基於能量輸配的煤泥分選過程強化機理研究

《基於能量輸配的煤泥分選過程強化機理研究》是依託中國礦業大學，由桂夏輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於能量輸配的煤泥分選過程強化機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：桂夏輝
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

過程強化是實現煤泥高效分選的重要途徑。我國煤泥呈現微細化、高灰化、連生體含量大等難選特點，煤泥分選過程仍存在回收能力弱、過程適應性差、通過犧牲處理量來保證回收率的缺陷，煤泥可浮性非均勻性的變化對分選過程設計提出了更高的要求。針對上述問題，本課題提出了基於能量輸配的煤泥分選過程強化理念。研究浮選過程煤泥可浮性的變化特徵和能耗過程特徵，並建立浮選可浮性與能耗的關係模型。以調整浮選過程的能量輸入機制為前提進行以下研究：研究捕收劑在煤粒表面的吸附機理，採用高速動態影像分析儀測試煤粒與氣泡的作用規律，採用原子力顯微鏡（AFM）研究能量輸入對煤粒表面水化膜厚度的影響，探明過程強化對煤粒表面疏水性改善的機理；選取無煙煤、焦肥煤、長焰煤三種變質程度的煤樣，進行基於能量輸配的浮選速度試驗，建立能量輸入與浮選速率的關係模型。本課題將能量輸入與物性變化相適配，對煤泥分選和非煤礦物的浮選過程設計均有借鑑意義。

結題摘要

研究了煤泥分選的可浮性過程變化特徵。研究了不同粒度級煤泥的浮選速率常數變化特徵，並理論推導和實驗室試驗驗證了浮選入料可浮性隨著分選過程非線性變差的 規律。研究了煤泥分選過程的能耗變化規律。建立了煤泥分選能耗測試系統，分析了不同能耗條件下的浮選產品特性，探索了浮選功率輸入與浮選速率常數的函式關係。隨著浮選的進行，上浮單位精煤可燃體回收率所消耗的能量逐漸增加，難浮煤粒需要在高能量條件下才能回收。 採用原子力顯微鏡（AFM）對礦物表面水化膜以及礦物顆粒間作用力進行了初步研究，提出了親水性礦物和疏水性礦物表面水化膜厚度的計算方法。藉助界面極性相互作用理論揭示了顆粒表面的水化過程中的能量作用機制。在典型親水性礦物表面發現了22.5nm的水化膜，而在疏水性較好的煤樣表面未檢測到水化膜的存在。在不同濃度CaCl2的電解質水溶液中分別對煤和雲母表面的水化膜進行了測試。電解質CaCl2的加入可以微弱的減薄煤表面水化膜的厚度。界面極性相互作用理論發現高的界面路易斯極性分量是親水性礦物表面產生水化的原因，浮選過程中難浮顆粒難以突破水化膜能壘實現顆粒氣泡黏附。顆粒間的相互作用與顆粒表面的水化膜密切相關，減薄水化膜會促進了顆粒間的相互引力。 利用AFM對不同條件的溶液中顆粒間相互作用力進行了力曲線測試。酸性條件下，煤粒間相互吸引、高嶺石顆粒間相互排斥、煤粒與高嶺石顆粒相互吸引；中性條件下，煤粒間相互吸引，引力較酸性條件下弱、高嶺石顆粒間相互排斥，斥力較酸性情況較大、煤粒與高嶺石顆粒間引力消失而相互排斥；鹼性條件下，煤粒間引力消失而相互排斥；CaCl2的加入會使得顆粒間相互吸引，促進顆粒間的聚集，且隨著CaCl2濃度的增加，煤粒間和煤粒與高嶺石顆粒間的作用力都是先增大後減小最後趨於不變，而高嶺石顆粒間的作用力會一直增大，最後趨於不變。浮選試驗表明，Ca2+濃度的增加同時增大了精煤的產率和灰分。 基於非極性藥劑與極性藥劑在難浮煤表面的不同吸附方式，提出了通過非極性油和極性藥劑的復配浮選難浮煤的思路，由於難浮煤表面含有大量的親水性含氧官能團，少量極性藥劑的加入便可大大提高浮選回收率和浮選泡沫穩定性。 提出了基於能量輸配的浮選過程設計理念，構建了煤泥兩段式分選過程。即構建越來越強的能量條件來適配物料可浮性在浮選中越來越差的物性變化特徵，以實現過程設計與物性特徵的最佳耦合，並驗證了其優越性。