煤泥浮选颗粒间相互作用及对浮选影响研究

发布时间：2020-11-14 02:24

　　 煤粒表面良好的疏水性是实现浮选的前提。浮选过程中,细粒或微细粒亲水性黏土矿物会罩盖在煤粒表面,导致浮选选择性下降,影响精煤灰分;罩盖严重时会阻碍捕收剂或气泡与煤粒间的吸附,导致煤粒不能浮起而损失在尾矿中,造成浮选回收率下降。细泥罩盖不仅存在于煤的浮选中,还广泛存在于矿物的浮选中,如硫化矿、氧化矿、盐类矿物及油砂等。尤其在复杂多金属矿的浮选过程中,不同矿物颗粒的电性差异较大,导致脉石矿物与有用矿物颗粒间凝聚现象严重,影响浮选选择性和矿物回收率。因此,矿物颗粒间的界面调控是决定浮选能否成功的重要因素。本文利用淮北选煤厂重选块精煤、火烧铺选煤厂重选中煤、林西矿浮选精煤和庞庞塔矿浮选入料以及加拿大格林希尔矿原煤等煤样,针对高灰难浮煤泥存在的细泥罩盖严重影响煤泥浮选问题,以提高浮选回收率为目标,从颗粒间相互作用入手,研究了黏土矿物、煤中原有细泥与煤颗粒间的凝聚与分散行为,考察了不同矿浆条件下颗粒间相互作用对煤泥浮选的影响,探索了机械搅拌对颗粒间相互作用的影响,并在此基础上,分析了高剪切调浆中表面擦洗对细泥罩盖的去除作用,提出了细泥罩盖的调控机制。论文首先研究了颗粒表面荷电行为。探讨了矿浆pH、钙镁离子对黏土矿物以及不同密度煤颗粒表面电性的影响,研究表明矿浆pH决定了颗粒表面zeta电位的大小和符号,钙镁离子对颗粒表面双电层有显著的压缩作用。通过zeta电位分布、激光粒度分析并结合扫描电镜分析等方法研究了矿浆中颗粒间的凝聚与分散行为,结果表明酸性矿浆加重了黏土矿物及原有细泥与煤粒间的凝聚,碱性矿浆下黏土矿物及原有细泥与煤粒间处于良好的分散状态,但中性矿浆下二者发生了轻微凝聚。对颗粒间相互作用力进行了研究。通过DLVO理论计算了不同矿浆pH、钙镁离子浓度下黏土矿物与煤颗粒间相互作用力,结果表明矿浆pH对黏土矿物与煤粒间的DLVO作用力有重要影响,矿浆pH值越小、钙镁离子浓度越高,则颗粒间双电层斥力和作用范围越小,越有利于颗粒凝聚,加重细泥罩盖的发生。同时,利用原子力显微镜对蒙脱石与煤之间的相互作用力进行了直接测定,测量结果表明矿浆pH对二者之间作用力的影响与DLVO理论计算相吻合,证明煤与蒙脱石之间的相互作用遵从经典的DLVO胶体稳定性理论。并分析了疏水颗粒间的疏水作用力,通过观测疏水化蒙脱石与纯煤(灰分约为3.50%)在水中的团聚现象证实了疏水力的存在。从颗粒尺寸和表面性质考察了细泥罩盖的发生条件和作用机理,研究表明黏土矿物在煤表面的罩盖是由DLVO作用力决定。煤中不同密度的原有细泥在煤粒表面的罩盖机理不同,高密度细泥主要通过范德华吸引力罩盖在煤表面;中、低密度细泥则通过疏水吸引力和范德华吸引力的共同作用罩盖在煤表面。中、低密度细泥与煤的结合力要大于高密度细泥。小颗粒与煤之间的能垒低,容易与煤发生罩盖;且吸引力与颗粒重力之比大,罩盖后不容易脱落。罩盖对煤泥浮选的影响研究。首先研究了黏土矿物罩盖对煤浮选的影响,结果表明,酸性条件下煤被黏土矿物严重罩盖,煤的浮选受到严重抑制;中性条件下黏土矿物在煤表面微弱罩盖,影响精煤灰分;碱性条件下黏土矿物未抑制煤的浮选。当捕收剂用量不足时,低密度细泥使煤得不到充足的药剂和气泡表面,因此会较为严重的抑制煤的浮选;高密度细泥在煤表面微弱罩盖,对煤的抑制作用较小;而中间密度细泥由于受到疏水作用力,其疏水界面与煤发生吸附,导致亲水部分朝外,使煤的表面变的亲水,阻碍了煤与捕收剂或气泡间的粘附,对煤浮选的抑制作用要强于低密度和高密度细泥。机械搅拌对颗粒间相互作用的影响研究。基于聚焦光束反射测量等技术系统研究了搅拌强度对颗粒间凝聚与分散行为的影响,研究结果表明,温和搅拌通过增加颗粒间碰撞概率并为颗粒提供克服颗粒间能垒的动能增强了高岭石和煤颗粒间的凝聚,加重了细泥罩盖;强烈的机械搅拌可以破坏颗粒聚团,使细泥罩盖得到减轻。因此,通过引入强机械搅拌可以有效消除细泥罩盖的发生。考察了高剪切调浆对细泥罩盖的减轻作用,并设计了“分步调浆”试验对调浆机理中的表面擦洗作用进行了量化分析。结果表明,表面擦洗作用可以除去煤粒表面罩盖的细泥颗粒,提高煤粒表面疏水性,进而增强煤与捕收剂间吸附的牢固程度,提高精煤回收率。因此,表面擦洗作用是决定调浆效果的重要因素。针对庞庞塔浮选入料,当调浆叶轮线速度为4.71m/s时,表面擦洗4min使可燃体回收率从25.30%提升至47.37%。为了使煤泥能够得到充分的表面擦洗,同时又避免药剂解吸,提出了把表面擦洗作用、药剂分散和药剂-颗粒有效碰撞独立进行的煤泥调浆方案。
【学位单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD94
【部分图文】：

10图 2.1 Zeta 电位分布对应颗粒间相互作用原理图[39].1 Schematic zeta potential distributions for a binary particulate comsystem that can be interpreted for particle interactions表面的罩盖现象，但由于二者的 zeta 电位分布太过于接近，未在黄铜矿表面发生了罩盖。位分布还被用来分析微细沥青液滴和黏土矿物颗粒间的凝聚行a 电位分布分析较为准确地掌握了黏土矿物在沥青表面发生罩盖 值和离子条件[50]。综上所述，zeta 电位分布是一种较为客观和盖的方法，但是此方法要求两种矿物间有较大的 zeta 电位差。诱导时间测量被黏土矿物罩盖后，其疏水性下降，与气泡附着时所需的诱导通过测量诱导时间理论上可以知晓黏土矿物在煤表面的罩盖情，说明罩盖现象越严重。当前，有多种测定诱导时间的方法和装

2 文献综述下面介绍一种方法，其原理如图 2.2 所示。张志军[52]利用一种实验室自制的诱导时间测定仪（Induction timer）测定了煤颗粒和气泡之间的诱导时间。测试时，将被测煤样进行多次冲洗后平铺到测试槽底部，加入纯水或所需电解质溶液。在毛细管的一端产生一个气泡，控制毛细管接触煤样床层，在一定的预设的接触时间后迅速撤回毛细管，从显示器上观察煤与气泡是否粘附，反复进行多次，把粘附率 50%时对应的预设接触时间定义为诱导时间，试验实例图 2.3 所示[53]。

细管的一端产生一个气泡，控制毛细管接触煤样床层，在一定的预设的接触时间后迅速撤回毛细管，从显示器上观察煤与气泡是否粘附，反复进行多次，把粘附率 50%时对应的预设接触时间定义为诱导时间，试验实例图 2.3 所示[53]。图 2.2 诱导时间测定仪原理图[52]Fig.2.2 Schematic diagram of induction timer
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本文编号：2882952