神府煤选择性破碎机理及其煤岩组分分离富集研究

摘要

随着我国能源结构的不断优化调整，煤炭清洁高效、低碳化利用受到高度重视。煤炭分质利用是实现煤炭高效清洁转化利用的重要途径。目前，煤炭的分质利用仅限于低变质煤的热解多联产转化，从煤岩煤质方面，开展煤炭分质利用的研究仍十分鲜见。侏罗纪低变质烟煤富含惰质组，严重制约了其高效转化利用。解决这一问题的核心是阐明有关煤岩组分分选规律。因此，高惰质组侏罗纪煤的煤岩分选规律及相关技术研究对于实现煤炭高效清洁转化利用不仅具有重要的理论指导意义，而且有着良好的发展前景。
　　神府煤是侏罗纪煤的典型代表。因此，本文以神木王家沟煤（以下简称神府煤）为研究对象，采用光学显微镜、红外光谱、低温氮气吸附等研究方法，系统研究了神府煤煤岩组分的嵌布特征，不同煤岩组分的可磨性、润湿性、表面结构，建立了煤岩组分界面相互作用模型；系统研究了煤岩组分选择性破碎机理；并进一步研究了煤岩组分重介旋流分选、浮选分离富集的规律。
　　（1）镜煤的灰分低于丝炭，丝炭的全硫含量是镜煤两倍。镜质组中含有较多的烷基侧链及-NH2、-NH-等阳离子型基团，惰质组含有较多的芳香结构单及含氧官能团，不同煤岩组分的界面作用主要以范德华力作用和氢键键合为主。惰质组富含中到大孔，表面积远大于镜质组。
　　（2）惰质组显微硬度和哈氏可磨性指数都明显高于镜质组。镜煤和丝炭的初始接触角差异不大，但丝炭的平衡接触角远小于镜煤，水分在丝炭表面的扩散渗透性能较强，具有较高的润湿热。丝炭与镜煤的疏水性差异较大。
　　（3）研究发现，随着粒度级的减小，煤岩组分解离度不断提高。当破碎粒度级为0.075~0.045mm时，煤岩组分的解离度可达到92.3％。探讨了圆盘粉碎、微波辅助球磨、冲击粉碎和气流粉碎过程中不同粒度级煤炭组分的分布规律，比较了不同粉碎作用力与煤岩组分解离度的关系，建立了煤岩组分选择性破碎模型及其机理。气流粉碎对煤岩组分的选择性解离较高。
　　（4）在实验室重介旋流分选系统上，采用先高密度分选（一次分选）后低密度分选（二次分选）的方式，研究了神府煤1～0.2mm细粒煤的煤岩组分重介旋流分选规律。在旋流器锥比为0.85、给料压力0.06MPa、固液比1:4时，镜煤中镜质组富集率最大为79.73%。在旋流器锥比为0.65、固液比1:4、给料压力0.10MPa时，丝炭中惰质组富集率最大为72.50%。
　　（5）重液旋流分选正交实验表明，镜煤中镜质组平均回收率达到92.17%，丝炭中惰质组平均回收率达到39.49%，矿物质煤中矿物质回收率达到76.78%。重液旋流分选模拟分析表明，通过重液旋流方法可实现煤岩组分的连续化分离富集。
　　（6）在单槽浮选机上，研究了矿浆pH值和表面改性剂等因素对煤岩组分电动电位的影响规律，发现了煤岩组分表面改性与捕收剂的匹配原则，通过优化得到了浮选法分离富集煤岩组分的最佳工艺参数。
　　（7）当氯化铝用量为154mg/L，十二烷基三甲基溴化铵用量为100 mg/L，矿浆浓度为100g/L，仲辛醇用量为120g/t，充气量为0.30m3/(m2?min)，接触时间为3.5min，叶轮转速1800r/min时，神府细粒煤通过浮选，镜质组富集率可达到86.96%，惰质组富集率可达到70.80%。
　　（8）借助紫外光谱、红外光谱、电动电位测定仪等研究了捕收剂的作用机理，发现阳离子捕收剂和阴离子捕收剂在煤粉表面都主要以静电吸附为主，也存在色散力等作用。

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1绪 论

1.1选题背景及意义

1.2 煤的组成和结构

1.3 煤岩组分粉碎解离特性研究

1.4 煤岩组分分选研究

1.5 课题研究思路及技术路线

2神府煤煤岩组分特征及界面作用研究

2.1 实验部分

2.2 煤岩组分组成分析

2.3 煤岩组分化学组成与性质

2.4 煤岩组分物理结构与性质

2.5 煤岩组分界面结构模型及作用机理

2.6 本章小结

3 神府煤选择性破碎研究

3.1 实验部分

3.2 圆盘粉碎实验

3.3 球磨粉碎实验

3.4 冲击与气流粉碎实验

3.5 选择性破碎机理研究

3.6 本章小结

4 煤岩组分重液旋流分选研究

4.1实验与结果

4.2 影响重液旋流分离效率的因素研究

4.3 重液旋流分选场模拟及分选机理研究

4.4 本章小结

5 煤岩组分浮选分离研究

5.1实验部分

5.2 神府煤岩浮选分离试验

5.3 药剂作用机理研究

5.4本章小结

6 结论

论文的创新点

研究展望

致谢

参考文献

附录