低阶煤反浮选中粒度效应及界面作用研究

摘要

煤炭是一种重要能源，而低阶煤又在我国煤炭保有资源储量中占有重要地位。随着世界炼焦煤资源日益紧张，提高低阶煤的利用率意义重大。现有细粒低阶煤提质利用方法基本为强化浮选，但存在药剂量大、效果不显著等问题，急切需要新的工艺对低阶煤进行分选。本研究将低阶煤劣势转化为优势，采用反浮选方法对低阶煤进行降灰提质，探索反浮选中的粒度效应，研究药剂在矿物颗粒表面的作用机制，并提出选择性絮凝-反浮选方法对低阶煤进行脱灰提质。
　　论文首先通过 XPS, FTIR, SEM等方法研究了低阶煤（次烟煤）的基础表面物理化学性质,发现次烟煤水分含量较高，表面存在较多含氧官能团，亲水性官能团的存在将会降低次烟煤表面疏水性。次烟煤空间结构比较松散，含有一定的孔隙和沟壑，这将导致较大的孔隙率和比表面积，增加浮选难度。通过Zeta电位测试后发现，次烟煤的等电点（pH3）与煤中主要脉石矿物石英（pH2）和高岭石的等电点（pH1.8）接近，所以当选用阳离子铵盐 Lilaflot D817M作为捕收剂时，抑制剂的添加很有必要。
　　对次烟煤传统浮选试验和反浮选试验结果进行了对比，发现传统浮选方法药剂消耗量大，浮选效果差。在次烟煤反浮选的条件优化试验中，发现在一定条件下，当捕收剂Lilaflot D817M用量为2 kg/t，可得到灰分为8.23%的精煤产品，可燃体回收率为86.87%，分选效率为71.45%。因此，在药耗量较小的情况下，使用反浮选方法对低阶煤（次烟煤）进行分选可得到较好的分选效果。
　　本研究从三个角度出发研究次烟煤反浮选中的粒度效应。当用不同粒度的次烟煤和石英配成人工混合矿进行浮选时，发现只有浮选入料组成为粗颗粒或中等颗粒煤和细颗粒石英时，可以得到很好的反浮选分选效果。通过对反浮选产品进行粒度筛分及相关计算，发现-74+53μm煤颗粒对糊精的反应效果最好，-104+74μm脉石颗粒有最好的浮选效果。通过对比不同浮选入料（去除超细粒煤和未去除超细粒煤）的反浮选试验结果，发现超细粒煤的存在降低了石英的浮选速率和回收率，恶化了反浮选分选效率。
　　通过总有机碳分析仪（TOC）测试矿物吸附药剂前后溶液中总碳/氮量，计算矿物对药剂的吸附量。结果发现，次烟煤对糊精的饱和吸附量相对石英较高。同时通过Zeta电位测试发现，吸附糊精后的石英和次烟煤，等电点升高，表面负电位均有所降低。用 Washburn动态法测定矿物吸附药剂前后表面润湿性的变化规律。研究发现，被糊精作用后次烟煤表面亲水性增强，而石英表面亲水性稍微减弱。
　　在对铵盐 Lilaflot D817M的吸附过程中，发现次烟煤对铵盐的吸附量始终高于石英，且很难达到饱和。阳离子铵盐 Lilaflot D817M能显著改变次烟煤和石英表面的动电位，使次烟煤和石英等电点显著增加。被相同浓度的铵盐作用后，石英表面疏水性的增强程度远远大于次烟煤，说明吸附量和表面润湿性改变程度无直接关系。
　　为解决超细粒煤影响反浮选分选效率问题，提出选择性絮凝-反浮选分选方法。被 PAM作用后，次烟煤和石英的表观粒径均增大，次烟煤颗粒能形成较大絮团。但在对 PAM的吸附过程中，石英的吸附量大于次烟煤。PAM作用后，次烟煤表面亲水性增强，石英表面亲水性稍微减弱。次烟煤和石英吸附PAM后,表面官能团发生了改变。在次烟煤选择性-絮凝反浮选试验中，糊精的抑制效果较 PAM较好，合适的 PAM用量以及转速对选择性絮凝-反浮选很有必要。研究发现，当絮凝剂用量为50 g/t时，可得到精煤灰分为12.50%，相对常规反浮选精煤灰分降低1.6个百分点，分选效率从58.39%提高至66.07%。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究背景（Research Background）

1.2 低阶煤强化浮选研究现状（The Research Status of Enhancing Flotation for Low Rank Coal）

1.3 低阶煤反浮选研究现状（ The Research Status of Low Rank Coal Reverse Flotation）

1.4 煤中主要脉石矿物性质以及常用捕收剂的选择（ The Properties of the Main Gangue Minerals in Coal and the Choice of Common Collectors）

1.5 煤炭反浮选中抑制剂及其他活性剂的选择（The Choice of the Depressants and other Active Agents in Coal Reverse Flotation）

1.6 矿物颗粒粒度在浮选中的作用（The Effect of Mineral Particle Size in Flotation）

1.7 选择性絮凝浮选研究现状（ The Research Status of Selective Flocculation Flotation）

1.8 主要研究内容及意义（ The Main Research Contents and Meaning）

2 试验物料和方法

2.1试样（Samples）

2.2 试验试剂（Experiment Reagents）

2.3 试验仪器（Experiment Instruments）

2.4 主要试验方法和检测方法（ The MainExperimental Methods and Test Methods）

3 次烟煤基本表面特性及正/反浮选试验研究

3.1 次烟煤基本表面特性分析（ The Basic Surface Property Analysisof Subbituminous Coal）

3.2 次烟煤传统浮选试验（ The Conventional Flotation of Subbituminous Coal）

3.3 次烟煤反浮选条件试验研究（ The Condition Experiment Research of Subbituminous Coal Reverse Flotation）

3.4 本章小结（Summary）

4 次烟煤反浮选中的粒度效应

4.1 不同粒度次烟煤和石英混合入料反浮选规律研究（ The Reverse Flotation Rule of Subbituminous Coal and Silica Mixtures with Different Particle Size）

4.2 反浮选中煤颗粒和脉石矿物颗粒的浮选行为（ Flotation Behaviors of Coal Particles and Mineral Particles of Different Size Ranges in Coal Reverse Flotation）

4.3 反浮选中超细粒煤对石英浮选行为的影响（ The Effect of Ultra-Fine Coal on the Flotation Behavior of Silica in Coal Reverse Flotation）

4.4 本章小结（Summary）

5 次烟煤和石英对抑制剂和捕收剂吸附规律及机理研究

5.1 次烟煤和石英对糊精吸附规律研究（The Adsorption Rule of Subbituminous Coal and Silica on Dextrin）

5.2 糊精对矿物表面作用机制研究（ The Influencing Mechanism of Dextrin on Mineral Surface）

5.3 次烟煤和石英对铵盐 Lilaflot D817M 吸附规律研究（ The Adsorption Behavior of Subbituminous Coal and Silica on Ammonium Salt Lilaflot D817M）

5.4 铵盐对矿物表面作用机制研究（ The Influencing Mechanism of Ammonium Salt on Mineral Surface）

5.5 本章小结（Summary）

6 次烟煤选择性絮凝-反浮选试验及机理研究

6.1 PAM对矿物表观粒径及絮团形态的影响（The Effect of PAM on the Particle Size and Floc Formsof Minerals）

6.2 矿物对 PAM 吸附规律（The Adsorption Rule of Minerals on PAM）

6.3 PAM 对矿物表面官能团和润湿速率影响规律（The Effect of PAM on the Surface Functional Group and Wetting Rate of Minerals）

6.4 次烟煤选择性絮凝 -反浮选试验（ The Selective-FlocculationReverse Flotation Tests of Subbituminous Coal）

6.5 本章小结（Summary）

7结论

7.1 主要研究结论（Main Research Conclusions）

7.2 主要创新点（Main innovations)

7.3 研究工作展望（Propects for Future Research）

参考文献

作者简历

学位论文数据集