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褐煤的高效分选是国家重大需求和国际学术前沿,而细粒煤浮选分离技术是处理褐煤的潜在途径之一。细粒级褐煤的分散与沉降行为,关系着分选过程效率与产品质量。富含腐植质褐煤天然可浮性差,常规浮选条件下药剂的消耗高,选矿成本难以承受。突破复杂难选褐煤浮选分离的新技术和新工艺,对提高低阶煤资源的品质和利用率具有重要意义。本研究以富含腐植质褐煤为研究对象,针对褐煤细粒浮选的关键性问题,从褐煤原料特征入手,利用煤化学、胶体与表面化学、溶液化学等理论和方法,开展难选低阶褐煤的有机组分溶解及其影响研究,进一步查明煤粒的分散与沉降行为变化规律。 通过褐煤工业分析和元素分析发现,褐煤中水分含量高,达61.6%,氧元素含量也较高,达26%。褐煤中含有大量的腐植酸,其中绝大多数为游离腐植酸,达42.2%。矿相显微镜和XRD分析表明,褐煤中含有的脉石矿物主要为石英、高岭石等,且状态主要以团聚的形态分散在各个空隙中。褐煤样品的接触角为99.2°,在pH为7,温度为25℃时,测得褐煤zeta电位为-49.1 mV。傅里叶红外(FTIR)分析结果表明,褐煤中含有大量的含氧官能团,主要以羧基和羟基形式存在。利用扫描电子显微镜(SEM)可以看出,褐煤样品粒度大都在10μm以下,EDS的分析结果进一步的证明了褐煤氧含量较高。 通过研究不同条件(pH、温度)下褐煤的溶解动力学,并采用收缩未反应核模型对褐煤腐植酸的溶解进行拟合,发现褐煤中腐植酸的溶解均满足内扩散控制的溶解速率模型。褐煤中腐植酸的溶解随着pH的增加,溶解量增大,而介质中的OH-增多,其与褐煤表面发生某种反应,造成含氧官能团能团、酸性基团的增加。进而造成了褐煤颗粒之间静电斥力增加,zeta电位值由-17.93 mV降低为-55.67 mV;褐煤颗粒的亲水性增加,接触角由103.6°降低到99.1°。EDLVO理论表明,褐煤颗粒之间的斥力增强,造成了褐煤表观粒度的减小,分散稳定性增加。随着温度的升高,褐煤中腐植酸的溶解量增加,这造成了褐煤中含氧官能团的量降低,zeta电位的绝对值降低,疏水性增加。EDLVO理论表明,褐煤颗粒之间的引力增加,褐煤颗粒的表观粒度增大,分散稳定性降低。 通过考察腐植酸浓度对褐煤分散性的影响,发现褐煤对腐植酸的吸附满足二级动力学模型,属于化学吸附;褐煤吸附腐植酸的吸附等温线符合Freundlich吸附模型,属于多层吸附;随着温度的升高,褐煤对腐植酸的吸附量减少,说明吸附过程是放热过程。随着介质中腐植酸浓度的增加,褐煤对腐植酸的吸附量增加,造成了褐煤表面含氧官能团含量的增加。进而导致了褐煤的zeta电位的绝对值增加,亲水性增强。EDLVO理论表明,褐煤颗粒之间的斥力增强,这就造成了褐煤的表观粒度减小,分散稳定性增强。