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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“煤炭分选技术”专题(《煤炭学报》)

来源:煤炭学报

专题整理于2021年5月,为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“煤炭分选技术”主题论文。

行业视野

煤化工

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  • 作者(Author): 程万里, 张秀梅, 邓政斌, 郭德

    摘要:浮选药剂可改变煤表面润湿性,导致煤泥颗粒间相互作用产生差异,影响煤泥浮选效果。为探究不同种类浮选药剂及用量下煤泥颗粒间的相互作用及对浮选效果的影响,在0号柴油和仲辛醇2种药剂体系下进行浮选试验,利用接触角测量法计算出煤表面能参数,采用EDLVO理论对煤泥颗粒间相互作用能进行了计算和分析。浮选试验结果表明:2种药剂体系下浮选指标更好,0号柴油和仲辛醇的最佳用量分别为0.8和0.2 kg/t,获得精煤产率为75.67%,精煤灰分为10.28%,可燃体回收率为90.25%,浮选完善指标为59.92%。EDLVO理论计算结果表明:水介质中,煤泥颗粒间的范德华作用能和疏水作用能都为吸引势能,静电作用能为排斥势能;加入浮选药剂后,煤泥颗粒间均存在静电斥力、范德华引力和疏水引力,其中范德华引力较小,起主要作用的是疏水引力,且疏水引力大小比范德华引力大2个数量级,促进了煤泥颗粒的相互聚团。两种药剂体系下,0号柴油和仲辛醇有较好的协同作用,颗粒间以疏水作用能为主,较单一药剂体系下,颗粒间的总作用势能的“能垒”大幅度降低。当0号柴油和仲辛醇用量分别为0.8和0.2 kg/t时,颗粒间的总作用势能的“能垒”最低。“能垒”越低,颗粒间吸引能越大,越有利于细粒煤凝聚上浮,较好的解释了浮选最佳药剂用量的试验结果。
  • 作者(Author): 王卫东, 靳立章

    摘要:针对目前细粒煤泥浮选所面临的一系列问题,超声浮选有助于提高细粒煤的浮选速率和浮选效果,可作为一种行之有效的浮选方式。为探究同步超声对细粒煤浮选的影响,在驻波超声浮选装置中以不同超声频率对细粒煤进行了超声同步浮选试验。通过扫描电子显微镜(SEM)观察了常规浮选精煤与100 kHz超声浮选精煤的表面形貌;使用梅特勒-托利多(FE20)pH计测量了液相在100 kHz超声处理过程中的pH及温度变化;通过欧美克激光粒度分析仪测量了超声浮选(80,100,120 kHz)与常规浮选精煤、尾煤的粒度组成;并在气泡观察装置中对驻波声场中气相行为进行了观察。结果表明:超声同步浮选优于常规浮选,频率为100 kHz下的超声浮选效果最好,其精煤产率、可燃体回收率和浮选完善指标较常规浮选分别提高了6.82%,7.83%和2.79%。超声处理使煤粒表面更干净,超声的清洗、乳化作用使浮选精煤中微细粒含量增多,但原煤粒度较小,破碎作用较弱。超声处理过程中液相的pH上升,温度上升,煤粒处在微碱性环境中而易于浮选。驻波声场中气泡会形成更易上浮的气絮团,有利于微细粒的收集以及浮选速率的提高,但对煤粒与细泥的选择性不高,因此,尾煤中细泥含量增多。说明超声频率影响了气絮团的形成,导致了不同频率超声浮选结果的不同。
  • 作者(Author): 郑康豪, 夏文成, 李懿江, 彭耀丽, 谢广元

    摘要:表面活性剂在煤泥浮选领域中应用广泛,且表面活性剂常被用于煤泥浮选促进剂,本文从另一个方面探究了表面活性剂在过量的情况下对煤泥浮选的抑制效应及其机理。以低灰煤粒和表面活性剂曲拉通X-100为研究对象,采用X射线光电子能谱(XPS)表征曲拉通X-100在煤表面的吸附状态,静态接触角测定仪测定曲拉通X-100对煤表面疏水性的影响,并探究了不同质量浓度曲拉通X-100液滴在煤粒表面的润湿与铺展情况,采用诱导时间测量仪分析不同质量浓度曲拉通X-100水溶液中的气泡与煤粒的黏附情况,最后通过紫外分光光度计定量表征浮选槽中残留曲拉通X-100质量浓度与不同浮选时间下浮选结果的对应关系。结果表明:高质量浓度曲拉通X-100会抑制煤粒上浮,随着浮选试验的进行,曲拉通X-100质量浓度逐渐降低,低质量浓度曲拉通X-100会促进煤粒被上浮气泡黏附而浮出;高质量浓度曲拉通X-100能够在煤粒表面发生有效吸附,该吸附属于物理吸附,且在一定程度上提高了煤表面的疏水性;高质量浓度曲拉通X-100水溶液更容易润湿煤表面,从而减缓了气泡-煤粒黏附过程中的液膜薄化与破裂速率;在高质量浓度曲拉通X-100水溶液中,气泡表面因罩盖有曲拉通X-100分子,导致气泡表面发生改性,难以与煤粒发生有效黏附。高质量浓度曲拉通X-100主要通过对气泡改性,以及减缓气泡与煤粒碰撞-黏附过程中的液膜薄化-破裂速率来抑制煤粒的浮选。
  • 作者(Author): 王市委, 吕洪强, 陈松降, 石开仪, 陶秀祥

    摘要: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93和35 ms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。
  • 作者(Author): 郝成亮, 初茉, 杨彦博, 曲洋, 张超, 周玲妹, 吕飞勇

    摘要:煤炭作为化工原材料的应用途径正逐步向精细化、高端化利用转变,将高碳煤深度脱除矿物质制备成超纯煤可以作为高附加值先进炭素材料的原料。以太西无烟煤为原料,采用自制的微泡浮选柱通过Box-Behnken 试验设计方法优化浮选试验,借助XRF、XRD和SEM-EDS分析了最佳浮选条件下的浮选精煤,进一步明晰微泡浮选方法深度脱除矿物质的过程和不同矿物质对无烟煤深度脱矿的影响。同时也采用了NaOH-HCl方法深度脱除无烟煤中的矿物质,通过XRD、SEM-EDS分析脱矿样品的性质,明确无烟煤中矿物质的脱除机理以及限制深度脱矿的因素。微泡浮选试验表明,当捕收剂用量3.36 kg/t、起泡剂用量1.81 kg/t和调浆强度4560 rad/min时,浮选效果最佳,能得到灰分0.52%、产率66.25%的浮选精煤,由测试表征可知细泥罩盖和粒度小于2 μm、有机质占95%以上的连生体颗粒是限制微泡浮选方法深度脱矿主要原因。NaOH-HCl脱灰试验表明,随着样品粒度减小,样品灰分显著降低,当样品的体积平均粒径为8.01 μm时,脱矿效果最佳,能得到脱矿率86.81%、灰分0.36%的脱矿样品。而无烟煤中低反应活性的石英和伊利石以及被煤基质包裹的微细硅酸盐矿物影响太西无烟煤的化学深度脱灰。基于微泡浮选方法和NaOH-HCl方法在高碳煤深度脱矿过程中存在的极限问题,提出浮选-化学联合深度脱灰方法对太西无烟煤进一步深度脱灰,首先通过浮选预处理减少石英和伊利石等低反应活性的矿物质总量,再将浮选精煤中存在的矿物质与NaOH反应生成水溶性的硅酸钠和易溶于酸的硅铝酸钠而被脱除,并以此构建了浮选-化学联合方法深度脱灰历程描述模型,最终得到超低灰(0.12%)、高碳、高发热量能制备成高附加值炭材料的超纯煤样品。
  • 作者(Author): 卓启明, 刘文礼, 徐宏祥, 孙小朋

    摘要:颗粒与气泡间相对运动的研究对浮选机理的认识十分重要,目前关于颗粒与气泡间相对运动的研究多为理论推导,试验研究比较匮乏且试验对象多为形状规则,表面性质均匀的颗粒。本文以内蒙古公乌素原煤为研究对象,利用自行设计搭建的试验装置研究了粒级为0.100~0.074 mm、密度级分别为-1.3,1.4~1.5和+1.7 g/cm3的煤样与气泡间的相对运动。试验通过追踪大量煤颗粒的运动轨迹,研究了颗粒沉降阶段、运动轨迹偏离阶段和碰撞阶段中颗粒运动特征参数的变化规律。试验结果表明:颗粒当量直径均值为0.092 mm,颗粒经短暂加速后便达到沉降末速,颗粒沉降末速随颗粒当量直径和密度的增大而增大。气泡会影响颗粒的运动轨迹,同一初始沉降区间内,竖直方向上煤样轨迹偏离点到气泡的距离随煤样密度的增大而减小。静水条件下颗粒和气泡碰撞角的主分布区间为20°~50°,且碰撞区间和颗粒集中分布区间随初始沉降区间向外扩展而扩展。颗粒和气泡的碰撞角小于50°时,碰撞点处颗粒速度减小比例随碰撞角增大近似直线减小,碰撞角大于50°时,碰撞点处颗粒速度减小比例趋于平稳,低密度颗粒的速度减小量大于高密度级颗粒的速度减小量,然而差异并不明显。理论计算发现,颗粒初始沉降位置距气泡中轴较近时理论碰撞速度较小,且颗粒理论碰撞速度随颗粒初始沉降位置向外扩展而增大,与试验规律较为吻合。
  • 作者(Author): 邢耀文, 桂夏辉, 曹亦俊, 刘炯天

    摘要:颗粒气泡间相互作用力及液膜薄化破裂动力学是揭示浮选黏附机理的核心,也是近年来浮选胶体化学领域的研究热点。为深入明晰浮选黏附机理,对当前颗粒气泡间相互作用力及液膜排液动力学模型理论研究进展进行了系统综述。对于颗粒气泡间相互作用力,疏水引力可克服颗粒气泡间范德华力和静电斥力,诱发黏附。不同作用程范围内疏水力的来源机制不同:长程疏水力(>20 nm)主要源于固液界面亚微米/纳米气泡桥接,而短程疏水力(<20 nm)则主要源于固液界面水分子重排效应。由于疏水力强烈的吸引性和气液界面变形,颗粒气泡间疏水力的定量表征仍存在较大的挑战。对于颗粒气泡间液膜排液动力学模型,最具代表性的有Stefan-Reynolds平坦膜模型,Taylor模型和Stokes-Reynolds-Young-Laplace(SRYL)模型。Stefan-Reynolds及Taylor模型并未考虑排液过程中气泡表面曲率的变化,其应用存在着较大的局限性。SRYL模型则在描述液膜薄化速率的同时,兼顾了气泡表面在流体力和表面力等外力作用下的变形行为。在给定起始与边界条件下,SRYL模型通过数值迭代法与液膜排液试验测试结果对比,可以计算出颗粒气泡间的相互作用力信息;也可通过与相互作用力试验结果对比获得液膜排液数据。在今后的研究中,应重点将SRYL模型与试验测试相结合,对颗粒气泡间疏水力进行定量表征,揭示浮选黏附机理。
  • 作者(Author): 黄波, 徐宏祥, 李旭林

    摘要:微乳型捕收剂(Micro-emulsion Collector,MEC)在煤浆中的分散性能优于柴油和乳化柴油, 可以有效降低煤泥浮选药剂的用量。 MEC 的稳定性是影响其工业应用的重要性能指标,国内外学 者通常采用静置观察法研究乳化柴油和微乳化柴油的稳定性,难以直观并定量表征微乳液的稳定 性和液滴粒径。 笔者借助多重散射光稳定性分析仪研究了乳化剂配方和用量、超声波功率及作用 时间对 MEC 稳定性和液滴粒径大小的影响,通过煤泥浮选试验考察了 MEC 的浮选性能。 研究结 果表明:制备 MEC 的最佳工艺条件为,乳化剂用量为柴油质量 5% ,含水量为柴油质量的 5% ,表面 活性剂配方为 Span80 ∶ Tween40 ∶ Octanol = 7 ∶ 3 ∶ 4,磁力搅拌 10 min 后用 200 W 超声波强化处理 5 min;乳化剂配方和用量影响 MEC 的稳定性和液滴粒径大小。乳化剂用量越多,MEC 越稳定。 乳 化剂用量为 3% 时,液滴易发生聚集,放置一段时间后液滴粒径会超过 100 nm。 乳化剂用量为 7% 时,MEC 最稳定,液滴初始粒径为 69 nm,并随放置时间延长缓慢变大。 乳化剂用量为 5% 时,MEC 稳定性好,液滴粒径随放置时间的延长基本不发生变化,保持在 37 nm 左右;超声波功率低 于 600 W 时,功率越小,MEC 越稳定。功率大于 600 W 时,功率越大,液滴粒径越小,MEC 稳定性 越好。 超声波处理时间为 20 min 时,MEC 的稳定性动力学指数(Turbiscan Stability Index,TSI)值随 放置时间延长快速变大,MEC 很不稳定;MEC 用于煤泥浮选时,能显著提高煤样的接触角,增加煤 粒表面疏水性,提高煤粒的可浮性。 在相同的捕收剂用量下,浮选精煤产率更高,灰分更低,浮选完 善指标更好。

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