原煤和氧化煤的表面性質(zhì)的差異是造成氧化煤浮選難的原因,煤被氧化后,表面出現(xiàn)大量含氧官能團,使得氧化煤表面極性增強,疏水性變差,浮選效果變差,使用常規(guī)捕收劑存在藥劑使用量大、浮選效果差的問題。因此,本文研究了煤氧化前后表面性質(zhì)的差異,找到了主要難浮基團的種類、比例,利用捕收劑中的含氧基團可改善煤表面難浮性的機理,經(jīng)過催化氧化改變煤油中極性含氧基團的比例,從而提高與氧化煤表面難浮基團的適配性,達(dá)到改善表面親水難浮煤可浮性高效、經(jīng)濟的目的。將兩渡煤礦高灰、易氧化原煤,在100℃通風(fēng)干燥箱內(nèi)氧化48 h制備成人工氧化煤泥。測定了原煤和氧化煤的FTIR、XPS、接觸角、Zeta電位及表面潤濕熱,以表征煤氧化前后表面性質(zhì)的變化。測試表明,原煤經(jīng)過低溫氧化后,煤表面-CH_3、-CH_2官能團被空氣部分氧化成C=O、C–O、–COO等含氧官能團,其中C-O基團:COOH基團約為4:1。在對此氧化煤進行浮選后發(fā)現(xiàn),精煤產(chǎn)率僅為44.30%,說明生成的氧化官能團是難浮的根本原因。將三種疏水碳鏈相同,親水含氧基團不同的捕收劑,按不同的比例配成模型捕收劑,通過對此氧化煤進行的浮選試驗可以得到,模型捕收劑中烷:醇:酸為1:6.4:1.6時,較單獨使用十二烷,精煤產(chǎn)率提高了20.86%,可燃體回收率提高了24.91%,浮選效果達(dá)到最佳。根據(jù)混合捕收劑的比例,使用環(huán)烷酸錳做催化劑與空氣氧化制備氧化煤油,通過浮選實驗,確定煤油的最佳氧化條件為:氧化溫度150℃,催化劑濃度為0.1%(以金屬錳計),空氣流速200 mL/min,氧化時間12 h。使用此氧化煤油做捕收劑,相比使用煤油時,氧化煤泥的精煤產(chǎn)率提高了23.72%,可燃體回收率提高了28.72%,浮選完善指標(biāo)提高了7.9%。經(jīng)FTIR、GC-MS表征后發(fā)現(xiàn)煤油在與空氣發(fā)生催化氧化反應(yīng)后,煤油中的甲基、烷烴被部分氧化為醇、酸、酯、醛、醚等含氧基團,所得氧化煤油中的醇:酸比例約為4:1,與模型捕收劑的醇、酸比一致。測定Zeta電位和潤濕熱后可知,氧化煤油可以降低Zeta電位的絕對值,減小氧化煤表面的潤濕熱。上述結(jié)果表明,捕收劑中的含氧基團可能定點吸附在氧化煤表面,且極有可能是捕收劑中的醇與氧化煤表面的C-O鍵、酸與氧化煤表面的COOH鍵結(jié)合。為了驗證假設(shè),選用低溫氧化12 h的煤樣,用XPS測定此氧化程度的煤樣發(fā)現(xiàn),此氧化煤表面C-O基團:COOH基團約為2:1,配制模型捕收劑對其進行浮選試驗后,發(fā)現(xiàn)在醇:酸為2:1時,浮選結(jié)果最佳。最終推測捕收劑與氧化煤的可能作用機理為:捕收劑中的極性部分可以選擇性的定點吸附在氧化煤的極性表面,其中捕收劑中的醇傾向于與氧化煤表面的C-O鍵結(jié)合、酸傾向于與氧化煤表面的COOH鍵結(jié)合,使非極性部分裸露在煤表面形成一個非極性表面,從而降低降低Zeta電位的絕對值,減小氧化煤表面的潤濕熱,提高氧化煤的疏水性,增大氧化煤的可浮性。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD94;TD923
【部分圖文】：

XPS 窄掃結(jié)果 XPS 窄掃中主要對原煤和氧化煤樣表面的各基團種類和含量分析，并進 4-5 和圖 4-6 分別為兩渡原煤與氧化煤 C1s 的 XPS 譜圖和模擬曲線。從圖氧化煤中 C-O、C=O 和 COOH 基團的峰面積要明顯高于原煤中此基團的峰C、C-H 的峰面積則明顯低于原煤，這充分說明煤被氧化后，煤中的甲基、低，而含氧基團的含量增加，此結(jié)論剛與兩種煤樣 FTIR 的分析結(jié)果相互于受到氧化作用，其含氧親水性基團 C=O、C-O 和 COOH 明顯增多，疏C 和 C-H 明顯減小，因而氧化煤的親水性較強，可浮性較差。氧化煤的可在于：親水性基團在礦漿中更容易與水分子吸附，煤粒表面被水覆蓋、包劑分子不能很好的與氧化煤表面進行吸附，氣泡也不能很好的粘附到氧化規(guī)的浮選工藝無法有效的浮選回收氧化煤。

圖 4-6 氧化煤 XPS C1s 圖Figure 4-6 Oxidized coal XPS C1s curve表 4-2 煤樣的 C1s 分析Table 4-2 C1s analysis of coal samples煤樣 C-C 或 C-H/% C-O/% C=O/% COOH/%原煤 96.33 2.32 0.61 0.74化煤 65.83 21.01 7.73 5.43過 XPS Peak4.1 軟件，對以上各個基團相對含量的計算，計算結(jié)果為表 4-2原煤主要以 C-C 和 C-H 鍵形式存在，其含量高達(dá) 96.33%，而 C=O、C-O 和 的含量很少，幾乎可以忽略。煤進過氧化后 C=O、C-O 和-COO 基團的含量明其中 C-O 基團較原煤提高了 18.69%，在原煤中幾乎沒有的 C=O、- COOH 基增加了 7.08%和 4.69%。在 FTIR 中也可以看出，氧化煤在 1075 cm-1處吸收峰度遠(yuǎn)大于原煤的，恰好印證了氧化煤和原煤 XPS 圖譜中，氧化煤中 C-O 基團

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文XPS 則采用 X 射線達(dá)到煤粒表面，激發(fā)煤表面的電子躍遷；并不受顏色、透光度等素的影響因此在測試煤表面性質(zhì)使 XPS 測試精度更高、更準(zhǔn)確，尤其對于那些含量少的基團優(yōu)勢更明顯，所以說氧化煤中含有 C=O 和 COOH 基團。4.3 接觸角測定結(jié)果采用水滴發(fā)測量原煤和氧化煤的接觸角，測量結(jié)果如圖所示，圖 4-7 和圖 4-8為水滴與原煤和氧化煤的接觸角隨著時間的變化趨勢。原煤在 1s 時的接觸角約為 在 10s 時為 81.4°，接觸角的大小幾乎不隨時間的變化而變化；氧化煤的接觸角隨時變化而減小，在剛接觸的時候約為 42°，但在 5s 后趨于穩(wěn)定，約為 30°。
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本文編號：2885828