碳化钨复合涂层的制备技术及其耐磨耐蚀性的研究进展

碳化钨涂层具有化学稳定性高、硬度大和耐磨性好等特点,常用于金属表面涂层的制备。从碳化钨涂层的不同制备原理出发,综述了超声速火焰喷涂、等离子喷涂、等离子熔覆、激光熔覆和真空熔覆等碳化钨涂层制备技术的国内外研究进展,分析了不同制备技术下涂层的耐磨性和耐蚀性,探讨了涂层制备技术存在的问题和未来的研究方向。

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。

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。

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。

难浮煤−极性捕收剂相互作用研究新视角:分子对接与诱导契合效应

研究煤泥与浮选药剂间的相互作用将是浮选过程强化的热点和难点,针对难浮煤表面强亲水的化学结构特性,将生物医药领域诱导契合效应引入到难浮煤−极性捕收剂的相互作用研究中。基于煤样性质检测结果,构建了3D煤分子结构,采用原型分子(Protomol)技术搜索并表示煤分子活性口袋,在活性口袋中搜索极性捕收剂与难浮煤的分子对接最优构象,根据极性药剂与煤分子相互作用最优构象的结合能大小,分析分子对接和诱导契合效应研究结果与浮选结果之间的对应性关系。结果表明分子对接结果与难浮煤可燃体回收率均呈现出十二醇<十二醛<十二酸甲酯的规律,浮选可燃体回收率与分子对接结合能绝对值、煤分子诱导契合效应呈现明显的正相关关系,揭示了分子对接对浮选药剂筛选的指导作用。根据分子对接构型可知结合能存在差异性归因于π-CH作用和空间位阻作用的不同。进而将药剂分子的三维空间进行固定,采用分子力学模拟对三种极型捕收剂与煤分子间“诱导契合效应”进行探索,发现十二酸甲酯与煤分子活性区域能够产生更大的相互作用,煤分子活性区域对十二酸甲酯的诱导效应、包裹性更强,因而在浮选过程中效果更好。采用分子对接和诱导契合效应研究煤分子与药剂相互作用,可为浮选捕收剂的快速筛选提供技术途径和科学指导。

微细粒锡石涡流强化浮选及CFD数值模拟研究

为提高微细粒锡石矿物的浮选回收效果,采用基于湍流涡调控技术的新型涡流浮选装置对微细粒锡石(d50=16.45μm)进行了浮选实验研究,考察了涡流发生器结构及矿浆循环量对微细粒锡石浮选的影响。通过涡流矿化管内部流场CFD数值模拟,分析了涡流矿化改善微细粒浮选效果的原因。浮选实验表明,使用矩形涡流发生器诱导方式且在循环量0.6 m3/h(Re=21 220)时锡石的回收率为92.96%,精矿锡品位为3.32%。在获得精矿锡品位几乎相同的情况下,回收率相较于光管提高了25.73个百分点;CFD模拟分析结果表明内置矩形涡流发生器的矿化管内平均湍流耗散率和平均湍流动能最高,分别是光管的13.01倍和7.03倍,碰撞概率从1.07%提高到2.32%,矩形涡流发生器能显著改善矿化管的湍流环境,增大了微细颗粒-气泡的碰撞概率,从而起到强化微细粒锡石浮选的作用。

基于改进YOLO v8的煤中杂物检测研究

针对选煤厂毛煤中夹杂的铁丝、编织袋、木头、网片等杂物会对智能干选设备运行及后续生产环节造成严重影响的问题,提出一种基于改进YOLO v8的手选胶带杂物识别方法。引入全局注意力机制,增强图像跨维度特征交互;引入加权双向特征金字塔网络结构,通过自适应控制不同尺度特征图之间的融合,提高模型对杂物的多尺度检测能力。在此基础上,采用WIoU损失函数替换CIoU损失函数,改善模型训练过程中样本质量的平衡问题,以提高模型的性能。通过数据增强扩充煤中杂物数据集,依据实验验证改进YOLO v8的结果。实验结果表明,改进后的算法与原YOLO v8相比,对手选胶带煤中杂物的平均检测精度明显提高,为毛煤入选前的预先智能除杂奠定了基础。

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。

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。

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.

首届煤加工与洁净化高层论坛暨2019年选煤学术研讨会在徐州举行

2019年5月30—31日,由中国矿业大学和中国矿业大学(北京)联合主办的首届煤加工与洁净化高层论坛暨2019年选煤学术研讨会在江苏徐州举行。该论坛是学校110周年校庆系列学术活动之一。来自澳大利亚南澳大学、美国肯塔基大学、美国范德堡大学、中国矿业大学、中国矿业大学(北京)、太原理工大学、安徽理工大学等国内外高校的专家和学者以及国能神华、中煤科工、冀中能源、唐山神州等企业的代表共200余人参加了会议。

低品质煤泥浮选过程强化研究进展及其思考

“富煤、缺油、少气”的一次能源赋存条件决定了我国煤炭的基础能源地位,与此同时,煤炭作为当前最主要的碳排放源,如何为实现碳达峰、碳中和做出煤炭贡献是整个行业迫切需要思考和解决的关键问题。我国煤炭资源禀赋条件差,高含杂低品质煤资源储量丰富,随着优质煤炭资源的逐渐消耗与国家“双碳”战略的实施,低品质煤大规模分选提质已成为保障国家能源安全和煤炭行业高质量绿色发展的战略选择。目前重介质选煤技术的快速发展与推广使得粗粒低品质煤分选日趋成熟,但细粒低品质煤(低阶/氧化难浮煤、高灰难选煤等)浮选仍面临着严峻挑战,低品质煤泥浮选的基本作用原理与过程强化亟需研究。从低品质煤泥难浮难选机理、低品质煤泥浮选界面调控及流动强化3个方面对低品质煤浮选研究现状进行了系统讨论,最后提出了未来低品质煤浮选过程强化的新发展方向与技术体系,主要包括基于多尺度微纳力学解析的低品质煤浮选分离新原理、基于单分子力谱融合深度学习的浮选药剂分子智能定向筛选设计、基于能量精准适配的调浆-浮选流场精细化构建、煤系固废资源化利用与规模化消纳及低品质煤浮选界面-流体协同强化全链条智能化示范工程建设,上述关键科学与技术问题的解决将为我国煤炭行业高质量发展和国家“双碳”战略实施提供新的助力。

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。

非离子型复配捕收剂强化长焰煤浮选试验研究

非离子型复配捕收剂在低阶煤煤泥浮选综合指标上具有明显优势,但浮选效果易受非离子型表面活性剂类型影响。选用油酸二乙醇酰胺(ODEA)、聚氧乙烯单叔辛基苯基醚(OP-4)、失水山梨醇单油酸酯(Span80)分别与煤油混合制备复配捕收剂进行浮选试验,借助药剂分散性试验、接触角测试、X射线光电子能谱分析、分子动力学模拟等手段,研究了酯类、醚类、酰胺类非离子型复配捕收剂对长焰煤煤泥浮选的影响规律与强化机理。浮选试验结果表明,复配药剂具有较优捕收性和选择性,均可不同程度改善浮选效果,其中复配酯类Span80捕收剂浮选效果最佳,复配醚类OP-4捕收剂、复配酰胺类ODEA捕收剂效果相当,煤油效果最差。机理分析表明,3类非离子型表面活性剂均提升了长焰煤颗粒疏水性,但疏水强化程度因表面活性剂类型而异,主要体现在药剂对煤亲水位点覆盖与烃类油乳化分散的双重作用。由于氢键键合作用,Span80分子极性基团可有效覆盖煤粒表面极性位点,且分子疏水端向水相延伸,大幅增加了煤颗粒表面疏水性;ODEA分子同样可有效覆盖煤粒表面极性位点,效果较Span80分子稍差,但优于OP-4分子。三类非离子型表面活性剂均降低了煤油液滴尺寸,测定弦长集中在50~150μm。复配酯类Span80药剂体系液滴数量最多,增加了其与煤粒疏水位点的接触时长与面积,更有利于浮选。OP-4相较ODEA,其乳化分散烃类油的优势在一定程度上弥补了其覆盖煤亲水位点的不足。

煤泥浮选过程强化之一——国内外研究现状篇

煤泥浮选是煤炭洗选加工过程中的重要、复杂环节之一,分析了当前煤泥浮选过程中的热点问题,重点围绕低阶煤、氧化煤、高灰难选煤的浮选过程强化进行论述;从煤泥的表面性质和粒度组成出发,结合浮选过程的界面作用和流体动力学环境,阐述当前国内外在煤泥浮选过程强化方面的研究进展,并以美国的煤泥浮选技术为例,简要分析国外煤泥浮选技术现状和未来的煤泥浮选技术走向。

振动热压脱水过程中褐煤孔结构变化规律研究

研究了褐煤振动机械热压脱水过程中,温度、机械压力、振动力作用下褐煤孔隙率、孔径分布、平均孔径与比表面积的变化规律。结果表明,温度、压力、振动力的升高均能有效降低褐煤的孔隙率,但褐煤对振动力存在响应范围。随着温度和压力的升高,褐煤失去水分后孔会发生坍塌并演变成较小尺寸的孔,导致颗粒间孔与大孔显著降低,而中孔略有增加;振动力可使颗粒间排列更紧密,破坏褐煤颗粒结构,改变褐煤孔径分布。褐煤平均孔径随温度和机械压力的升高大幅降低,比表面积先略有降低,在100℃和5MPa之后又略有增加,振动力对褐煤平均孔径和比表面积的影响较小。

浮选中煤磨矿解离工艺技术的研究

针对浮选中煤进行二次资源开发,提出了浮选中煤螺旋抛尾——磨矿解离工艺,对入料浓度、处理量和磨矿填充率等工艺条件进行了探索研究。研究结果表明,浮选中煤的粗粒级灰分较高,需要抛除原煤中的高灰分部分,为后续煤岩解离提供良好的原料;经过重选预先抛尾后,当要求精煤灰分12.50%时,理论精煤产率为59.77%;探索了螺旋精煤分级和不分级条件下的磨机填充率对磨矿解离的影响;对于浮选中煤,与开路分级磨煤工艺相比,闭路不分级磨煤工艺可获得更好的分选指标。

中国选煤研究热点与技术需求分析

随着我国原煤入选量的大幅提高和基础研究条件的改善,选煤过程基础理论研究取得了长足进步,选煤技术和装备也得到快速发展。统计数据表明:浮选过程强化研究是当前选煤基础理论研究的热点方向;煤加工相关企业关注的技术热点按关注度由多到少,依次为选煤过程自动化、重介选、工艺设计与改造、选煤装备、浮选等。从选煤作业的目的来看,选煤生产对技术的现实需求和未来发展方向主要集中在特定产品的生产、降低动力煤加工成本和智能化三个方面。