表面活性剂对粗煤泥脱水效果的影响及其作用机理的研究

摘要

随着选煤方法的进步，已逐步实现了对粗煤泥的独立分选和脱水，但由于粗煤泥较常规末煤粒度要小，即使独立设置煤泥离心机对粗煤泥进行脱水，得到的粗煤泥精煤水分也往往偏高，使总精煤的水分也偏高，从而进一步影响了总精煤的质量和产品价格，最终对选煤厂经济效益产生不利影响。目前，在细煤泥的压滤脱水过程中，通常添加包括表面活性剂在内的化学助滤剂降低产品水分，提高脱水效果，其优点是能够避免传统提高脱水效果的方法所面临的工艺复杂、污染环境、增加能耗和生产成本等缺点。 本文以聚氧乙烯（20EO）失水山梨醇单月桂酸酯（Tween20）、聚氧乙烯（20EO）失水山梨醇单油酸酯（Tween80）、失水山梨醇三硬脂酸酯(Span65)、失水山梨醇单油酸酯(Span80)、十二烷基硫酸钠（SDS）、十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）为粗煤泥脱水过程中的助滤剂，探讨它们对包括布尔台弧形筛筛上粗煤泥（CS-1）和大柳塔离心机入料粗煤泥（CS-2）在内两种神东粗煤泥的脱水效果的影响并探究它们的助滤机理。首先对两种煤样进行粒度组成分析、密度组成分析、工业分析、元素分析、Zeta电位分析、FTIR结构分析以及X射线衍射分析等基本性质的分析，掌握煤样的基本性质；其次，在粗煤泥脱水过程中，加入不同类型不同用量的表面活性剂进行脱水对比试验和条件探究试验，探究不同情况下粗煤泥的脱水效果和最佳助滤条件，并表征不同情况下脱水后煤样的表面形貌、表面官能团、接触角以及离心液的性质即表面张力和煤样对表面活性剂的吸附量。得到主要结论有： （1）试验所用粗煤泥CS-1主要以+1mm粒级为主，占总粒级的47.79%，密度级以1.3-1.4g/cm3为主，占总密度级的26.07%，水分（Mad）、灰分（Aad）、挥发分（Vad）和固定碳（FCad）含量分别为6.22%、21.13%、37.30%和35.35%；CS-2主要以1-0.5mm粒级为主，占总粒级的32.61%，密度级以1.3-1.4g/cm3为主，占总密度级的28.37%，水分（Mad）、灰分（Aad）、挥发分（Vad）和固定碳（FCad）含量分别为6.69%、9.21%、35.61%和48.49%。CS-1和CS-2的固定碳含量差别最大，固定碳含量分别为35.35%和48.49%，其次为灰分含量差别比较大，灰分含量分别为21.13%和9.21%。 （2）通过脱水对比试验，探究了不同表面活性剂在不同用量下对粗煤泥脱水效果的影响。试验结果表明：在粗煤泥脱水过程中添加表面活性剂有助于提高粗煤泥的脱水效果，且随着表面活性剂用量的增大，粗煤泥降水率先增大后趋于平稳，较空白样的降水率均具有不同程度的提高；除Span65以外，其他五种表面活性剂（包括Tween20、Tween80、Span80、SDS、CTAB）的助滤效果都比较显著，Tween20最高可使CS-1和CS-2的降水率分别达到15.59%和15.89%；Tween80最高可使CS-1和CS-2的降水率分别达到12.85%和17.80%；Span65最高可使CS-1和CS-2的降水率分别达到4.23%和7.07%；Span80最高可使CS-1和CS-2的降水率分别达到11.75%和14.18%；SDS最高可使CS-1和CS-2的降水率分别达到16.01%和15.24%；CTAB最高可使CS-1和CS-2的降水率分别达到15.74%和12.13%。 （3）通过探究三种表面活性剂（Tween20、SDS、CTAB）在不同试验条件下（包括加药搅拌转速、加药搅拌时间、离心因数、离心时间和药剂用量）对粗煤泥CS-2脱水效果的影响，得到试验结果：离心因数、离心时间和药剂用量对CS-2的离心脱水效果影响比较显著，加药搅拌时间对CS-2离心脱水效果的影响较小，加药搅拌转速对CS-2的脱水效果几乎没有影响。通过条件探究试验可得到三种表面活性剂对CS-2助滤的最佳试验条件分别为：①Tween20：加药搅拌转速600r/min，加药搅拌时间8min，离心因数110，离心时间4min，加药量0.6kg/t。在最佳试验条件下，加Tween20的CS-2脱水后水分为15.87%，较空白样的降水率为21.08%；②SDS：加药搅拌转速600r/min，加药搅拌时间8min，离心因数110，离心时间4min，加药量0.4kg/t。在最佳试验条件下，加SDS的CS-2脱水后水分为15.75%，较空白样的降水率为21.68%；③CTAB：加药搅拌转速600r/min，加药搅拌时间8min，离心因数110，离心时间4min，加药量0.8kg/t。在最佳试验条件下，加CTAB的CS-2脱水后水分为16.72%，较空白样的降水率为16.86%。 （4）通过表征在不同类型不同用量的表面活性剂作用下粗煤泥对表面活性剂的吸附量、添加表面活性剂脱水后的煤样和空白样的性质以及离心液的性质，得到如下结论：首先，六种表面活性剂均能对两种粗煤泥进行不同程度的疏水改性，包括改变其表面形貌，减少粗煤泥表面附着的超细粒矿物；减少粗煤泥表面亲水性的含氧官能团含量；增加粗煤泥的接触角。其次，表面活性剂能够减小离心液的表面张力，从而促进离心液的脱除。粗煤泥CS-2对表面活性剂的吸附量随表面活性剂加药量的增加而增加，但当加药量达到一定值后，吸附量不再有明显增加。

目录

声明

致谢

变量注释表

1引言

1.1课题来源

1.2研究背景

1.3研究意义

1.4研究可行性

1.5研究内容

2文献综述

2.1 选煤厂常用粗煤泥离心脱水设备

2.2助滤剂研究进展

2.3助滤剂作用机理研究进展

2.4问题及发展方向

3煤样来源及性质

3.1.1 试验煤样

3.1.2 试验仪器与药剂

3.2 试验煤样的粒度组成分析

3.3 试验煤样的密度组成分析

3.4 试验煤样的工业分析

3.5 试验煤样的元素分析

3.6 试验煤样的Zeta电位分析

3.7 试验煤样的FTIR结构分析

3.8 试验煤样的 X 射线衍射分析

3.9 本章小结

4 表面活性剂对粗煤泥的助滤行为及条件

4.1.1 试验仪器与试剂

4.1.2 试验方法

4.1.3 试验评价指标

4.2 探究表面活性剂影响粗煤泥脱水效果的试验

4.2.1 不同表面活性剂对同一煤样脱水效果的影响

4.2.2 同一表面活性剂对不同煤样脱水效果的影响

4.3 表面活性剂对 CS-2 助滤条件试验

4.4 本章小结

5性质表征及表面活性剂助滤机理分析

5.1 试验部分

5.1.1 试验仪器与试剂

5.1.2 煤样制备与改性

5.1.3 煤样及其对表面活性剂吸附量表征方法

5.1.4离心液的表征方法

5.2.1 煤样SEM分析

5.2.2 煤样FTIR分析

5.2.3 煤样接触角分析

5.2.4 离心液表面张力分析

5.2.5 表面活性剂用量对CS-2吸附其量的影响

5.3 表面活性剂助滤机理浅析

5.3.1 粗煤泥水分的存在形式

5.3.2 粗煤泥性质的化学调节

5.3.3 表面活性剂的助滤机理

5.4 本章小结

6总结与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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