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低阶煤由于表面含氧量高、疏水性差且孔隙发达、遇水易泥化,导致低阶煤的常规浮选矿化黏附效率过低,药耗量大,难以工业化应用。针对低阶煤浮选的难题,采用油泡浮选技术来提高低阶煤的矿化效率,并围绕矿浆溶液化学环境对矿化过程的影响问题,已引起同行专家的高度关注。因此,本文以胜6褐煤为研究对象,从热力学方面入手,以低阶煤表面水化作用-低阶煤和油泡间的矿化黏附能垒-诱导时间分析为主线,研究溶液化学特性(pH、离子种类和离子浓度)对低阶煤和油泡表面特性及矿化过程的影响,并通过相应条件下的油泡浮选试验进行验证。在此基础上,对低阶煤油泡浮选的溶液化学特性进行优化与调控,以提高低阶煤的浮选效果。 本文所用的胜 6 褐煤干燥基灰分为20.35%,属于中等灰分,粒度较细且易泥化,主导粒级(-0.045mm)含量高达 53.46%。煤样表面含氧量高,含氧基团主要为C-O-C和C-OH基团,含量达18.72%。煤样中的矿物杂质主要为石英,其次是黏土类的矿物,包括高岭石、绿泥石和珍珠石等。煤样的天然可浮性差,通过浮选速度试验判断其可浮性属于最难浮煤泥。 利用基于爱因斯坦粘度理论推导的水化度公式对不同溶液化学环境中煤样表面的水化作用程度进行了比较。结果表明:pH的增大会导致煤样表面的水化作用增强;而电解质的加入会降低煤样表面的水化作用程度,且阳离子价态越高,水化度越小,相同的离子浓度(20mmol/L)下,电解质对煤样表面水化作用降低程度的顺序为:AlCl3>CaCl2>NaCl。 以表面电位为切入点,通过 DLVO 理论计算了煤样和油泡间的相互作用势能,研究了溶液化学特性对势能能垒的影响。结果表明:煤样表面的负电性强于油泡,随着pH的增大,煤样和油泡表面的负电性均逐渐增强,它们之间的矿化黏附能垒也不断提高。电解质的加入可以降低煤样和油泡表面的负电位值,减小煤样和油泡间的能垒,且阳离子价态越高,其吸附平衡时间越短,吸附能力越强,对双电层的压缩程度越大,矿化黏附能垒越小。相同的离子浓度(20mmol/L)下,AlCl3溶液中的能垒最小,为0.037×10-16J。 诱导时间的测定结果表明,pH的降低以及NaCl和CaCl2浓度的增大均能缩短诱导时间。而对AlCl3而言,随着其浓度的增大,诱导时间先减小后增大,当AlCl3浓度为10mmol/L时,诱导时间最低,为8ms。煤样的油泡浮选试验表明,煤样的可燃体回收率与其表面水化作用程度、相互作用势能以及诱导时间随溶液化学特性的变化规律基本相符。并据此利用响应面分析方法对溶液环境进行了优化与调控,得到油泡浮选的最优溶液化学条件为:溶液 pH 为 6,Na+浓度为80mmol/L,Ca2+浓度为61.26mmol/L时,可燃体回收率可达到59.19%。