基于能量输配的煤泥分选过程强化机理研究

Process intensification is an important way to achieve efficient separation of fine coal. China's fine coal is gradually characterized by size reduction, ash increase and intergrowth content raise. There are still many defects such as low recovery, weak flexibility, and to ensure the recovery by sacrificing handling capacity in current fine coal separation process in our country. The change of inhomogeneous floatability of coal slime brings stricter requirement of separation process design. To solve above-mentioned problems, the idea of fine coal separation process intensification based on the energy transmission and distribution is proposed. The features of floatability and energy consumption process will be studied and the model of that will be built.The following will be studied by adjusting the energy input mechanism: the mechanism of collector adsorption on the interface of coal particles in fine coal separation process, the interaction characteristics between coal particles and bubbles tested by high-speed video camera and motion particle analyzer, the impact of energy input on the thickness of hydration layers on the surface of coal particles through atomic force microscope (AFM) and the mechanism hydrophobicity improvement of coal surface by process intensification. Three coal samples including bituminous coal, coking and fat coal, long flame coal will be selected for flotation rate tests based on energy transmission and distribution and the model of the relation between energy input and flotation rate will be built. This project has referential significance in fine coal separation and non-coal mineral flotation design by the adaptation of the energy input and variation of material properties.

过程强化是实现煤泥高效分选的重要途径。我国煤泥呈现微细化、高灰化、连生体含量大等难选特点，煤泥分选过程仍存在回收能力弱、过程适应性差、通过牺牲处理量来保证回收率的缺陷，煤泥可浮性非均匀性的变化对分选过程设计提出了更高的要求。针对上述问题，本课题提出了基于能量输配的煤泥分选过程强化理念。研究浮选过程煤泥可浮性的变化特征和能耗过程特征，并建立浮选可浮性与能耗的关系模型。以调整浮选过程的能量输入机制为前提进行以下研究：研究捕收剂在煤粒表面的吸附机理，采用高速动态影像分析仪测试煤粒与气泡的作用规律，采用原子力显微镜（AFM）研究能量输入对煤粒表面水化膜厚度的影响，探明过程强化对煤粒表面疏水性改善的机理；选取无烟煤、焦肥煤、长焰煤三种变质程度的煤样，进行基于能量输配的浮选速度试验，建立能量输入与浮选速率的关系模型。本课题将能量输入与物性变化相适配，对煤泥分选和非煤矿物的浮选过程设计均有借鉴意义。

研究了煤泥分选的可浮性过程变化特征。研究了不同粒度级煤泥的浮选速率常数变化特征，并理论推导和实验室试验验证了浮选入料可浮性随着分选过程非线性变差的 规律。研究了煤泥分选过程的能耗变化规律。建立了煤泥分选能耗测试系统，分析了不同能耗条件下的浮选产品特性，探索了浮选功率输入与浮选速率常数的函数关系。随着浮选的进行，上浮单位精煤可燃体回收率所消耗的能量逐渐增加，难浮煤粒需要在高能量条件下才能回收。. 采用原子力显微镜（AFM）对矿物表面水化膜以及矿物颗粒间作用力进行了初步研究，提出了亲水性矿物和疏水性矿物表面水化膜厚度的计算方法。借助界面极性相互作用理论揭示了颗粒表面的水化过程中的能量作用机制。在典型亲水性矿物表面发现了22.5nm的水化膜，而在疏水性较好的煤样表面未检测到水化膜的存在。在不同浓度CaCl2的电解质水溶液中分别对煤和云母表面的水化膜进行了测试。电解质CaCl2的加入可以微弱的减薄煤表面水化膜的厚度。界面极性相互作用理论发现高的界面路易斯极性分量是亲水性矿物表面产生水化的原因，浮选过程中难浮颗粒难以突破水化膜能垒实现颗粒气泡黏附。颗粒间的相互作用与颗粒表面的水化膜密切相关，减薄水化膜会促进了颗粒间的相互引力。.利用AFM对不同条件的溶液中颗粒间相互作用力进行了力曲线测试。酸性条件下，煤粒间相互吸引、高岭石颗粒间相互排斥、煤粒与高岭石颗粒相互吸引；中性条件下，煤粒间相互吸引，引力较酸性条件下弱、高岭石颗粒间相互排斥，斥力较酸性情况较大、煤粒与高岭石颗粒间引力消失而相互排斥；碱性条件下，煤粒间引力消失而相互排斥；CaCl2的加入会使得颗粒间相互吸引，促进颗粒间的聚集，且随着CaCl2浓度的增加，煤粒间和煤粒与高岭石颗粒间的作用力都是先增大后减小最后趋于不变，而高岭石颗粒间的作用力会一直增大，最后趋于不变。浮选试验表明，Ca2+浓度的增加同时增大了精煤的产率和灰分。.基于非极性药剂与极性药剂在难浮煤表面的不同吸附方式，提出了通过非极性油和极性药剂的复配浮选难浮煤的思路，由于难浮煤表面含有大量的亲水性含氧官能团，少量极性药剂的加入便可大大提高浮选回收率和浮选泡沫稳定性。.提出了基于能量输配的浮选过程设计理念，构建了煤泥两段式分选过程。即构建越来越强的能量条件来适配物料可浮性在浮选中越来越差的物性变化特征，以实现过程设计与物性特征的最佳耦合，并验证了其优越性。