上升。利用水煤浆技术处理焦化废水,可以通过简单的工艺和较低的成本,实现焦化废水无害化、资源化利用,具有良好的经济效益与环保效益。