【摘 要】
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浮选是精选细粒级煤泥最有效的分选方法,煤泥浮选过程中所需的捕收剂与起泡剂是决定煤泥浮选效果的关键因素。由于煤矿与金属/非金属矿物形成原因不同,金属/非金属矿床是由地壳中的化学元素在各种成矿作用下迁移、富集而成,对于每一种非煤矿物而言成分相对简单,但是煤是由植物遗体经过生物化学作用以及物理化学作用而转变成的沉积有机矿产,是一种复杂的、多环芳香族高分子化合物,表面性质十分复杂,任何单一成分的非极性烃类
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浮选是精选细粒级煤泥最有效的分选方法,煤泥浮选过程中所需的捕收剂与起泡剂是决定煤泥浮选效果的关键因素。由于煤矿与金属/非金属矿物形成原因不同,金属/非金属矿床是由地壳中的化学元素在各种成矿作用下迁移、富集而成,对于每一种非煤矿物而言成分相对简单,但是煤是由植物遗体经过生物化学作用以及物理化学作用而转变成的沉积有机矿产,是一种复杂的、多环芳香族高分子化合物,表面性质十分复杂,任何单一成分的非极性烃类油都不会是最佳的捕收剂,实际上煤泥浮选过程是煤表面性质、捕收剂、起泡剂、水中的其它离子等很多因素共同作用的结果,其中捕收剂、起泡剂及其交互作用对于煤泥浮选过程的作用尤其明显。在浮选研究领域,国内外的学者对其研究主要集中在单一因素对浮选的影响,如采用量子化学计算、分子动力学模拟等方法及理论研究捕收剂在矿物表面的作用机理;对不同种类结构的起泡剂采用各类性能研究装置研究结构对性能产生的影响,集中研究起泡剂种类对气泡大小、液膜厚度、气泡升浮速率、带水速率等方面的影响等等,但是对于煤泥浮选药剂交互作用及其对浮选效果的影响研究基本空白。本文着眼于捕收剂与起泡剂的交互作用选用选煤厂浮选入料煤泥,通过粒度、密度、工业、元素以及红外分析可以知道,该煤泥属于以中间粒度级含量为主同时高灰细泥的含量达到20%、低中固定碳、特低水分、中硫分、中等挥发分、中灰煤,且表面含有含氧官能团的国内选煤厂比较普遍的入洗煤泥,并选取了比较有代表性的四类捕收剂(柴油、十二烷、十六烷、芳烃)以及两种起泡剂(仲辛醇、醚醇)作为研究药剂交互作用的对象。矿物颗粒与气泡相互作用过程中固体颗粒能够附着在气泡上是浮选最重要的作用,诱导时间即颗粒气泡间液膜发生薄化破裂直至完成三相润湿周边铺展所需的时间,等同于附着时间。诱导时间越短,颗粒—气泡粘附所需时间越短,其它条件相同的情况下,颗粒与气泡的粘附越容易发生,粘附概率就越高。论文对矿化气泡中诱导时间进行了详细深入的研究,旨在借助诱导时间评测交互作用对煤颗粒与气泡的粘附影响。依据脱附概率建立了诱导时间浮与选效果之间的初步模型,并从诱导时间随起泡剂特性差异、捕收剂特性差异以及药剂交互作用的变化规律研究中得出结论:单一起泡剂在适当浓度能够降低颗粒-气泡之间的诱导时间,直链捕收剂对诱导时间的影响在于直链长度,直链烷基越多,交互作用越弱,诱导时间越长,芳烃与起泡剂的交互作用对诱导时间的影响则与浓度有关。基于两相泡沫特性研究延申到三相泡沫,目的在于研究捕收剂对气泡特性产生的影响。研究表明,两相泡沫中,低浓度捕收剂的加入会使得少量的捕收剂分子与起泡剂分子的非极性端相吸附,从而增强了起泡剂分子非极性端的疏水能力,使之更易附着在气液界面上,有利于气泡稳定性的提高,四类捕收剂增强泡沫稳定性的强弱为:十二烷>芳烃>十六烷>柴油;三相泡沫中,由于颗粒的加入加速了泡沫的排液以及液膜的破裂,导致三相泡沫的稳定性明显低于两相,由于捕收剂更能促进醚醇使空气分散成小气泡并防止气泡的兼并,醚醇系统的泡沫稳定性依然优于仲辛醇系统。通过对药剂作用前后煤颗粒表面润湿性、煤颗粒表面张力以及煤颗粒表面官能团的研究,目的在于研究起泡剂对煤颗粒表面疏水性的影响。研究表明,不同起泡剂对捕收剂疏水改性煤颗粒表面的促进效果是不同的,仲辛醇以及醚醇对柴油以及十六烷作用以后的煤颗粒表面的疏水性产生促进效果,对十二烷以及芳烃表面产生的促进效果却不明显。煤颗粒表面官能团的变化规律则表明,不同的起泡剂与捕收剂分子作用在煤颗粒表面的吸附结果不同,芳烃与仲辛醇交互作用时,仲辛醇能够在煤颗粒表面多点吸附,使得C-C含量增加的同时C-O含量也增加,说明仲辛醇分子吸附在了煤颗粒表面某些极性区域,促进了捕收剂对颗粒表面的疏水改性;而当柴油、十二烷与醚醇交互作用时,由于醚醇的极性基增加,交互作用降低了-OH含量、提高了C-H含量的同时,C-O含量降低,说明了醚醇的两种极性基都能够与煤颗粒表面的极性区域多点吸附且非极性基朝外,因此C-O含量降低;而芳烃与醚醇交互作用时则产生了反向吸附。通过设计双因素可重复性试验证明了交互作用的存在,并通过浮选试验论证了交互作用对浮选效果的影响规律。
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