极性-非极性复配捕收剂对难浮氧化煤泥浮选效果的影响及作用机理

针对选煤厂入浮煤泥表面氧化程度高、含氧官能团多,导致浮选精煤产率低且灰分高的问题,分别采用柴油、常规极性-非极性复配捕收剂以及自主开发的新型极性-非极性复配捕收剂,进行了浮选试验,并结合接触角测试和吸附量测试,揭示了新型极性-非极性复配捕收剂强化氧化煤泥浮选效果的作用机理。结果表明:采用柴油和常规极性-非极性复配捕收剂进行氧化煤泥的浮选时,浮选效果均较差,难以满足生产要求;而采用新型极性-非极性复配捕收剂进行氧化煤泥浮选时效果较好,且该复配捕收剂更容易吸附在氧化煤泥表面,可显著提高煤泥表面接触角、降低其对水的润湿性,从而提升氧化煤泥浮选效果。同时,针对氧化煤泥采用新型极性-非极性复配捕收剂进行浮选,当捕收剂总用量为1200 g/t时,精煤产率可达74.28%,精煤灰分仅为7.66%。

CO_(2)-N_(2)复合惰气对氧化煤冷却惰化特性研究

为对比分析不同比例CO_(2)-N_(2)复合惰气和纯CO_(2)/N_(2)对氧化煤惰化效果,利用程序升温实验系统,分别对比煤处于临界温度和干裂温度下通入纯CO_(2)/N_(2)和CO_(2)-N_(2)复合气体后O_(2)、CO气体浓度和煤温的变化特征。结果表明:在氧化煤冷却过程中,相同注气流量下,CO_(2)含量占比高于N_(2)时表现出更快的降温速率、更大的O_(2)和CO浓度降幅以及活化能;以临界温度为初始煤温时,30%N_(2)+70%CO_(2)的降氧速率高于10%N_(2)+90%CO_(2)和纯CO_(2)为0.4~1.22 mol/(cm^(3)·s),CO下降速率高于10%N_(2)+90%CO_(2)和纯CO_(2)为0.24~0.72 mol/(cm^(3)·s),且活化能高于其他5种惰气0.6~5.6 kJ/mol;以干裂温度为初始煤温时,且30%N_(2)+70%CO_(2)的降氧速率高于10%N_(2)+90%CO_(2)和纯CO_(2)为0.22~2.29 mol/(cm^(3)·s),CO下降速率高于10%N_(2)+90%CO_(2)和纯CO_(2)为0.02~5.7 mol/(cm^(3)·s),且活化能高于其他5种惰气为1.3~6.5 kJ/mol。综合降温速率、标志性气体浓度、下降速率及活化能等参数,采用30%N_(2)+70%CO_(2)复合气体对煤体的冷却惰化效果最优。

煤田火区氧化煤分阶催化气化及作用机理

煤田火区热量较大,火区高温会对周围煤体造成影响,在火区受到有效控制或蔓延至其他区域后,往往在火区边缘或邻近煤层形成数量较大的氧化煤。与原始煤炭相比,氧化煤热值低、灰分高,难以作为常规燃煤利用,目前多与优质煤混合利用,导致混煤整体燃烧热值降低且炉渣量增加,严重影响电厂锅炉运行效率。为了更好地利用氧化煤,实现资源利用最大化,提出了氧化煤的分阶催化气化思路,并提出使用价格低廉的膨润土作为高温阶段的催化芯材,通过分阶式催化剂分别实现氧化煤气化过程的初期快速活化和后期催化气化,从而实现氧化煤高效气化利用。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和孔隙分析表征氧化煤催化气化过程中关键结构演变特征,并利用热重质谱联用开展气化实验,通过特征参数分析气化前期和后期反应特点。结果表明:分阶式催化剂由外层K_(2)CO_(3)和内层膨润土构成,其表层K_(2)CO_(3)能明显促进氧化煤初期热解过程中孔隙结构的形成,在气化初期产生大量微孔结构,增加氧化煤与气化剂CO_(2)的接触面积,提高氧化煤反应活性;含Na+阳离子的膨润土可以在高温阶段发挥稳定催化作用,弥补了K_(2)CO_(3)在高温阶段易挥发和失活的缺陷。在分阶式催化剂作用下,碳晶格单元的生长速度减小。这表明分阶式催化剂可以插入碳芳环的边缘,导致内部晶格出现缺陷,从而有效抑制氧化煤焦的石墨化进程,保证连续催化气化反应。当K_(2)CO_(3)和钠基膨润土的质量比达到1∶1,整体催化气化效果最佳。分阶式催化剂在热解阶段也起到一定的催化作用,能促进氧化煤热解脱挥发分释放出氢气。在气化反应阶段,分阶式催化剂能有效降低氧化煤气化反应温度以及合成气产率峰值温度,提高气化反应速率。CO和H_(2)体积分数峰值对应温度的降低幅度分别达到97.4、129.1℃,具有明显的催化效果。氧化煤的分阶式催化气化高效制取合成气为火区氧化煤高效利用提供了新思路,可避免大量火区滞留煤炭资源的浪费。

预氧化煤复燃行为演化特征及微观动力学机制

为探究不同预氧化程度煤的复燃行为演变特征及微观机制,采用程序升温试验、红外光谱测试和电子自旋测试对不同预氧化程度煤样进行宏观复燃特性与微观结构特征研究,测定复燃过程自燃特性参数以及活性基团与自由基的变化规律。结果表明,不同预氧化程度的煤在复燃过程中,耗氧速率和标志性气体(CO、CO_(2))产生率均低于原煤,表观活化能则均高于原煤,且预氧化至90℃煤的自燃特性参数相较于其他不同预氧化程度煤更接近于原煤;说明预氧化至临界温度的煤体自燃倾向性更高。其微观动力学机制是由于不同预氧化程度(60℃、90℃、120℃、150℃、180℃、210℃)煤中还原性官能团数量,其中—OH伸缩振动峰面积分别为10.37、10.92、9.85、9.58、9.42、8.94,脂肪族—CH伸缩振动峰面积分别为4.77、5.22、4.85、4.68、4.22、3.94,烷链—CH_(2),—CH_(3)峰面积分别为12.37、13.02、12.25、11.58、10.42、9.94,均小于原煤(分别为11.58、7.28、14.08),氧化煤较原煤与氧的结合能力减弱,而不同预氧化程度煤复燃过程自由基浓度平均增长率(分别为0.42、0.49、0.37、0.27、0.21、0.18)亦均低于原煤(0.74),氧化煤的氧化性相较原煤下降,且预氧化至90℃的煤还原性官能团数量与复燃过程自由基浓度平均增长率更接近于原煤,从而揭示了预氧化至临界温度时的煤比其他预氧化程度的煤更易复燃的内在原因。

沁新氧化煤难浮机理及可浮性改善研究

以沁新选煤厂氧化煤浮选入料为研究对象,从工业性质、表面含量官能团、表面亲疏水性等方面分析研究氧化煤的难浮机理,结果表明,氧化煤浮选入料与非氧化煤浮选入料相比,灰分、水分较高,固定碳含量下降,表面亲水性增加,浮选效率下降。沁新选煤厂通过优化氧化煤浮选药剂制度,对浮选系统进行工业调试,结果表明,与原药剂制度下的氧化煤浮选效果相比,调试后的尾煤灰分提高了31.76%,精煤灰分降低了1.14%,精煤产率提高了21.61%,优化后的浮选药剂制度对氧化煤的浮选效果有明显提高,可增加选煤厂的经济效益。

预处理手段对氧化煤中腐植酸的产率的影响

这是一篇矿物加工工程领域的论文。煤炭资源在开采和储存过程中会形成大量的氧化煤,造成煤炭资源的浪费和环境污染,从氧化煤中提取腐植酸可以达到氧化煤资源高值化利用的目的。为进一步提高氧化煤中腐植酸的含量和利用效率,本文采用H_(2)O_(2)氧化、浓H_(2)SO_(4)氧化以及反浮选三种手段对氧化煤样品进行预处理,考查了其对氧化煤中腐植酸含量的影响并运用傅立叶红外光谱(FTIR)分析了含氧官能团的变化情况。实验结果表明,氧化和反浮选均能提高腐植酸的利用效率,使用H_(2)O_(2)氧化后,煤样中腐植酸含量由21.58%提高到43.62%;通过浓H_(2)SO_(4)氧化后,腐植酸含量达到48.51%,腐植酸提取率达到81.08%。经反浮选处理提取腐植酸,可脱除部分矿物质,腐植酸富集在沉物中,腐植酸提取率也有提高,经氧化处理后提取的腐植酸含氧基团增加,亲水性增强。

不同粒径原煤、初次氧化煤与二次氧化煤氧化特性对比分析

为了揭示氧化对不同粒径煤结构的作用机理,采用电子自旋共振波谱仪(ESR)和傅里叶红外光谱(FTIR)技术分析5种粒径的原煤、初次氧化煤、二次氧化煤,研究氧化对煤分子自由基种类、自由基浓度和官能团含量的影响。结果表明:不同粒径煤样中自由基种类数(g因子)由大到小依次为初次氧化煤,二次氧化煤,原煤,自由基浓度由大到小依次为二次氧化煤,初次氧化煤,原煤,煤粒径越小,这种变化趋势越明显;煤粒径>0.124 mm时,C—O含量由大到小依次为二次氧化煤,初次氧化煤,原煤,煤粒径<0.124 mm时,则C—O含量由大到小依次为初次氧化煤,二次氧化煤,原煤;不同粒径煤样中脂肪烃含量由大到小依次为原煤,初次氧化煤,二次氧化煤,同时初次氧化煤与二次氧化煤脂肪烃含量的差值随粒径减小而逐渐减小。

磨矿对氧化煤浮选效果的影响

采用FTIR对两种不同氧化程度的煤样磨矿前后进行红外光谱分析,研究表明:磨矿过程使煤粒表面疏水基(芳环和甲基)含量增加,使亲水基(羟基和羧基)的含量降低;轻度氧化煤样经过磨矿20-30 min即可通过常规浮选达到有效的分选回收,重度氧化煤样需经过80 min的磨矿才可达到最佳浮选回收效果,但随着磨矿时间的继续增加,浮选回收效果逐渐变差;浮选回收效果最佳时,62-11μm粒级含量达到最大值。

用GC/MS分析研究大同原煤及氧化煤的甲醇/四氢呋喃萃取物(英文)

为了研究氧化对煤样萃取性能的影响,先将大同煤破碎到200目并在105℃干燥,然后在温和条件下用双氧水进行氧化。将原煤和氧化煤在超声辐射下用甲醇 四氢呋喃(THF)混合溶剂进行萃取,并用GC MS进行分析测定。结果发现,在两种甲醇 THF配比下,氧化煤的萃取率均高于原煤;而且随着萃取剂中THF浓度的提高,萃取率增大;从GC MS测定结果看,四种萃取物的组成各不相同,显示氧化和萃取剂中THF含量的变化均能改变萃取物的化学组成,但四种萃取物中检测出的化合物均以烃类为主。另外,煤粉通过与萃取物和溶剂形成胶体而悬浮于上层清夜中,因此,超声条件下对煤进行萃取时必须过滤。

预氧化煤自燃特性试验研究

为研究预氧化煤自燃特性参数变化规律,采用程序升温试验研究原煤和预氧化煤的自燃特性。结果表明:与原煤相比,随着温度增加,预氧化至90℃的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率、放热强度均大于原煤;随着温度的增加,预氧化至130℃的煤样与原煤的耗氧速率、CO产生率、放热强度曲线的交叉温度为80~90℃,预氧化至170℃的煤样的交叉温度为110~120℃,小于交叉温度时,预氧化煤的耗氧速率、CO产生率、放热强度大于原煤,超过交叉温度后小于原煤;小于80℃时,预氧化至130、170℃的煤样的CO2产生率大于原煤,超过80℃后小于原煤;预氧化煤的最小浮煤厚度、下限氧浓度极值减小,上限漏风强度极值增大;煤的氧化程度越高,自燃极限参数极值变化量越大。

煤泥浮选过程强化之三——低阶/氧化煤浮选界面强化篇

低阶/氧化煤由于其表面孔隙发达、含氧官能团多,导致浮选捕收剂消耗量极大、效率低下,而界面强化是提高其分选效率的重要途径。从低阶/氧化煤表面含氧官能团与捕收剂的相互作用出发,开发一种新型的极性复配捕收剂,探索了极性复配捕收剂和孔隙机械压缩对低阶/氧化煤浮选界面强化的影响,并进行了浮选动力学试验验证;借助机械热压机对难浮煤进行处理,采用XPS光电子能谱、压汞仪及比表面积测试仪(BET)和红外光谱仪检测热压前后褐煤表面性质的变化,并运用Van Oss-Chaudhury-Good理论计算了煤样的表面自由能,探明了机械热压对褐煤表面物理化学结构的影响。机械热压过程对褐煤表面疏水性改善及浮选界面强化具有一定的借鉴意义。

煤泥浮选过程强化之二——低阶/氧化煤难浮机理探讨篇

为探明低阶/氧化煤的难浮机理,对典型低阶/氧化煤样品进行了粒度、密度、红外、XPS等分析,借助Washburn动态法对煤表面自由能进行了计算,使用界面极性相互作用理论对煤-水、煤-药剂及煤-水-烃油药剂相互作用能进行了计算,并借助AFM对烃油药剂分子与难浮煤表面相互作用力进行测试,在微纳尺度下验证了热力学计算结果。结果表明,低阶/氧化煤表面的极性基团是制约其难浮的关键因素,捕收剂中的极性基团可与低阶/氧化煤表面形成引力作用,强化药剂分子与煤表面分子的相互作用,是改善低阶/氧化煤浮选过程的有效途径之一。

不同表面活性剂对氧化煤泥浮选促进作用的研究

以人工氧化煤为原料,研究了3种不同类型的表面活性剂FM、CTAB和SDS对氧化煤泥浮选效果的促进作用,再用润湿热和红外光谱研究了不同表面活性剂对氧化煤泥浮选的促进机理。结果表明:这3种类型的表面活性剂都可以促进氧化煤的浮选,且效果为SDS>CTAB>FM,说明阴离子型表面活性剂对该氧化煤浮选的促进作用最好。

预氧化煤低温氧化放热和动力学特性研究

现有氧化煤自燃特性研究大多以较低氧化温度和空气条件下制取的煤样为研究对象,缺乏对预氧化煤氧化过程中动力学特性的分析。针对上述问题,利用C80微量热仪以不同氧化温度(100,200,300℃)和氧气体积分数(21%,15%,5%)条件下制取的预氧化煤为对象,研究了其低温氧化反应的放热和动力学特性,并探讨了氧化温度和氧气浓度对预氧化煤低温氧化反应活化能的影响。预氧化煤低温氧化放热特性分析结果:(1)预氧化煤低温氧化进程滞后于原煤样,且滞后程度随氧化温度和氧气浓度升高而增大。(2)预氧化煤低温氧化反应的放热量低于原煤样,且放热量随氧化温度和氧气浓度升高逐渐降低。当氧化温度为100℃时,不同氧气浓度预氧化煤的t1(热流>0时对应的温度)、t2(热流增长率最大值对应的温度)及低温氧化过程的反应热基本相等。(3)随着氧化温度升高,氧气浓度对t1、t2及低温氧化过程的反应热的影响才逐渐明显。表明氧气浓度对预氧化煤低温氧化反应的影响在较高的氧化温度下才体现。但是,太高的氧化温度导致预氧化煤低温氧化反应进程严重滞后且反应放热量<0。预氧化煤低温氧化动力学参数分析结果:(1)预氧化煤低温氧化反应加速氧化阶段的活化能高于原煤样,快速氧化阶段的活化能低于原煤样。表明预氧化煤氧化反应进入加速氧化阶段的门槛提高,却更容易进入快速氧化阶段。(2)从指前因子数据可看出,预氧化煤低温氧化反应相较于原煤样更为迅速。(3)预氧化煤低温氧化过程的活化能没有随氧化温度和氧气浓度的变化表现出明显的规律性:在加速氧化阶段活化能随氧化温度升高而增大,随氧气浓度升高呈先降低后升高趋势;在快速氧化阶段,当氧化温度为100℃,活化能随氧气浓度升高呈先降低后升高趋势,而氧化温度为200℃时则相反。

脂肪醇对氧化煤浮选的促进作用研究

以氧化煤为研究对象,探究了药剂用量变化对其浮选效果的影响,并从脂肪醇种类和添加量两方面研究了脂肪醇对氧化煤浮选的促进作用。试验结果表明,脂肪醇可以通过氢键吸附在含氧官能团上,改善煤粒表面的疏水性,从而提高精煤产率和浮选完善指标;并且脂肪醇中碳原子数量越多,促进作用越明显;当脂肪醇添加量为0.3 kg/t时,对浮选的促进作用相对最好。

二次氧化煤燃烧和灭火过程的实验研究

采空区遗煤属于二次氧化煤,遗煤自燃严重威胁着煤矿安全生产。氮气可作为灭火剂对遗煤自燃进行抑制。为研究氮气对二次氧化煤的影响,本文采用了热重分析和程序升温系统分别对升温过程和灭火过程进行了实验与分析。在升温过程中,随着氮气浓度的增加,特征温度均有所上升,氮气对二次氧化煤的燃烧具有抑制作用。在降温灭火过程中,以温度和指标气体CO浓度作为监测参数,对其灭火效果进行实验。分析发现,在程序升温到400℃的二次氧化煤中通入氮气与空气的混合气体,当氮气与空气的体积比为50%/50%时,较自然降温的时间节约了38.0%,CO浓度降至0所需的时间减少了42.1%。氮气浓度越高,二次氧化煤的灭火时间越快,生成的产物越少,灭火效果越好。

高灰氧化煤的浮选试验研究

针对高灰氧化煤存在的细粒级含量大、灰分高、难浮选等问题,研究了浮选机、浮选柱对高灰氧化煤浮选效果的影响,考察了脂肪醇(乙醇和丁醇)对氧化煤的去氧化作用。浮选机试验表明:经促进剂处理后,煤样浮选效果明显改善,与空白试验相比,丁醇处理后煤样的可燃体回收率提高了12.99%,精煤灰分降低了16.63%;丁醇改善氧化煤浮选效果的能力要强于乙醇,可燃体回收率提高了1.30%～11.43%,精煤灰分降低了0.21%～1.46%。浮选柱试验表明:丁醇对高灰氧化煤的浮选柱分选效果较乙醇好,在循环泵压力为0.16 MPa时,煤泥浮选效果最好,可燃体回收率为38.55%,精煤灰分为19.49%,比相同药剂条件下浮选机试验的可燃体回收率提高了6.26%,精煤灰分降低了3.32%。因此,经脂肪醇预处理后,煤泥浮选效果明显提高,且浮选柱的分选效果要好于浮选机。

原煤粒度组成对氧化煤磨矿浮选的影响探究

将太西高度氧化煤配制成粒度组成不同的3组煤样,分别对其进行磨矿浮选,通过分步释放试验结果的对比,考察了原煤粒度组成、磨矿时间对磨矿提高氧化煤可浮性的变化规律。结果表明磨矿时间过长对提高氧化煤可浮性不利,且粗颗粒氧化煤更适合通过磨矿提高其可浮性。不同粒度组成的原煤通过磨矿提高的可燃体回收率与煤样的总比表面积成反比。探讨了不同粒度组成的原煤在磨矿过程中破碎作用与剥离作用的行为特点以及对总精煤可燃体回收率的影响。

风氧化煤地质与地球物理特征

根据风氧化煤中有机质、灰分、挥发分以及固定碳含量等成分的变化,结合氢、氧含量、发热量、视密度、黏结性、测井参数等,讨论风氧化煤地质与地球物理特征:(1)风氧化煤表面C、O原子含量变少,风氧化煤内部的风氧化程度要弱于表面;(2)风氧化煤光泽暗淡,因风氧化作用产生的煤成黏土密度低于黏土;(3)干燥无灰基碳、氧+硫含量在风化煤最低,氢含量反之最高;(4)风氧化煤的有机质绝大多数被破坏,灰分剧增,挥发分及固定碳降低;(5)氧化煤有高自燃性,与之相反风化煤不具有易燃性,反可作为防火预留煤柱。(6)随风化程度的加深,在测井曲线上自然伽马、伽马伽马呈现高幅值,电阻率呈现低幅值;(7)岩浆侵入导致氧化煤其电阻率曲线基本为零,密度变小。

原煤和氧化煤的低温氧化特性

为研究原煤和氧化煤的低温氧化特性,以潘集矿煤样为研究对象,将原煤在90℃空气环境中恒温氧化150 min制备氧化煤样。采用程序升温实验装置测定了170℃以下原煤和氧化煤低温氧化阶段不同温度下的CO浓度,并基于CO浓度分阶段计算了原煤和氧化煤的表观活化能。此外,通过电子自旋共振设备测定了180℃以下原煤和氧化煤低温氧化过程中的自由基浓度。结果表明:原煤和氧化煤的CO浓度和表观活化能均随着温度的升高而增大,且表现出明显的阶段性特征;原煤和氧化煤的CO浓度和表观活化能在50~60℃范围内产生交叉;50℃以下,氧化煤的CO浓度大于原煤,表观活化能小于原煤;超过60℃,氧化煤的CO浓度小于原煤,表观活化能大于原煤。原煤的自由基浓度随着温度的升高而增大,氧化煤的自由基浓度随着温度的升高先降低后升高;相同温度下,氧化煤的自由基浓度大于原煤,但其自由基浓度的变化速率小于原煤。