粘土礦物選擇性絮凝法強化煤泥浮選的理論研究

《粘土礦物選擇性絮凝法強化煤泥浮選的理論研究》是依託清華大學，由徐政和擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：粘土礦物選擇性絮凝法強化煤泥浮選的理論研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：徐政和
• 項目類別：面上項目

項目摘要

強化煤泥浮選仍是煤資源有效利用的世界難題。其中原因之一是粘土顆粒與煤泥之間的膠體作用力導致粘土在煤泥表面罩蓋，使煤泥浮選效率進一步降低和粘土在煤精礦中的嚴重夾帶。為提高煤泥浮選效率，有必要進一步揭示粘土與煤泥相互作用的實質並加以調控。本課題採用具有耗散因子功能的石英晶體微天平（QCM-D）研究粘土與煤泥相互作用機理。.同時提出一個通過粘土選擇性絮凝強化煤泥浮選的原型技術思路。為證實這一技術思路，有必要對高分子絮凝劑在粘土表面選擇性吸附熱力學、動力學及吸附形貌進行研究，建立粘土選擇性絮凝強化煤泥浮選的理論，並實驗證實此原型技術思路的可行性與優越性。為實現這一目標，我們將首次製備模擬煤和粘土感測器並進行下列有關研究：1、煤與粘土微粒相互作用；2、高分子絮凝劑在粘土與煤表面吸附行為與機理；3、選擇性絮凝；和 4、粘土選擇性絮凝強化煤泥浮選原型技術。

結題摘要

目前，絮凝是一種實現固-液分離的有效方法，而研發高性能絮凝劑是提高固-液分離效率最直接的途徑。根據這一前提，開展了新型高分子絮凝劑的製備及其絮凝機理的相關研究，主要成果如下： 首先，通過自由基聚合法及物理共混法製備了一系列聚N-異丙基丙烯醯胺基溫敏型高分子絮凝劑，並對其結構和性能進行了表征。利用帶耗散因子功能的石英晶體微天平（QCM-D）研究了溫度誘導無機-有機混合溫敏型高分子A-PN-D在固-液界面上的吸附及構型變化的動態過程，並詳細研究了電解質類型及其濃度對無機-有機混合溫敏型高分子絮凝劑A-PN-D絮凝行為的影響。 研究表明陽離子聚合物和陰離子聚合物兩種絮凝劑在高嶺石基面的吸附是由靜電吸引和氫鍵驅動的。陰離子聚合物更易於通過弱靜電吸引和氫鍵作用吸附在高嶺石的八面體基面；而通過較強的靜電吸引力和氫鍵作用吸附在高嶺石的四面體基面。提出了加入混合絮凝劑（陽離子聚合物和陰離子聚合物）可提高細顆粒懸浮液的固液分離過程。 為研究絮凝劑分子在不同基面和邊（斷）面吸附作用機理，首次利用超薄切片技術製備了非常光滑的滑石邊面，基於這一前提，我們利用經典DLVO理論對AFM探針與滑石邊面與基面間的相互作用力曲線進行了擬合，從而獲得了不同pH溶液中滑石各項異性的表面電荷特性。研究發現滑石基面帶永久性的負電荷，而滑石邊面電荷大小則與體系pH相關，當pH小於8時帶正電荷；pH大於9時帶負電荷。 利用超薄切片技術製備超平雲母邊面，通過原子力顯微鏡測量了探針與雲母邊面和基面在低電解質溶液中相互作用力曲線。基於經典DLVO理論，對力曲線進行擬合分析，最終獲得了雲母邊面電荷特性。同時測量了二價離子鈣離子和鎂離子對於雲母邊面Stern電勢的影響。研究發現鈣離子和鎂離子的加入會導致雲母Stern電勢更負，但是即使提高離子濃度至5mM，Stern電勢也不會變為正值。鈣離子的加入對Stern電勢的減小量要大於鎂離子。這些電性質變化都會影響絮凝劑在其表面吸附特性和絮凝行，為從而改進煤泥浮選。