细粒煤纳米泡浮选柱及其相关基础研究.doc

纳米泡浮选柱对细粒煤分选及相关基础理论
Sobhy
摘要泡沫浮选是一种应用广泛且经济效益好的颗粒分选工艺。然而,它的优良工艺性能只适宜分选50-600um的煤炭颗粒和10-100um的矿物颗粒。在这个粒度范围之外,浮选的效率急剧下降,尤其是对疏水性较弱的难浮颗粒。
研究的目的是通过装备一种空穴纳米泡发生器的浮选柱来提高伊利诺伊斯州细粒煤样回收率。纳米泡通常都小于1um,它是煤浆中溶解空气选择性地在疏水性煤粒表面析出的气泡。实验结果表明:一定分选条件下,-150um煤粒的可燃体回收率在存在纳米泡的情况下提高了5-50%,这个结果的大小取决于浮选过程操作的环境,纳米泡还可以大大提高了分选效率。纳米泡浮选的其他优势还包括更低的起泡剂用量,空气消耗量,因为纳米泡主要产自水中自然溶解的空气,因此大幅的降低生产成本。
关键词空穴;煤;泡沫浮选;纳米气泡

根据2009年美国能源信息部调查结果,全球生产的77%的煤被用在中国,美国,印度,俄国和日本。美国是世界上最大的产煤国之一,年生产精煤量超过数十亿短吨。煤分两种类型,低阶煤,占到全球储量的47%,剩余53%为高阶煤。煤阶取决于原始成煤植物转变为煤炭变质程度。而低阶煤又可以细分为褐煤和次烟煤,它们含碳量较低,但水分和氧含量较高。高阶煤分为烟煤和无烟煤,它们含碳量高,自然能源价值高,但氢含量和氧含量较低。因此,不同的煤种有不同的用处。例如,褐煤主要用于发电,烟煤和次烟煤则主要在发电厂、水泥生产厂以及其他工业应用。无烟煤则主要用于无烟燃料。世界上40%的发电量来自煤的燃烧,70%的钢铁生产依赖煤炭。
泡沫浮选广泛应用于煤炭工业,主要用来洗选粒度为-100目或者-150um煤炭颗粒。这个分选过程基于矿物颗粒在物理和表面化学特性的差异性。它在窄粒级范围内取得非常好的分选效果,特别是对50-600um的煤粒和10-100um的矿粒。低于或高于这个粒级颗粒由于碰撞概率低和脱附概率高分选效果都不理想。以前的研究表明,在最佳分选粒级之外,或者可浮性较差的颗粒的回收率可以通过纳米泡浮选提高。
纳米泡是利用超声波或者水力空穴原理产生。纳米泡总是选择性地在疏水性的颗粒表面产生,因为固体与水的粘附功总是小于水之间的粘附功。另外,粘附功随着接触角所表示的表面疏水性的增加而减少。纳米泡可以不需要碰撞,直接在超细颗粒表面成核析出,这常常是超细颗粒泡沫浮选速度的决定性步骤。在颗粒表面析出的纳米泡还可以作为二次捕收剂,提高粘附概率,减少疏水性化学药剂用量。除此之外,由于跟脱附有关的上浮速率和离心力较低,从而降低脱附概率,颗粒就更不容易从微泡上脱附。
本次研究基于纳米泡泡沫浮选可以提高泡沫与颗粒碰撞概率与粘着概率以及减少脱落概率的原理,发展了一种新型的空穴纳米泡浮选选矿工艺。我们设计一个5cm直径的实验室浮选柱,装有双气泡发生器,用来产生小于1um的纳米泡和大约500um大小的常规气泡,用它来检验不同种气泡分选效果的好坏。
2实验

我们从伊利诺伊斯州煤矿上取了四份55加仑的煤浆,并把煤浆混合均匀,分成5加仑/份,密封储存以备后续使用。煤样的粒度分析依据美国标准筛序300,150,75,45,25um,通过湿筛测定,并对各个粒级分别过滤,干燥,称重。
表一就是样品的粒度分布数据。大部