“低品质煤浮选过程强化”专题（《煤炭学报》）

来源：《煤炭学报》2021年第9期

“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。然而，我国煤炭资源禀赋条件差，低品质煤(低阶/氧化煤、高灰难选煤及废弃尾煤等)约占煤炭保有资源总量的40%以上。随着优质煤炭资源的逐渐消耗与国家绿水青山生态文明建设的需求，低品质煤大规模分选提质已成为保障国家能源安全和社会可持续发展的战略选择。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，但细粒低品质煤浮选仍面临着严峻挑战，大规模提质利用难，低品质煤浮选的基本作用原理与工程基础亟需研究。

为满足国家煤炭清洁利用的战略需求，推动低品质煤浮选高效提质，《煤炭学报》编辑部特邀郑州大学刘炯天院士、中国矿业大学桂夏辉研究员共同担任客座主编，中国矿业大学邢耀文副研究员担任客座编辑，在2021年第9期组织出版“低品质煤浮选过程强化”专题。

行业视野: 煤化工
类别; 41个
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新型纳米粒子捕收剂强化低阶煤浮选机理

作者(Author)：廖寅飞, 任厚瑞, 安茂燕, 赵一帆, 郝晓栋

摘要：低阶煤表面含有丰富的含氧官能团、疏水性差，常规油类捕收剂难以吸附铺展，导致浮选效率低、药剂消耗量大，严重制约了细粒低阶煤的回收利用。采用四氢呋喃基团功能化的聚苯乙烯纳米粒子(TFPNs)作为捕收剂强化低阶煤浮选，借助Zeta电位仪、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析了纳米粒子特性，比较了TFPNs、聚苯乙烯纳米粒子(PNs)和柴油(DO)的浮选性能，最后利用红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)和接触角测量仪研究了TFPNs强化低阶煤浮选的作用机理。纳米粒子特性分析表明:TFPNs呈球形且粒径在50~138 nm;随着乳化剂用量增加，TFPNs的粒径逐渐减小而Zeta电位逐渐增大，表面功能化程度与功能化单体用量呈正比。浮选试验结果证明:3种捕收剂的浮选回收率大小关系为TFPNs> PNs> DO;TFPNs的粒径越小，浮选回收率越高;随表面功能化程度升高，浮选回收率先上升后下降;四氢呋喃基团功能化能够增强PNs捕收性能，最佳的表面功能化程度在5.78%~6.56%。作用机理研究发现:TFPNs通过四氢呋喃基团与低阶煤表面含氧官能团之间形成氢键而吸附于低阶煤表面，提高低阶煤表面的疏水性和粗糙度，缩短气泡-颗粒诱导时间，从而提高低阶煤的浮选回收率。因此纳米粒子捕收剂为低阶煤浮选新型高效药剂设计开发提供借鉴。

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煤族组分骨架结构的分子模型构建及分子动力学模拟

作者(Author)：连露露, 秦志宏, 李春生, 杨小芹, 林喆

摘要：为从分子水平上进一步深入认知煤大分子网络结构形成的内在机制，对煤全组分分离所得重质组(HC)、疏中质组(LMC)、密中质组(DMC)和轻质组(LC)分别进行分级分次快速溶剂萃取，以获得各族组分骨架部分和小分子部分;采用FTIR,XPS，13C NMP及元素分析获得骨架部分的结构特征参数，构建出重质组骨架(HC-S)、疏中质组骨架(LMC-S)和密中质组骨架(DMC-S)的分子结构模型;再对各分子结构模型进行分子力学和分子动力学模拟，获得其最低势能构型及模拟密度，并进一步探究各族组分骨架大分子形成多分子稳定聚集体的分子机制和能量机制。结果表明:HC-S的分子式为C246H186N4O15，LMC-S为C216H183N5O5S，DMC-S为C195H179N3O4S。LMC-S模拟密度最大，HC-S次之， DMC-S最小，模拟密度与实验室检测密度基本一致。当12个DMC-S聚集时，由于不同分子中结构单元之间的N…H相互作用而形成DMC-S-12稳定构型，其尺寸约50×10-10 m;当25个LMC-S聚集时，体系中产生较多的-相互作用而形成DMC-S-25较稳定构型，其尺寸约70×10-10 m;HC-S则不会形成20个骨架分子以内的稳定聚集体。该机理能够很好吻合实验结果。LMC-S回转半径最大，DMC-S次之，HC-S最小，表明骨架分子LMC-S的柔韧性最小，其形成聚集体时将更疏松;HC-S的柔韧性最大，形成聚集体时将更致密;DMC-S则居中。该结果与实验现象吻合度良好。并给出了各族组分骨架单分子及其聚集体的模拟计算与实验结果总结对照表。

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细泥罩盖对煤炭可浮性的影响规律

作者(Author)：梁龙, 李强, 胡鹏飞, 谢广元

摘要：细粒脉石在疏水性煤炭颗粒表面上的罩盖(细泥罩盖)是细泥污染浮选精煤的方式之一，同时也是造成煤炭可浮性变差、精煤回收率降低的重要原因。通过单气泡负载试验研究了3种不同的脉石矿物(石英、高岭石、伊利石)在煤炭表面的细泥罩盖程度以及对煤炭可浮性的影响规律。结果表明，随着煤炭与脉石混合搅拌时间的延长，3种脉石与煤炭之间的细泥罩盖程度逐渐增加，并且整个过程均呈现先快后慢的趋势，在40 min左右细泥罩盖程度基本不再变化。在流场剪切速率相同的情况下，石英的细泥罩盖程度最弱，高岭石次之，伊利石的细泥罩盖程度最强，这与超冷冻扫描电镜的观测结果以及煤炭与脉石颗粒间DLVO作用力计算结果是一致的。随着流体剪切速率的升高，3种脉石与煤炭之间的细泥罩盖程度均有所降低，煤炭的可浮性得到增强，其中石英的细泥罩盖在剪切速率为58 s-1时基本完全消除，但是高岭石和伊利石的细泥罩盖在剪切速率达到116 s-1时仍然存在。之后对煤炭-脉石混合矿物进行了在不同剪切速率下调浆后的浮选试验，结果表明在浮选前进行高速剪切调浆能够减少石英、高岭石和伊利石在煤炭表面的细泥罩盖，并提高煤炭的浮选回收率。但高速剪切调浆使脉石的分散性提高，造成浮选时脉石的水流夹带加剧，需要结合其他方法抑制脉石对浮选精煤的污染。

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低阶煤显微组分含氧官能团的分布特征与差异

作者(Author)：何鑫, 王文峰, 章新喜, 杨奕涛, 孙浩

摘要：含氧官能团组成是决定低阶煤显微组分分选策略及分离效率的关键因素，同时对其在后续加工转化过程中的反应活性具有重要影响，因此探明低阶煤显微组分中含氧官能团的分布特征与差异尤为必要。结合元素分析、XPS、13C-NMR与化学滴定法等分析手段，分别从表面和内部结构层面探究了神华(富镜质组)与准东(富惰质组)低阶煤中显微组分的含氧官能团分布特征与差异。研究结果如下:元素分析结果显示准东煤显微组分的O含量高于神华煤，2种低阶煤镜质组的原子比O/C值均高于惰质组。但XPS测试中2显微组分的表面原子比O/C值十分接近，说明惰质组中含氧官能团相对集中在外表面，而镜质组的含氧基团则在外表面和内部孔隙的分布更加均匀。XPS定量分析结果表明CO(羰基或O—C—O)与COOH分别为镜质组与惰质组表面特有的含氧官能团，而CO与—OH分别为镜质组与惰质组表面主导型含氧基团。13C-NMR测试结果显示，神华煤惰质组及准东煤显微组分中不同含氧官能团占比排序一致:芳香族含氧基团＞羰基＞COOH＞脂肪族含氧基团，而神华煤镜质组中排序如下:芳香族含氧基团＞脂肪族含氧基团＞羰基＞COOH。其中镜质组的COOH比例较低，而脂肪族含氧基团在惰质组中分布最少，甚至在准东煤惰质组中完全消失。化学滴定结果指出酸性含氧官能团更易富集在惰质组表面，不同酸性含氧基团的含量分布在具体显微组分类别中具有较大差异，其中准东煤惰质组具有突出的酚羟基含量。

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