【摘要】：褐煤、長焰煤、不粘煤、弱粘煤等低階煤資源約占我國煤炭資源總儲量的58.13%,是我國煤炭能源生產(chǎn)和供應(yīng)的重要組成部分,低階煤的合理開發(fā)和利用對實(shí)現(xiàn)我國以煤炭為主的能源持續(xù)供給和保障經(jīng)濟(jì)快速持續(xù)發(fā)展有重要意義。由于低階煤可浮性較差,目前我國大部分低階煤煤泥不經(jīng)分選而直接摻入商品煤中,這一方面降低了商品煤的質(zhì)量,在燃燒過程中產(chǎn)生大量煙塵和廢氣等污染物,造成環(huán)境污染的問題,另一方面,也導(dǎo)致了煤炭資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。低階煤可浮性較差的主要原因是低階煤中氧含量較高,尤其是以含氧官能團(tuán)形式存在的有機(jī)氧,導(dǎo)致低階煤具有較強(qiáng)的親水性。煤中的含氧官能團(tuán)可以分為三類,即碳氧單鍵類(包括羥基和醚鍵)、羧基和羰基。在煤中所有含氧官能團(tuán)中,以羧基和酚羥基對煤的潤濕性和可浮性影響最為明顯,它們一方面具有較強(qiáng)的極性,可以與水分子間形成氫鍵,另一方面,它們在水中電離或水解生成H3O+或OH-離子,這些離子在煤粒表面的吸附導(dǎo)致煤粒表面在pH為中性的礦漿中帶電,極性的水分子在煤-水界面靜電場作用下吸附在煤的表面。通過表面反應(yīng)的方法去除煤表面這些含氧官能團(tuán)或利用非極性基團(tuán)在煤表面的吸附掩蔽這些含氧官能團(tuán),可以有效提高煤的疏水性和可浮性。本文在優(yōu)化離子交換法測定低階煤中含氧官能團(tuán)含量的實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上,通過對比不同表面活性劑對低階煤中含氧官能團(tuán)的掩蔽作用及改性煤樣可浮性的變化,從微觀角度闡述了含氧官能團(tuán)對低階煤可浮性的影響規(guī)律。得到的主要結(jié)論如下:(1)需要保證足夠長的離子交換反應(yīng)時間才能使煤中含氧官能團(tuán)完全反應(yīng),離子交換反應(yīng)取16h(羧基)或24h(總酸性基),可以使平朔長焰煤和勝利褐煤中含氧官能團(tuán)完全參與離子交換反應(yīng)。(2)以甲醇作為潤濕劑對煤樣進(jìn)行潤濕會使煤中部分有機(jī)質(zhì)溶解在甲醇中,導(dǎo)致離子交換反應(yīng)測得的含氧官能團(tuán)含量明顯降低,離子交換反應(yīng)在不加甲醇預(yù)先潤濕條件下得到的結(jié)果更為準(zhǔn)確。(3)離子交換反應(yīng)的藥劑不能滲透進(jìn)煤粒內(nèi)部進(jìn)行離子交換反應(yīng),參與離子交換反應(yīng)的含氧官能團(tuán)為煤粒表面和孔隙中的含氧官能團(tuán)。為保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠,煤樣粒度應(yīng)控制在一個較窄的合適粒度范圍內(nèi)。(4)煤中部分無機(jī)雜質(zhì)會參與離子交換反應(yīng)從而影響離子交換法的準(zhǔn)確性。通過浮沉試驗(yàn)的方法可以有效去除煤中大部分參與離子交換反應(yīng)的無機(jī)雜質(zhì),并且浮沉試驗(yàn)過程中不會改變煤中有機(jī)質(zhì)的組成和性質(zhì);通過預(yù)先酸浸的方式也可以去除煤中部分參與離子交換反應(yīng)的無機(jī)雜質(zhì),但是預(yù)先酸浸過程中低階煤中部分小分子有機(jī)質(zhì)溶解在鹽酸溶液中,使煤的有機(jī)質(zhì)的組成和性質(zhì)發(fā)生變化,導(dǎo)致離子交換法測得的低階煤中酸性含氧官能團(tuán)含量明顯降低,故不宜用預(yù)先酸浸的方法對待測煤樣進(jìn)行除雜。(5)表面活性劑在低階煤表面吸附后會對含氧官能團(tuán)起到一定的掩蔽作用,導(dǎo)致離子交換法測得的煤中含氧官能團(tuán)含量減少。(6)表面活性劑對煤粒表面不同種類的含氧官能團(tuán)掩蔽作用有所差別,陽離子型表面活性劑CTAB對低階煤表面的羧基掩蔽作用較為明顯,而陰離子型表面活性劑SDS和非離子型表面活性劑Span-80則對酚羥基的掩蔽效果較好。(7)表面活性劑改性低階煤過程中適當(dāng)增大攪拌速度和延長攪拌時間可以促進(jìn)煤樣和表面活性劑在礦漿中的分散,使表面活性劑更好地吸附在煤粒表面,對煤粒表面含氧官能團(tuán)的掩蔽效果也就越好。相對于易溶與水的CTAB和SDS,攪拌速度和攪拌時間對難溶的Span-80的掩蔽效果的影響更為明顯。(8)平朔長焰煤的可浮性由其中酚羥基的含量決定,隨酚羥基含量的減少平朔長焰煤的可浮性明顯提高;勝利褐煤的可浮性取決于其中總酸性基的含量,必須同時降低羧基和酚羥基的含量才能有效提高勝利褐煤的可浮性。(9)表面活性劑與煤粒表面含氧官能團(tuán)之間的氫鍵越強(qiáng)對含氧官能團(tuán)的掩蔽效果越好。非離子型表面活性劑Span-80由于可以與煤表面的含氧官能團(tuán)之間形成多對氫鍵并且氫鍵有較高的鍵能,因而更容易在煤粒表面吸附,所以Span-80比陽離子型表面活性劑CTAB和陰離子型表面活性劑SDS對煤表面含氧官能團(tuán)的掩蔽作用更明顯。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD94;TD923

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 郭中雅;劉生玉;;含氧官能團(tuán)含量對褐煤吸附CTAB及潤濕性改性的影響[J];中國煤炭;2015年11期

2 宋昱;朱炎銘;李伍;;東勝長焰煤熱解含氧官能團(tuán)結(jié)構(gòu)演化的~(13)C-NMR和FT-IR分析[J];燃料化學(xué)學(xué)報;2015年05期

3 張錦萍;張成;譚鵬;楊顯軍;蘇杭;陳剛;;含氧官能團(tuán)對提質(zhì)褐煤復(fù)吸水特性的影響[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2014年35期

4 王超群;林柏泉;李慶釗;代華明;;煤塵表面含氧官能團(tuán)對煤塵潤濕性能的影響[J];煤礦安全;2014年05期

5 劉紅纓;郜翔;張明陽;朱彥敏;朱書全;;水熱法改性褐煤及含氧官能團(tuán)與水相互作用的研究[J];燃料化學(xué)學(xué)報;2014年03期

6 仇歡歡;劉生玉;;含氧基團(tuán)含量對褐煤水分回吸性能的影響研究[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2014年03期

7 王永剛;周劍林;陳艷巨;胡秀秀;張書;林雄超;;~(13)C固體核磁共振分析煤中含氧官能團(tuán)的研究[J];燃料化學(xué)學(xué)報;2013年12期

8 趙海洋;;大同低階煤泥浮選試驗(yàn)研究[J];潔凈煤技術(shù);2013年04期

9 李延鋒;張曉博;桂夏輝;謝彥君;吳朝龍;趙聞達(dá);;難選煤泥形貌特征及攪拌強(qiáng)化可浮性試驗(yàn)研究[J];中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報;2012年06期

10 王丹;王吉祥;;提高細(xì)粒煤分選回收的策略研究[J];煤炭加工與綜合利用;2012年05期

相關(guān)會議論文 前1條

1 姜偉;管保山;楊致遠(yuǎn);劉萍;梁利;;不同類型表面活性劑對煤巖潤濕性能影響研究[A];2013年煤層氣學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 黃根;浮選調(diào)漿的界面效應(yīng)及過程強(qiáng)化研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2013年

2 楊琳琳;環(huán)形充氣浮選機(jī)的研制[D];昆明理工大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 郭中雅;表面活性劑在褐煤表面吸附特性及其對煤潤濕性的影響[D];太原理工大學(xué);2016年

2 鄭繼洪;復(fù)配泡沫劑在煤塵表面的吸附機(jī)理研究[D];安徽理工大學(xué);2014年

3 李志強(qiáng);表面含氧官能團(tuán)對提質(zhì)褐煤吸水特性的影響[D];太原理工大學(xué);2014年

4 李響;低階煤和生物質(zhì)煤漿表面改性及其成漿特性研究[D];浙江大學(xué);2012年

5 韓艷娜;無機(jī)電解質(zhì)與表面活性劑共同作用對低階煤表面性質(zhì)及可浮性的影響[D];太原理工大學(xué);2011年

6 李敏;煤表面含氧官能團(tuán)的研究[D];太原理工大學(xué);2004年

，

本文編號：2289574