捕收剂与煤表面分子间作用研究

发布时间：2017-09-12 10:05

  本文关键词：捕收剂与煤表面分子间作用研究

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【摘要】：煤泥浮选对于提高选煤厂技术经济效益具有重要意义,细粒煤泥表面可浮性差,呈现难以被气泡高效率的选择性捕获、捕收剂等药剂消耗大、过程效率低等突出问题。本文选取内蒙鄂尔多斯长焰煤、宁夏太西无烟煤以及高阶无烟氧化煤为研究对象,从煤表面入手,测试表征了难浮煤表面的碳氢链、芳香环衍生物及含氧官能团,分析了煤表面与药剂之间作用；研究了煤-药剂之间的界面作用,进行了基于煤表面与药剂作用的药剂强化试验。研究了煤粒表面及捕收剂的分子结构特征。利用扫描电子显微镜、红外光谱扫描仪,X光电子能谱分析仪等仪器,对长焰煤、无烟煤以及无烟氧化煤进行了表面形貌与化学组成等检测。结果表明,长焰煤表面含有大量的-OH、-COOH等含氧官能团,表面疏水性差,可浮性差；无烟煤表面含有苯环、不饱和碳及少量的-OH,疏水性较强；氧化煤表面的-OH、-COOH等含氧官能团数目较无烟煤明显增多,亲水性大大增强。 通过对十二烷、壬基苯、仪-呋喃丙烯酸进行的分析,验证了试验用捕收剂分子结构中官能团种类与含量与理论值一致,即十二烷中只含有碳氢链,壬基苯中含有碳氢链和苯环,α-呋喃丙烯酸中含有苯环、C=C及-COOH。采用KRUSS100表面张力仪及DSA100接触角测量仪等设备,运用van Oss-Chaudhury-Good理论等,检测并计算了试验所用煤样及捕收剂表面的非极性Lifshitz-vander Waals作用γsLW和极性Lewis酸碱作用γsAB。结果表明,煤样的表面自由能均以γsAB为主,占总表面能的85%以上；捕收剂中十二烷与壬基苯以γsLW为主,占90%以上,α-呋喃丙烯酸的γsLW和γsAB各占总表面能的37.91%和62.09%；计算了固液界面相互作用自由能△ GslLW-AB包括Lifshitz-vander Waals相互作用自由能△GslLW和Lewis酸碱相互作用自由能△GslLW,三种煤样中长焰煤与α-呋喃丙烯酸之间的△GslLW-AB最大,为-76.724mJ,无烟煤与壬基苯之间的△GslLW-AB最大,为-65.043mJ,氧化煤与十二烷之间的△GslLWAB最大,为-73.757mJ,从热力学的角度预测了捕收剂对煤的捕收性能差异即界面自由能越大,捕收能力越强。捕收剂与煤表面分子之间的作用分析。论文从煤样表面电位及与捕收剂相互作用前后的表面电位及红外光谱图入手,分析了煤与捕收剂作用前后表面电位的变化规律,分析了红外图谱中分子基团振动峰的漂移与作用大小及种类的关系,得出长焰煤因其自身结构特性与捕收剂之间发生疏水作用和氢键作用,且氢键作用大于疏水作用,无烟煤与捕收剂之间主要发生π键作用；氧化煤与捕收剂之间主要发生疏水作用和氢键作用,且疏水作用大于氢键作用。进行了几种捕收剂煤泥浮选试验并进行了强化工艺验证。结果表明,对同一煤样,使用单一捕收剂和使用混和捕收剂,所得精煤指标有明显变化,如十二烷浮选长焰煤最佳指标为精煤产率64.44%,灰分12.67%,加入α-呋喃丙烯酸后精煤产率上升11.68%,加入壬基苯后精煤产率上升2.34%,加入α-呋喃丙烯酸比加入壬基苯产率上升多9.34个百分点,验证了捕收剂与煤表面分子作用分析的正确性。
【关键词】：捕收剂 煤 官能团 分子间作用 表面能
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD923.13
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-18
• 变量注释表18-19
• 1 绪论19-37
• 1.1 选题背景19-20
• 1.2 捕收剂与煤粒表面作用研究20-21
• 1.3 煤的表界面性质研究进展21-25
• 1.4 难浮煤的表面特性及分选过程强化25-35
• 1.5 主要研究内容35-37
• 2 煤样的特性分析37-47
• 2.1 煤样粒度分析37-38
• 2.2 煤样密度分析38-39
• 2.3 煤样表面形貌分析39-40
• 2.4 煤样的红外光谱检测40-42
• 2.5 煤样的X射线光电子能谱检测42-44
• 2.6 煤样的X射线衍射检测44-46
• 2.7 本章小结46-47
• 3 煤表面的自由能及Zeta电位47-52
• 3.1 煤表面的自由能47-50
• 3.2 煤样的Zeta电位检测50-51
• 3.3 本章小结51-52
• 4 捕收剂的选取及性质表征52-59
• 4.1 捕收剂的选取52
• 4.2 捕收剂的性质表征52-57
• 4.3 本章小结57-59
• 5 煤、捕收剂之间作用分析59-65
• 5.1 煤、捕收剂的界面能59-60
• 5.2 煤、捕收剂的FTIR60-63
• 5.3 煤、捕收剂的Zeta电位63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 6 基于药剂与煤作用的煤泥浮选试验研究65-73
• 6.1 单一捕收剂浮选试验65-68
• 6.2 混合捕收剂浮选过程强化68-71
• 6.3 本章小结71-73
• 7 结论与展望73-75
• 7.1 结论73-74
• 7.2 展望74-75
• 参考文献75-81
• 作者简历81-83
• 学位论文数据集83

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本文编号：836560