水力空化法剥离煤制备荧光碳点的性质

以煤为原料制备碳纳米材料,对煤炭的清洁化和资源化利用具有重要意义。纳米碳点以其优异的性能,在许多领域显示出巨大的应用前景。目前,制备煤基碳点的化学和物理方法存在着使用药剂和设备昂贵、难以规模化生产等不足,因此亟需开发一种绿色环保、可规模化的制备方法。以无烟煤为原料,本文首次采用水力空化的方法剥离出碳点。该碳点呈类球形颗粒,平均粒径为2.1nm,具有石墨类晶格结构;主要由C、O元素组成,表面附着丰富的含氧基团,水溶液中分散性良好。由于该碳点特有的核壳结构,展现出独特的荧光性能。在360nm光照射下,显示出蓝色和黄色两个荧光峰;当用小于此波长光激发时,蓝色荧光峰占主导地位,而大于此波长时,黄色荧光峰占主导地位;另外,蓝色荧光峰表现出对激发波长的依赖性,而黄色荧光峰位置基本不变。本碳点的成功制备为研究其荧光机理和双荧光峰之间的过渡与转换提供了新的实物基础。更重要的是,研究成果将为碳点的绿色、高效、低成本、连续和规模化制备,以及煤炭资源的高值化利用提供新思路和新方法。

高灰煤气化细渣的油类捕收剂浮选与难浮机理

高效分离煤气化细渣中的残碳和矿物是其高值化利用的前提,但气化细渣较差的可浮性成为其浮选分离面临的难题之一。以多喷嘴对置(OMB)水煤浆气化炉的煤气化细渣为对象,研究了油类捕收剂十二烷的浮选效果和气化细渣的难浮机理。通过傅里叶红外光谱测试,发现气化细渣中芳香结构和侧链的含量相比煤炭样品的含量较少,且气化细渣表面存在较多含氧基团;X射线光电子能谱结果表明气化细渣矿物中包含多种亲水的氧化矿物。通过低温氮气吸附和压汞试验测量了气化细渣的孔隙特性,结果表明其孔隙在纳米到微米尺寸内均有大量分布;计算得到原矿样品的BET比表面积为62.03 m^(2)/g。通过粉末润湿试验和改进的Lucas-Washburn方程表征了水和十二烷对气化细渣粉末的润湿过程,试验发现气化细渣残碳相比水更易被十二烷润湿,而气化细渣尾矿更易被水润湿,但残碳和尾矿对水的润湿性差异较小;通过低场-H^(1)核磁共振的T_(2)反演图谱证明了油类捕收剂在孔隙中的吸附行为;油类捕收剂用量的增加和油滴粒径的减小导致孔隙药剂吸附量增加。油类捕收剂在气化细渣的浮选过程中大量进入孔隙而难以有效在残碳表面吸附,导致油类捕收剂的浮选作用效果差。

中国民用煤洁净化利用现状及展望

概括论述了我国民用煤的来源和现状,分析了民用煤不同煤种和形态的特点,讨论了不同燃烧方式的原理及污染排放情况;根据研究现状重点分析了关于民用煤的洁净化利用方法,针对民用煤的燃前加工、燃烧技术和燃后处理三方面论述,做到从源头治理,提高过程效率,有效处理烟气污染,提出了我国民用煤洁净化利用的建议和思路:研究型煤固硫机理和影响因素,开发高固硫率型煤,研制成本低、机械性能好、适用性强的生物质型煤,推广型煤替代散煤;开发高效、洁净、低成本民用灶具,提高民用煤热效率,实现洁净燃烧;实现燃煤烟气处理系统的民用化。

跳汰中煤深度磨矿解离与组合药剂强化浮选试验研究

炼焦中煤的解离再选对于回收稀缺炼焦煤资源的意义重大。以鹤壁煤电股份有限公司某炼焦煤选煤厂的跳汰中煤为试验对象,通过深度磨矿解离与组合药剂复合强化浮选开展中煤再选试验研究。结果表明:跳汰中煤破碎至<0.5mm后,煤样中连生体较多且合适粒级占比较低;最佳磨矿时间为3 min,对应的浮选精煤产率在各磨矿时间中最高,相应磨矿产品中<0.074 mm粒级的产率为66.22%;捕收剂1600三元及起泡剂Q7用量分别为500g/t和150g/t时浮选指标最佳,通过一粗一精的工艺流程可获得产率为53.83%、灰分为10.25%的精煤,实现了跳汰中煤的高效解离再选。

脂肪酸不饱和度对低阶煤浮选强化的影响机制

为研究脂肪酸不饱和度对低阶煤浮选的影响,选择碳原子个数相同但双键个数依次增加的油酸、亚油酸和亚麻酸作为浮选捕收剂对低阶煤进行浮选,并与非极性捕收剂柴油进行对比,通过颗粒-气泡间粘附力测试和药剂吸附的分子动力学模拟,揭示了不饱和脂肪酸强化低阶煤浮选的作用机制.结果表明,不饱和脂肪酸的浮选性能优于柴油,低阶煤浮选产率随脂肪酸不饱和度增加而增加.采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对低阶煤表面形貌和官能团进行分析.SEM结果表明,低阶煤表面疏松,含有大量孔隙与裂隙,不利于药剂在煤表面的铺展.FTIR和XPS结果表明低阶煤表面含有大量含氧官能团,表面疏水性较差,导致浮选回收率较低.对不同捕收剂条件下气泡与煤表面粘附力进行测定,发现气泡与煤表面间最大粘附力随捕收剂不饱和程度增加而增加,这说明颗粒可浮性增加.进一步对不饱和脂肪酸吸附的分子动力学模拟进行分析,可知不饱和脂肪酸通过其极性基团与煤表面极性基团间形成氢键,从而在煤表面铺展.双键个数增加使得不饱和脂肪酸极性增加,在煤表面的铺展程度逐渐增加,导致颗粒可浮性增加,这是低阶煤浮选回收率随脂肪酸不饱和程度增加而增加的主要原因.

低阶煤流化床干燥技术研究

以空气、氮气和水蒸汽为干燥介质和流化介质,围绕低阶煤的干燥特性、化学结构变化和干燥能耗等探讨最佳的低阶煤流化床干燥工艺参数;结合微波干燥技术和微波流化床技术的开发与应用,开展微波流化床干燥低阶煤理论研究。结果表明:低阶煤的微波流化床干燥具有较好的工业化前景,大型化的微波腔设计和流化床干燥设备是未来的研究热点。

纳米气泡浮选过程强化研究进展

浮选是低品质矿及煤分选提质的有效手段,其中微细粒浮选难题突出,而纳米气泡则是解决该难题的重要途径,但关于纳米气泡浮选过程强化的诸多基础科学问题仍未解决。为促进微细粒纳米气泡浮选过程强化技术的开发,重点围绕浮选过程中纳米气泡的界面选择性成核动力学、界面纳米气泡超常稳定性机理及纳米气泡强化颗粒-气泡捕获效率微观作用机制等三个关键科学问题,介绍了笔者团队在纳米气泡浮选过程强化方向的最新研究进展。研究结果表明:纳米气泡的选择性成核是纳米气泡浮选过程强化的关键,而纳米气泡的稳定性则是纳米气泡浮选过程强化的前提;纳米气泡浮选过程强化的机制主要包括促进颗粒絮团与缩短诱导时间,其内在作用机制来自纳米气泡长程疏水引力与边界滑移的协同作用。笔者团队的研究阐明了纳米气泡固-液界面选择性成核的能量作用机制,提出了基于界面高密度气层自动补偿的界面纳米气泡稳定性机理,建立了微纳力学-边界滑移协同驱动的纳米气泡强化浮选界面作用机制,进一步丰富发展了现代浮选基础理论,为开发微细粒纳米气泡浮选过程强化技术提供了一定的指导。

煤的结构基因与煤基碳材料构建研究进展

“双碳”目标的实现必将带来煤炭作为燃料用量的迅速减少,寻找煤炭的高附加值利用途径是煤炭行业可持续发展的迫切需求。简要介绍了基于单原子组装的无烟煤催化石墨化研究和焦炭催化石墨化研究,以及碳化硅炉炉芯石墨产品和特征,其晶体片径可达100um及以上,且受煤及煤基中间体结构的影响较少。重点介绍了无烟煤、烟煤、褐煤的结构特征与碳材料构建,研究发现煤的结构基因对煤基碳材料的构建有着决定性影响。无烟煤高固定碳含量的稳固碳结构有利于形成高强度的多孔炭和增碳补强剂等碳材料,无烟煤基高温石墨片径在几微米左右,片层平行度较差、交叉较多,适用于制备大规格炭电极的多晶石墨电极、电解槽、化学惰性通道。以烟煤为原料的煤沥青和焦炭中的炭青质是构成褶皱石墨的良好前驱体,煤沥青经针状焦石墨化因包含晶体液相生长过程,晶体片径尺寸可达数十微米以上,所形成的褶皱石墨经球团和浸渍包覆可以作为锂离子电池良好的负极储锂材料;焦炭中非晶态的固定碳也是制备硬碳材料的良好原料。褐煤稀疏的大分子架构和多孔颗粒形态有利于浸渍类碳材料的构建,是制备催化剂载体的优质原料。

植物油脂捕收剂强化低阶煤浮选作用机理及其构效关系

低阶煤的大规模分选利用产生大量细粒难浮煤泥,开发使用含极性组分的浮选捕收剂可精准调控低阶煤颗粒表面疏水性,实现细粒难浮煤泥的浮选过程强化。研究了2种植物油脂JC61、JC62以及柴油的物理化学性质及低阶煤浮选效果差异,借助宏观表征试验探索了不同捕收剂对低阶煤润湿性的影响,进而理论计算总结了酯类捕收剂分子对应浮选的构效关系。浮选试验结果表明:用量为2000 g/t时,JC62、JC61、柴油的浮选精煤产率分别为24.11%、76.03%、89.92%,2种植物油脂捕收性能均显著优于柴油。XPS测试发现JC61、JC62与颗粒作用可减少亲水基团的相对含量,且JC62效果更优。而JC61成分以C16~C20饱和脂肪酸乙酯为主,而JC62主要为含有不饱和双键的油酸甲酯。2种植物油脂中主要的酯类分子均可与低阶煤亲水性羧基形成氢键,十二烷、油酸甲酯、油酸乙酯、十六酸甲酯、十六酸乙酯的吸附能分别为-95.64、-127.71、-124.73、-121.05、-24.17 kJ/mol,即作用强度为:甲酯>乙酯、不饱和酯类>饱和酯类。在酯类捕收剂分子结构中,含有极性酯类头基的分子可与低阶煤官能团自发形成氢键,且甲酯的作用更强;疏水碳链上不饱和C=C键的存在增强了分子的极性,促进了酯类分子在低阶煤亲水位点的作用。

生物柴油捕收剂强化粉煤灰浮选脱炭试验研究

粉煤灰颗粒表面氧化程度高,疏水性差,易形成稳定的水化膜。常规烃类油捕收剂难以有效地吸附在粉煤灰颗粒表面从而提高粉煤灰表面疏水性,造成粉煤灰浮选药耗量大,脱炭困难,严重制约粉煤灰回收利用。为解决传统捕收剂在粉煤灰浮选脱炭中选择性差,分选效率低及环境污染严重的问题,采用生物柴油作捕收剂进行粉煤灰浮选脱炭试验。通过包覆角、饱和吸附量、颗粒团聚行为、红外光谱、气相色谱-质谱联用等测试方法进一步分析了生物柴油捕收剂强化粉煤灰浮选脱炭机理。试验结果表明,相比于常规烃类油捕收剂,生物柴油捕收剂具有较优的选择性,均可改善浮选效果,其中1600型和1030型捕收剂质量复配比为3∶1,用量为200 g/t时,浮选效果最佳,单一1600型和1030型捕收剂效果相当。不同捕收剂处理后,包覆角大小为柴油<1600型捕收剂<1030型捕收剂1030型捕收剂>1600型捕收剂>复配药剂,0.045~0.010 mm颗粒团聚尺寸为复配>柴油>原样。机理分析表明,生物柴油捕收剂中的酯、羧酸和醇类化合物的极性端基团与粉煤灰表面含氧官能团之间形成氢键从而吸附在粉煤灰表面,使其疏水端暴露在矿浆中,提高粉煤灰表面疏水性,使其细颗粒更易团聚,从而提高了粉煤灰的可浮性以及降低了泡沫产品的灰分。研究成果为开发适用于粉煤灰绿色、高效浮选脱炭捕收剂提供策略和指导。

基于分子对接技术的难浮煤浮选捕收剂虚拟筛选研究

设计和优化高效绿色浮选捕收剂是浮选过程强化的热点和难点,针对难浮煤表面存在众多含氧位点的化学结构特性,将生物医药领域分子对接技术引入到难浮煤浮选捕收剂的虚拟筛选中,探究了多种捕收剂与难浮煤的分子对接结果,分析了分子对接结果与浮选结果之间的对应性关系,揭示了分子对接对浮选捕收剂筛选的指导作用。结果发现多种捕收剂与难浮煤分子以及煤中1、6、7、8号含氧活性位点的分子对接规律相同,整体对接与局部对接的结合能相互验证,均呈现出十二烷<十二醇<十二醛<十二酸甲酯<油酸的规律,并且均表明十二烷、十二醇、十二醛、十二酸甲酯和油酸与难浮煤分子的最优对接位点分别为碳氢结构、1号羧基、6号羟基、6号羟基和6号羟基,根据分子对接构型可知结合能存在差异性归因于氢键作用、疏水键合作用和空间位阻作用的不同。难浮煤可燃体回收率呈现出十二烷<十二醇<十二醛<十二酸甲酯<油酸的规律,浮选试验结果规律与捕收剂在煤分子整体以及1、6、7、8号含氧活性位点上的结合能规律相一致,即结合能绝对值大的捕收剂对应的浮选可燃体回收率更高,可燃体回收率与结合能绝对值呈现明显的正相关关系。研究结果表明通过分子对接可以预测捕收剂对难浮煤的浮选规律,还可以预测捕收剂在难浮煤分子上的作用位点,将生物医药领域的分子对接技术应用于浮选捕收剂领域,可为浮选捕收剂的快速筛选提供技术途径和科学指导,对环保型靶向浮选捕收剂的开发设计具有重要意义。

煤气化细渣碳灰浮选分离试验研究

以枣庄某煤化工企业煤气化细渣为研究对象,通过泡沫浮选进行了煤气化细渣碳灰分离的试验研究,并对原料样品以及得到的浮选产品进行了XRD、FTIR、SEM扫描电镜、压汞和氮气吸脱附测试等表征分析。结果表明,0.125 mm粒级为样品的灰分分界点,<0.125 mm被作为浮选入料,当煤油用量16 kg/t、MIBC用量12 kg/t时,精矿产品的可燃体回收率和浮选完善度分别为97.21%和44.68%,尾矿产品灰分和产率分别为96.63%和35.99%,浮选碳灰分离过程药耗量大。同时0.045 mm作为主导粒级灰分较高,浮选产品质量和浮选效果也受到高灰细泥夹带的影响。煤气化细渣样品中存在大量复杂的孔隙结构且存在碳灰嵌布现象影响浮选产品质量,浮选入料和浮选精矿具有较高的比表面积和发达的孔隙结构,造成较高的浮选药耗量;样品中的亲水基团和与残碳嵌布的无机矿物相可能减弱了气化细渣的浮选矿化效果,造成样品碳灰分离效果差,进而需要更高的药剂添加量来提升浮选效果。

草酸与铁氧化物相互作用及光化学活化分子氧过程的研究进展

草酸与铁氧化物共存于自然环境中,二者之间的相互作用及光化学行为强烈影响着分子氧的活化.而分子氧活化影响共存体系中污染物的迁移与转化,是发展绿色污染控制氧化技术的关键.因此,探讨草酸与铁氧化物之间的相互作用与光化学活化分子氧是目前的研究热点之一.本文系统总结了近年来围绕草酸与铁氧化物相互作用以及草酸诱导铁氧化物活化分子氧的研究成果,论述了草酸在铁氧化表面的吸附与转化特性、草酸铁络合物光化学过程以及活性氧产生与转移途径,同时探讨了上述过程对环境污染物降解的影响,借此加深理解草酸诱导铁氧化物环境光化学行为与活化分子氧原理,并对今后的研究发展方向提出了展望,以期为利用天然铁氧化物和有机质发展原位环境修复技术提供依据.

水蒸气在褐煤孔隙中的吸附行为:试验研究与分子动力学模拟

深入理解水在褐煤上的吸附是褐煤干燥提质技术的理论基础之一。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和低温氮吸附/脱附试验分析了褐煤的含氧官能团和孔隙结构,利用水蒸气吸附/脱附试验和分子动力学(MD)模拟探究了水蒸气在褐煤孔隙中的吸附行为。研究结果表明:褐煤样品丰富的含氧官能团和较多的微孔、中孔(孔径约2 nm),为水蒸气提供了吸附位点和吸附场所。水蒸气在煤样上的吸附过程可分为3个阶段。第1阶段,相对蒸气压(P/P_(0))<0.21,水分子直接吸附于含氧官能团上,此时的吸附速度最大;第2阶段(P/P_(0)=0.21~<0.71),水分子与已吸附的水分子相互作用,促使水团簇逐渐生长;第3阶段(P/P_(0)≥0.71),水团簇填充孔隙,并发生毛细凝聚,此时的吸附速度略大于第2阶段。根据Dent模型对水蒸气吸附等温线的拟合结果,吸附类型属于多级吸附,包括初级吸附(第1阶段)和次级吸附(第2、3阶段)。初级吸附能(-48.77 kJ/mol)显著大于水的液化热(E L=-43.99 kJ/mol),而次级吸附能(-42.28 kJ/mol)略小于E L,表明吸附于褐煤的水呈液态。水蒸气脱附过程存在明显的脱附迟滞现象,表明水蒸气吸附稳定,较难去除,其中高压迟滞发生在P/P_(0)≈0.4~0.9,主要由毛细凝聚和“墨水瓶”效应引起;而低压迟滞发生在P/P_(0)<0.4,由水分子与含氧官能团间强相互作用引起。MD模拟结果与水蒸气吸附/脱附等温线分析结果一致,水分子优先吸附在孔隙中,与孔隙壁的含氧官能团形成氢键,且其扩散系数(2.98×10^(-5)cm^(2)/s)与液态水的分子扩散系数相近。

基于高内相W/O乳液的煤气化渣油团聚脱炭研究

煤气化渣残炭含量高,炭灰相互制约,阻碍煤气化渣的资源化利用。故脱炭是煤气化渣资源化、高值化利用的基础。煤气化渣表面孔隙发达,目前主要的脱炭方法如浮选、油团聚等,存在药耗高、残炭回收率低等问题。高内相W/O乳液是内水相体积大于74.05%的油包水乳液,内水相代替油在煤气化渣表面孔隙进行填充,可使油团聚分选时的油耗大幅降低。研究了高内相W/O乳液油团聚分选煤气化渣,通过工业分析、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)考察了煤气化渣样品性质,同时利用激光粒度仪和光学显微镜研究了表面活性剂、内水比例和无机盐等对高内相W/O乳液稳定性和粒度的影响规律,最后对比了高内相W/O乳液与煤油、柴油及Span80-油混合物对煤气化渣油团聚的脱炭效果。结果表明:该煤气化渣样品固定碳含量为51.94%,主要脉石矿物为石英、方解石和硬石膏;碱木质素、表面活性剂以及NaCl和MgCl_(2)的添加有利于提高乳液稳定性。相比于煤油、柴油及Span80-油混合物,药剂用量相同时,高内相W/O乳液油团聚残炭回收率平均提高14百分点,节油率可达85%以上。其中内水比例85%、表面活性剂用量25%、添加NaCl的高内相W/O乳液脱炭效果最好,残炭回收率可达91.23%。表明高内相W/O乳液油团聚是一种行之有效的煤气化渣脱炭方法。

煤系战略性金属锂镓的富集分离研究进展

煤系物中存在丰富的锂、镓等战略性金属矿物,从中提取利用这些金属,既促进了资源再利用还可以增加我国战略性金属储备。由于锂镓的富集分离必经以厘清煤系锂、镓的赋存状态为前提,故先阐述了锂、镓含量检测和赋存形态研究,继而提出锂镓的预富集方法和分离提取方法,详细分析了物理分选法、化学分选法等富集方法,以及化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换吸附法和膜分离法等分离方法的技术原理和适用性。针对煤系锂、镓富集分离研究现状,提出了未来的发展方向,包括探清目标元素与有害元素的组合形式和成矿机理,提高煤系锂、镓的活化适应性和选择性,突破金属分离的技术瓶颈并优化生产工艺,实现酸碱溶液循环利用。研究成果可为煤系物的资源化利用和其他战略性金属的提取利用提供有益参考。

电石渣浮选脱硅制备高品质活性氧化钙工艺

电石渣循环回用制备高品质活性氧化钙,是实现其高效利用的有效途径之一,但电石渣复杂的组成和较高的硅含量制约了其制备活性氧化钙的产品品质。基于电石渣中硅类杂质分布规律和赋存形态,系统考察了浮选药剂对电石渣中硅的脱除效果,得出了适宜电石渣体系的脱硅药剂制度,研究了浮选前后电石渣中的元素组成变化和焙烧后氧化钙产品的性能变化,提出了电石渣浮选脱硅焙烧制备活性氧化钙的工艺路线。结果表明:电石渣中主要成分为氢氧化钙,含有部分二氧化硅和铝硅酸盐等硅类杂质,且颗粒分布较均匀,主要集中在低粒级分布。通过400 g/t六偏磷酸钠和125 g/t十二胺结合的一次反浮选脱硅试验,电石渣中硅类杂质得到有效分离,浮选后的电石渣精矿中硅质量分数由3.14%降至2.85%,且钙回收率达87.9%;浮选分离硅类杂质后的电石渣经900℃焙烧后可完全转化为氧化钙,制备的氧化钙产品中氧化钙质量分数为94.46%,抗压强度由3.17 MPa提升至3.87 MPa,冶金活性由341.6 mL提升至385.5 mL,产品性能有所提升。上述研究可为电石渣循环回用提供参考。

基于煤矸石中锂、镓元素赋存状态的高梯度磁选预富集试验

我国山西、内蒙古部分矿区煤矸石中蕴藏着锂、镓等战略性关键金属,其锂、镓元素富集逐渐成为研究热点。然而煤矸石中锂、镓含量很低,直接浸出需消耗大量化学药剂,高效、经济的富集锂、镓元素仍存在很大挑战。为提高煤矸石中锂、镓富集效率,针对山西朔州地区煤矸石中锂、镓元素赋存状态和预富集方法展开研究。采用逐级化学提取法、矿物物相组成、矿物解离分析、电感耦合等离子体质谱法、扫描电子显微镜和能量色散光谱,研究了煤矸石中锂、镓元素的赋存状态,利用高梯度磁选探究通过抛除黄铁矿对煤矸石中锂、镓元素预富集的可行性。结果表明,煤矸石主要由高岭土、黄铁矿、石英、方解石、白云母等矿物组成,锂、镓元素主要赋存于硅酸盐类矿物中,黄铁矿中含量较少。原矿中锂质量分数146.37μg/g,镓质量分数25.04μg/g。通过磁选方法抛除黄铁矿可对煤矸石中锂、镓元素预富集,1000 mT时,预富集效果最佳,磁选尾矿中锂质量分数210.63μg/g,为原矿中锂含量的1.45倍,锂回收率88.00%。镓质量分数31.88μg/g,高于原矿中镓元素,镓回收率80.07%。

基于不同疏水性煤模型制备的气泡与煤表面黏附机制研究

常规气泡探针研究中常采用云母、金片等作为矿物模型,难以准确反映煤样表面微纳结构与化学性质,进而难以充分反映气泡与煤表面间的黏附机制。为此,通过在二氧化硅表面旋涂沥青并进行不同时间的氧化处理,制备得到了化学性质与煤更相似且具有不同疏水性的煤模型;基于对制备得到的煤模型进行接触角测试、粗糙度测试、碰撞黏附行为的高速动态测试以及AFM气泡探针测试,明确了气泡与不同疏水性煤表面间的黏附机制。制备得到的强疏水性、中等疏水性、弱疏水性煤模型表面的静态接触角分别为95.19°,75.24°,55.23°,算术平方根粗糙度分别为0.29,0.46,0.43nm。宏观黏附行为中,流体力和表面力共同支配气泡与煤表面的相互作用过程;高速动态测试中,流体力强于表面力导致气泡与不同疏水性煤表面间碰撞次数无明显差异;准静态环境中,在表面力驱动下气泡与强疏水性煤表面间液膜于345ms破裂,与中等疏水性煤表面间液膜于845ms发生破裂,与弱疏水性煤表面间液膜则并未发生破裂。气泡探针测试中,驱动速度为1μm/s时,气泡与强疏水性煤表面在进针过程中斥力为23.08±3.93nN的位置处发生了跳入黏附,当驱动速度速度增加至10μm/s时,气泡与煤表面间黏附发生了滞后,而驱动速度增加至30μm/s时,黏附行为则被完全抑制;随着煤表面疏水性的降低,不同驱动速度下气泡均未发生黏附,仅在退针过程中测得引力且与驱动速度呈正相关;对于强疏水性煤表面,降低流体力有利于表面力驱动液膜薄化破裂从而促进黏附,而对于中等及弱疏水性煤表面,增加流体力则可增大颗粒与气泡远离过程中的流体倒吸引力从而有利于提高颗粒与气泡的黏附概率。

热解预处理对昭通褐煤润湿性的影响机制

褐煤的强亲水性为其加工和利用造成了许多不利影响,热解预处理是调控褐煤润湿性的有效方法之一。采用工业分析、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和接触角测量探究了热解预处理对褐煤润湿性的影响机制。热解预处理的温度分别为200℃,300℃,400℃和500℃,时间分别为30 min,60 min,90 min和120 min。结果表明:热解预处理改变了褐煤的化学结构和组成,显著影响了褐煤的润湿性。褐煤的羧基在200℃时开始裂解逸出,并在300℃时基本消失;褐煤的酯基在300℃时开始裂解逸出,并在400℃时基本消失;而褐煤的C—O(醚键、酚和醇)的热稳定性较好,热解预处理后其相对含量略微增加;褐煤的芳碳率随着热解温度和时间的增加而增大,且芳香核尺寸在300℃时开始增大。如果使用热解预处理来减弱褐煤的亲水性,则应确保在较低温度下有足够的热解时间来去除褐煤的含氧官能团,而在较高温度下应使用较短的时间来防止褐煤的有机质过度损失。在300℃(120 min)或400℃(30 min)热解条件下,褐煤的亲水性含氧官能团(羧基或酯基)裂解逸出,且疏水性芳香核尺寸增大,从而使其亲水性显著减弱,接触角由原煤的44.00°分别增大为87.50°和85.75°。然而,在400℃(热解时间大于30 min)和500℃条件下,褐煤的有机质过度损失,导致矿物质或无机质的相对含量增加,使其亲水性仍然较强。