低阶煤与改性油泡的矿化行为及其浮选过程强化研究

With the rapid increase of low rank coal production in China, it is of great theoretical and practical significance for solving the problems of low rank coal flotation using a new flotation method. In order to enhance floatability and decrease oil consumption in the flotation of low rank coal, beginning with mineralized bubbles, a new method, oily bubble flotation of low rank coal, is to be proposed using modified oily bubbles to replace conventional bubbles. The energy barrier of collision and attachment process of low rank coal-oily bubble is to be broken through by means of energy intensifying mechanism. Thus efficient mineralization of low rank is achieved. Based on the analyses of surface oxygen-containing functional groups, surface electric properties, pore structures, adsorptivity and wettability by modern measurements, such as XPS, FT-IR, Raman and TFA, the characteristic of coal surface and flotability is revealed. By studying the generation, modification and performance evaluation of oily bubble, the surface characteristic, spreading property and foam performance are obtained. With the aid of the investigation of mineralization behavior and interfacial chemical mechanism between oily bubble and coal particle, and the measurements of adhesion work, film thickness and induction time, the mechanism of contact perimeter spreading in the process of oily bubble attachment is knowledged. Thereby, the mineralization mechanism of low rank coal-modified oily bubble will be revealed. Through the flotation process features, kinetics, energy input mechanism and parameter optimization, the method of process intensification and oil consumption reduction of low rank coal flotation using oily bubble is explored, and the optimum separation parameter will be obtained. All these investigations will contribute to the theoretical basis for the industrial scale flotation of low rank coal.

随着我国低阶煤产量的急剧增加，采用新的方法突破低阶煤浮选的瓶颈问题，具有重要的理论和现实意义。项目针对低阶煤可浮性差、浮选药耗高的问题，从矿化负载气泡入手，提出一种低阶煤油泡浮选新方法，用改性油泡代替普通气泡，并通过过程强化机制，突破低阶煤-油泡碰撞粘着的能垒，实现低阶煤高效矿化和有效回收。项目在综合运用XPS、FT-IR、Raman、TFA等手段进行低阶煤表面含氧基团、电性、孔隙结构、吸附性及润湿性分析基础上，弄清低阶煤表面和可浮性特征。通过油泡制造方法、改性研究以及性能评价，弄清油泡的表面特性和分散性及泡沫层特性。通过粘附功、液膜厚度和诱导时间等测试分析，低阶煤与油泡的矿化行为及界面作用研究，掌握油泡粘着过程中接触周边扩展机制，揭示低阶煤-油泡矿化机理。通过浮选过程特征、动力学、能量机制及参数优化研究，探索浮选过程强化和降低药耗方法，找出最佳分选参数，为低阶煤浮选工业应用提供理论基础。

我国低阶煤资源十分丰富，采用新的技术途径突破低阶煤浮选的瓶颈问题，具有重要的理论和实际意义。为解决低阶煤可浮性差、浮选药耗高的问题，从煤表面性质入手，以矿化负载气泡为突破口，围绕煤与气/油泡的矿化粘附过程特征，提出一种低阶煤-活性油泡浮选过程强化方法。.根据研究计划，开展了低阶煤的表面特性及其亲水性能研究，讨论了低阶煤表面润湿热力学行为，建立了表面自由能组分与可浮性关系模型，掌握了低阶煤表面水化特征及其可浮性；进行了油泡性能评价及其在煤表面铺展行为研究，弄清了油泡改性方法、表面活性剂与油类捕收剂的协同作用关系，利用高速动态分析系统和AFM，解析了气/油泡在不同粗糙度煤表面TPC形成机制及其铺展行为；研究了低阶煤-改性油泡矿化行为及界面化学机制，阐明了油泡与煤粒碰撞、粘附过程特征，揭示了改性油泡的矿化机理，并构建了诱导时间与低阶煤回收率的关系模型；开展了低阶煤气/油泡浮选过程特征及其分离过程强化研究，探讨了能量输入对低阶煤气 /油泡浮选指标和浮选动力学行为的影响，弄清了低阶煤-油泡碰撞粘附过程的能垒变化特征，建立了气/油泡浮选过程中可浮性、矿化能垒与能量输入的适配机制，初步掌握了低阶煤油泡浮选过程强化和调控方法。研究表明，采用2-乙基己醇改性的活性油泡对JY低阶煤浮选具有强化作用，在同等条件下，油泡浮选技术比常规浮选可燃体回收率高30-60个百分点；通过活性油泡浮选工艺参数优化研究，找到了最优的工艺参数，在该条件下最大可燃体回收率可达95.12%，而吨煤捕收剂消耗由常规浮选50kg降至4.35kg。.本项目按计划完成了全部研究内容，并达到预期目标。发表标注SCI论文14篇，获发明专利2项。通过本项目的研究，掌握了低阶煤的表面特征及其可浮性行为，弄清了油泡与煤粒碰撞、粘附过程特征，揭示了改性油泡的矿化机理，并找到了低阶煤油泡浮选过程的强化和调控方法。这些研究成果，为低阶煤油泡浮选工业应用提供了重要理论依据和技术支撑。