【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)和供應的重要組成部分,低階煤的合理開發(fā)和利用對實現(xiàn)我國以煤炭為主的能源持續(xù)供給和保障經(jīng)濟快速持續(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,也導致了煤炭資源的嚴重浪費。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形式存在的有機氧,導致低階煤具有較強的親水性。煤中的含氧官能團可以分為三類,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。通過表面反應的方法去除煤表面這些含氧官能團或利用非極性基團在煤表面的吸附掩蔽這些含氧官能團,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含量的實驗條件的基礎上,通過對比不同表面活性劑對低階煤中含氧官能團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時間才能使煤中含氧官能團完全反應,離子交換反應取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完全參與離子交換反應。(2)以甲醇作為潤濕劑對煤樣進行潤濕會使煤中部分有機質(zhì)溶解在甲醇中,導致離子交換反應測得的含氧官能團含量明顯降低,離子交換反應在不加甲醇預先潤濕條件下得到的結(jié)果更為準確。(3)離子交換反應的藥劑不能滲透進煤粒內(nèi)部進行離子交換反應,參與離子交換反應的含氧官能團為煤粒表面和孔隙中的含氧官能團。為保證試驗結(jié)果準確可靠,煤樣粒度應控制在一個較窄的合適粒度范圍內(nèi)。(4)煤中部分無機雜質(zhì)會參與離子交換反應從而影響離子交換法的準確性。通過浮沉試驗的方法可以有效去除煤中大部分參與離子交換反應的無機雜質(zhì),并且浮沉試驗過程中不會改變煤中有機質(zhì)的組成和性質(zhì);通過預先酸浸的方式也可以去除煤中部分參與離子交換反應的無機雜質(zhì),但是預先酸浸過程中低階煤中部分小分子有機質(zhì)溶解在鹽酸溶液中,使煤的有機質(zhì)的組成和性質(zhì)發(fā)生變化,導致離子交換法測得的低階煤中酸性含氧官能團含量明顯降低,故不宜用預先酸浸的方法對待測煤樣進行除雜。(5)表面活性劑在低階煤表面吸附后會對含氧官能團起到一定的掩蔽作用,導致離子交換法測得的煤中含氧官能團含量減少。(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增大攪拌速度和延長攪拌時間可以促進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之間的氫鍵越強對含氧官能團的掩蔽效果越好。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的掩蔽作用更明顯。
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【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD94;TD923

【參考文獻】

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本文編號：2289574