低阶煤的表面改性及其与气泡的碰撞粘附行为研究

摘要

煤泥浮选过程中，煤的可浮性与其表面润湿性质密切相关，由于低阶煤表面含氧官能团多、疏水性差，导致其可浮性差，因此低阶煤的表面疏水改性是实现低阶煤高效浮选的关键。本文选取内蒙古某长焰煤为研究对象，采用柴油和FO复配药剂为表面活性剂，对样品表面进行了疏水改性；在此基础上，采用自制的气泡-颗粒碰撞粘附系统研究了低阶煤改性前后气泡-煤粒间的碰撞粘附行为，以期从气泡矿化动力学角度表征药剂对低阶煤表面的改性效果；最后通过浮选试验进一步对不同药剂的改性效果进行验证。具体研究内容如下： 论文首先研究了长焰煤样品表面的物理和化学性质。该样品固定碳含量较高，占了50.99%；细粒级含量高，-0.045mm粒级含量65.11%；通过傅里叶红外光谱扫描仪（FTIR）、X 射线光电子能谱分析仪（XPS）、X射线荧光衍射（XRD）等，对该长焰煤表面化学组成进行了检测和分析。结果表明，该样品表面含有大量的-OH、-COOH 等含氧官能团，表面亲水性强，可浮性差，杂质矿物组成以石英为主。 运用GC-MS对柴油和FO复配药剂进行了化学组分分析，结果表明：柴油主要由烷烃、烯烃和芳香烃等碳氢长链组成，而FO复配药剂的组分中含有大量的含氧基团，如邻苯基苯酚等。采用微量热仪、红外光谱仪测试了药剂与煤样之间的润湿热及煤样改性后含氧官能团的变化。结果表明：FO复配药剂与煤样的润湿热较大，而柴油与煤样的润湿热较小；同等改性条件下，经FO复配药剂改性后，煤样的含氧官能团减少的较多，煤表面更疏水，表明FO复配药剂的改性效果好于柴油改性的效果。 采用自制的气-液-固三相接触测试系统测试气泡与改性前后煤炭表面的碰撞时间、弹跳次数、速度大小变化幅度及三相接触面积。结果表明：经过柴油和FO 复配药剂改性后，气泡与煤炭表面的弹跳次数、碰撞时间均减小，气泡与煤炭表面碰撞后运动速度的变化幅度变大，气泡与煤样表面的接触面积增加，但经过FO复配药剂改性后的变化幅度更大。 分别采用DSA100接触角测量仪、诱导时间测定仪测量经药剂改性后煤样的接触角大小及诱导时间。结果表明：煤样表面经FO复配药剂改性后，相比于柴油，其接触角变的更大，诱导时间更短。为进一步验证药剂的改性效果，进行了煤泥浮选试验。结果表明：相比于柴油，FO煤泥浮选体系的药剂用量大幅降低，精煤产率提高，且精煤灰分也有降低的趋势，说明FO复配药剂对长焰煤的改性效果明显优于柴油捕收剂。

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