高泥化煤泥水的疏水聚團(tuán)沉降試驗(yàn)研究

陳 軍,閔凡飛,劉令云,彭陳亮,孫迎林,杜 佳

(安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,安徽淮南 232001)

高泥化煤泥水的疏水聚團(tuán)沉降試驗(yàn)研究

陳 軍,閔凡飛,劉令云,彭陳亮,孫迎林,杜 佳

(安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,安徽淮南 232001)

為探尋煤泥水聚團(tuán)沉降新技術(shù),以季銨鹽類藥劑為表面活性劑開(kāi)展了高泥化煤泥水疏水聚團(tuán)沉降試驗(yàn)研究,考察了藥劑用量、動(dòng)能輸入、pH值等因素對(duì)高泥化煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響規(guī)律。結(jié)果表明:季銨鹽能夠改善顆粒表面疏水性,降低顆粒表面電負(fù)性,提高煤泥顆粒疏水聚團(tuán)效果,季銨鹽烷基鏈越長(zhǎng),藥劑用量越大,對(duì)煤泥顆粒的聚團(tuán)效果越強(qiáng);高礦漿濃度煤泥水有利于煤泥顆粒形成疏水聚團(tuán);合適的動(dòng)能輸入能增強(qiáng)疏水聚團(tuán)效果;隨著pH值(pH=4～12)增大,沉降速度增大,但上清液透光率有所減小。當(dāng)煤泥水質(zhì)量濃度為26 g/L,采用pH=8.6、藥劑1831用量3 000 g/t、攪拌強(qiáng)度750 r/min及攪拌時(shí)間10 min時(shí)煤泥水沉降效果較好,沉降速度達(dá)0.83 cm/ min,透光率達(dá)78.6%。

煤泥水;季銨鹽;疏水聚團(tuán)沉降;動(dòng)能輸入

隨著機(jī)械化采煤程度的增加,原煤中矸石含量增加,煤炭洗選過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量難以沉降澄清的高泥化煤泥水。這些難處理的煤泥水具有粒度細(xì)、黏土礦物含量高、顆粒表面電負(fù)性強(qiáng)等特點(diǎn),且煤泥中黏土礦物顆粒具有強(qiáng)親水性,使黏土顆粒表面容易形成較強(qiáng)的水化膜,微細(xì)顆粒間接近時(shí)由于水化斥力和空間位阻效應(yīng)的存在,使煤泥水分散體系保持著較強(qiáng)的穩(wěn)定性[1-3],從而導(dǎo)致微細(xì)煤泥顆粒難以沉降。按常規(guī)技術(shù)添加電解質(zhì)凝聚劑和高分子絮凝劑,沉降效果并不理想。因此,結(jié)合難沉降煤泥水特性,研究開(kāi)發(fā)新的煤泥水沉降技術(shù)是十分必要的[4-5]。

高嶺石是煤泥水中主要的黏土礦物之一,對(duì)煤泥水沉降有顯著的影響,其在選煤過(guò)程中易泥化成微細(xì)顆粒,且顆粒表面荷負(fù)電穩(wěn)定分散在煤泥水中難以沉降。崔吉讓等[6]對(duì)高嶺石顆粒的分散與聚團(tuán)行為進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論計(jì)算,指出其溶液特性及荷電性質(zhì)對(duì)顆粒的分散與聚團(tuán)行為具有重要影響,實(shí)現(xiàn)高嶺石的有效分選的重要前提之一是調(diào)節(jié)其表面性質(zhì)。張曉萍等[7]通過(guò)添加陽(yáng)離子型表面活性劑對(duì)微細(xì)粒高嶺石在水介質(zhì)中的疏水聚團(tuán)行為進(jìn)行了研究,研究表明,陽(yáng)離子型表面活性劑的加入使高嶺石顆粒表面動(dòng)電位增大,顯著提高了高嶺石的聚團(tuán)效果,且表面活性劑濃度越大,聚團(tuán)行為越顯著。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于添加表面活性劑來(lái)實(shí)現(xiàn)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的研究較少。通過(guò)對(duì)煤泥水中黏土顆粒表面疏水改性,破解弱化顆粒表面水化膜,可以實(shí)現(xiàn)疏水聚團(tuán)[8]。煤泥顆粒疏水聚團(tuán)使沉降粒徑增大,從而強(qiáng)化重力沉降作用,弱化膠體穩(wěn)定性。而微細(xì)粒礦物在水中的沉降,表面性質(zhì)的影響也至關(guān)重要,微流邊界層理論[9]將這種影響歸結(jié)于固體表面分子對(duì)水分子的引力作用。文書(shū)明等[10]研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于疏水性礦粒,表面極性弱,固體表面對(duì)水分子的引力小,礦粒自由沉降的速度變大。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外關(guān)于疏水聚團(tuán)的研究,發(fā)現(xiàn)影響疏水聚團(tuán)的因素很多,主要有藥劑種類及用量、動(dòng)能輸入和pH值等。Ji等[11]通過(guò)試驗(yàn)指出藥劑用量對(duì)疏水聚團(tuán)形態(tài)有著顯著的影響。Song等[12]對(duì)疏水絮凝的影響因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果表明足夠的動(dòng)能輸入是形成疏水聚團(tuán)必不可少的條件。S?nmez[13]考察了pH值對(duì)天青石剪切絮凝浮選的影響,結(jié)果表明天青石顆粒可以在pH=3～13的范圍內(nèi)形成疏水絮團(tuán),且當(dāng)pH=8.8時(shí)疏水絮凝效果最佳。因此考察不同因素對(duì)高泥化煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響規(guī)律十分必要。

本文結(jié)合高泥化煤泥水特性,探索藥劑種類及用量、煤泥水溶液化學(xué)性質(zhì)、動(dòng)能輸入等因素對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響規(guī)律,以期為煤泥水沉降澄清新技術(shù)的開(kāi)發(fā)及新藥劑的設(shè)計(jì)提供參考。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)樣品及藥劑

試驗(yàn)用煤泥水采自安徽淮南礦區(qū)某動(dòng)力煤選煤廠濃縮機(jī)入料,礦漿質(zhì)量濃度為26 g/L,pH=8.6,采用GB/T 19093—2003《煤粉篩分試驗(yàn)方法》對(duì)煤泥水進(jìn)行粒度組成分析[14],結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知,煤泥水中小于0.045 mm粒級(jí)占90.09%,灰分為53.29%;小于0.075 mm粒級(jí)累計(jì)占97.27%,屬于典型的高泥化難沉降煤泥水。

表1 煤泥水中固體顆粒的粒度組成Table 1 Particle size distributions of solid particles in coal slurry water

1.2 試驗(yàn)儀器

主要試驗(yàn)儀器:日本島津LabX XRD-6000 X射線衍射儀、美國(guó)科洛工業(yè)有限公司C20表面接觸角測(cè)定儀、日本島津SALD-7101激光粒度分析儀、美國(guó)CD公司Zetaprobe Zeta電位測(cè)定儀、JJ-1B型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌器、PHS-3C pH計(jì)等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 煤泥性質(zhì)測(cè)試

對(duì)煤泥烘干研磨,然后進(jìn)行X射線衍射測(cè)試,分析煤泥水主要礦物組成。X射線衍射測(cè)試條件為: Cu靶,K輻射,X射線管電壓35 kV,X射線管電流30 mA;連續(xù)掃描速度2°/min;采樣間隔0.02°。

語(yǔ)言是人與人之間用以溝通的一門(mén)工具，英語(yǔ)也是一樣，在人們使用英語(yǔ)進(jìn)行溝通交流的過(guò)程中勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生一些新的東西，這些新的變化會(huì)形成一種新的體系，構(gòu)成新的變種，比如：英式英語(yǔ)、美式英語(yǔ)、印度英語(yǔ)等等。相比這些變種英語(yǔ)之間的共同之處，它們之間的差異是極其微小的，并不能在很大程度上影響人們之間的溝通和交流。而值得關(guān)注的是美式英語(yǔ)和英式英語(yǔ)之間的差異，由于美國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展極其國(guó)際地位的日益增強(qiáng)，美式英語(yǔ)也被越來(lái)越多的國(guó)家和人們所接受，特別是年輕人，學(xué)習(xí)美式英語(yǔ)成為他們生活中的一種時(shí)尚。在世界各地的很多地方和國(guó)家，美式英語(yǔ)已經(jīng)和英式英語(yǔ)占有同樣的地位，甚至比英式英語(yǔ)還更加受到人們的歡迎。

采用壓片法進(jìn)行接觸角測(cè)試:取0.6 g左右干煤泥樣在30 MPa下壓成厚度2 mm左右的薄片,進(jìn)行接觸角測(cè)試(測(cè)定原煤泥接觸角時(shí),為防止煤泥壓片通過(guò)自身細(xì)小孔隙吸收水滴,在煤泥中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的黏結(jié)劑腐植酸鈉)。

1.3.2 沉降試驗(yàn)

參照MT/T 190—1988《選煤廠煤泥水沉降試驗(yàn)方法》進(jìn)行煤泥水疏水聚團(tuán)沉降試驗(yàn)[15]。量取500 mL攪拌均勻的一定濃度的煤泥水放入500 mL的燒杯中,加(或不加)一定藥劑用量的表面活性劑,用HCl或NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值,立即用電子攪拌器以一定的速度攪拌一定時(shí)間,置于500 mL量筒自然沉降60 min,記錄澄清界面的下降距離,并在沉降15 min時(shí)取上清液做透光率試驗(yàn)。

1.3.3 Zeta電位測(cè)量

量取500 mL不同條件樣品,用Zetaprobe Zeta電位測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)量,每個(gè)樣品循環(huán)測(cè)量3次,取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 煤泥性質(zhì)分析

2.1.1 煤泥礦物組成

煤泥XRD分析結(jié)果如圖1所示。可以看出,煤泥中含有石英、高嶺石、蒙脫石、綠泥石和方解石等礦物。黏土礦物是其中的主成份,而黏土礦物極易泥化,會(huì)加大煤泥水處理的難度[16-17]。

2.1.2 煤泥表面潤(rùn)濕性

煤泥顆粒表面潤(rùn)濕性采用表面接觸角來(lái)評(píng)價(jià)分析。不同條件樣品表面接觸角測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出,隨著季銨鹽烷基鏈長(zhǎng)度及季銨鹽用量的增加,煤泥的表面接觸角呈增大趨勢(shì),說(shuō)明季銨鹽類表面活性劑能明顯改善煤泥顆粒表面的疏水性,且疏水改性的能力隨著季銨鹽烷基鏈長(zhǎng)度及藥劑用量的增加而增強(qiáng)。

圖1 煤泥X射線衍射Fig.1 XRD parrern of coal slurry

表2 不同煤泥樣品的表面接觸角Table 2 Surface contact angle of different coalslurry samples

2.2 藥劑種類及藥劑用量對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響

藥劑種類及用量對(duì)疏水聚團(tuán)形態(tài)有顯著影響,以4種不同烷基鏈長(zhǎng)度的季銨鹽作為煤泥水疏水聚團(tuán)沉降藥劑,取藥劑用量分別為500,1 000,2 000,3 000及4 000 g/t,對(duì)煤泥水進(jìn)行沉降試驗(yàn),試驗(yàn)條件:礦漿質(zhì)量濃度為26 g/L,礦漿pH=8.6,攪拌強(qiáng)度為750 r/min,攪拌時(shí)間為10 min,試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同藥劑用量對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響Fig.2 Effect of different reagent dosage of quaternary ammonium salt on hydrophobic aggregation settlement of coal slurry water

如圖2(a)所示,隨著藥劑用量的逐漸增加,煤泥水的沉降速度都是呈先增后減的趨勢(shì)。當(dāng)藥劑用量小于A點(diǎn)值時(shí),煤泥水的沉降速度隨著添加藥劑烷基鏈長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而增大;當(dāng)藥劑用量大于B點(diǎn)值時(shí),煤泥水的沉降速度隨著添加藥劑烷基鏈長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而減小。圖2(b)結(jié)果表明,煤泥水上清液透光率隨著藥劑用量和藥劑烷基鏈長(zhǎng)度的增加而升高。結(jié)合圖2(a),(b)可知,當(dāng)添加藥劑為1831、藥劑用量為3 000 g/t時(shí)煤泥水沉降效果最佳,此條件下煤泥水沉降速度達(dá)0.83 cm/min、透光率達(dá)78.6%。如圖2(c)所示,隨著藥劑用量的增加、藥劑烷基鏈長(zhǎng)度的增長(zhǎng),煤泥顆粒表面Zeta電位的絕對(duì)值減小。

季銨鹽屬于陽(yáng)離子表面活性劑,在負(fù)電顆粒表面因靜電作用發(fā)生吸附,使顆粒因疏水化發(fā)生聚團(tuán)。季銨鹽的藥劑用量越大,在相同的動(dòng)能輸入條件下溶液中的藥劑分子與煤泥顆粒接觸機(jī)會(huì)越大,在煤泥顆粒表面的吸附量越大,降低顆粒表面電負(fù)性的效果越強(qiáng),煤泥顆粒被疏水化的程度越大,越容易形成疏水聚團(tuán)且形成的聚團(tuán)越大;季銨鹽烷基鏈越長(zhǎng),即表面活性劑疏水基的疏水作用越強(qiáng),則吸附在煤泥顆粒表面后對(duì)其疏水改性能力越強(qiáng),此時(shí)被疏水化的顆粒也越容易形成疏水聚團(tuán)。大的聚團(tuán)因?yàn)橄嗷ザ褦D形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),具有網(wǎng)捕作用,提高上清液透光率,但同時(shí)由于聚團(tuán)相互堆擠形成的結(jié)構(gòu)也限制了煤泥的沉降速度,正是由于不同季銨鹽隨藥劑用量的改變,使煤泥顆粒形成聚團(tuán)的尺寸大小存在差異,從而導(dǎo)致初始沉降速度出現(xiàn)圖2(a)所示的規(guī)律。

2.3 礦漿濃度對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響

考察了不同礦漿濃度對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降效果的影響規(guī)律,試驗(yàn)條件:礦漿pH=8.6,1831用量為2 000 g/t,攪拌強(qiáng)度為750 r/min,攪拌時(shí)間為10 min,試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 礦漿濃度對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響Fig.3 Effect of pulp density on hydrophobic aggregation settlement of coal slurry water

由圖3可知,在其他條件相同的條件下,煤泥水礦漿濃度對(duì)煤泥水沉降效果有顯著的影響,隨著礦漿濃度的增大,煤泥水初始沉降速度顯著降低,上清液透光率增大,煤泥顆粒表面Zeta絕對(duì)值減小。綜合分析可知當(dāng)煤泥水質(zhì)量濃度為30 g/L左右時(shí),有利于煤泥水疏水聚團(tuán)沉降。

試驗(yàn)結(jié)果分析表明:礦漿濃度越大,則礦漿中的煤泥顆粒含量越高,在相同動(dòng)能輸入的條件下顆粒與藥劑分子間及顆粒間的碰撞幾率越大,這就使得溶液中的陽(yáng)離子季銨鹽分子能通過(guò)靜電吸附充分使顆粒表面疏水化,同時(shí)疏水化的顆粒間能充分碰撞,打破粒間斥力能壘,通過(guò)疏水作用力相互吸引形成疏水聚團(tuán)。因?yàn)楦叩V漿濃度的煤泥水中煤泥顆粒形成的聚團(tuán)較大,在沉降過(guò)程有較強(qiáng)網(wǎng)捕作用,使得上清液透光率較高,但由于大聚團(tuán)在沉降過(guò)程形成了穩(wěn)定結(jié)構(gòu),限制了自身沉降速度,導(dǎo)致高礦漿濃度煤泥水沉降速度較慢。

2.4 動(dòng)能輸入對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響

在疏水聚團(tuán)沉降中,動(dòng)能輸入即機(jī)械攪拌對(duì)煤泥聚團(tuán)的形成及沉降結(jié)果具有重要的影響。試驗(yàn)考察了不同攪拌強(qiáng)度及不同攪拌時(shí)間對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降結(jié)果的影響規(guī)律,試驗(yàn)條件:礦漿質(zhì)量濃度為26 g/L,礦漿pH=8.6,1831用量為2 000 g/t,試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 動(dòng)能輸入對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響Fig.4 Effect of energy input on hydrophobic aggregation settlement of coal slurry water

由圖4(a)可知,隨著機(jī)械攪拌強(qiáng)度從300 r/min增至1 300 r/min,煤泥顆粒的沉降速度呈明顯上升的趨勢(shì);隨攪拌時(shí)間的延長(zhǎng),煤泥的沉降速度呈先升后降的趨勢(shì),在攪拌時(shí)間為10 min時(shí)達(dá)到最大值;由圖4(b)可知,隨著攪拌強(qiáng)度和攪拌時(shí)間的增加,煤泥水上清液的透光率的變化明顯,透光率都呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì),在攪拌強(qiáng)度為750 r/min時(shí)及攪拌時(shí)間為10 min時(shí)達(dá)到最高值;由圖4(c)可知,隨著攪拌強(qiáng)度的增加,煤泥顆粒表面Zeta電位絕對(duì)值略有下降,攪拌時(shí)間對(duì)顆粒表面電負(fù)性的影響幾乎可以忽略不計(jì)。

動(dòng)能輸入對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響主要是由于不同動(dòng)能的輸入改變藥劑在煤泥顆粒表面的吸附量及疏水顆粒間的碰撞幾率,進(jìn)而影響煤泥顆粒形成疏水聚團(tuán)的尺寸大小,導(dǎo)致煤泥水沉降速度和上清液透光率出現(xiàn)顯著的差異,說(shuō)明合適的攪拌強(qiáng)度和攪拌時(shí)間對(duì)煤泥水的疏水聚團(tuán)沉降是十分有利的。

2.5 pH值對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響

煤泥水pH值是影響煤泥顆粒表面Zeta電位的重要因素,而煤泥顆粒表面Zeta電位是反映煤泥水處理藥劑效果和機(jī)理的重要參數(shù)[18],因此考察不同pH值對(duì)煤泥顆粒的聚團(tuán)形成及煤泥水聚團(tuán)沉降效果的影響十分重要。將煤泥水pH值分別調(diào)成pH=4, 6,8,10和12,在相同試驗(yàn)條件(礦漿質(zhì)量濃度為26 g/L,1831用量為3000g/t,攪拌強(qiáng)度為750 r/min,攪拌時(shí)間為10 min)下做煤泥水疏水聚團(tuán)沉降試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 pH值對(duì)煤泥水疏水聚團(tuán)沉降的影響Fig.5 Effect of pH value on hydrophobic aggregation settlement of coal slurry water

由圖5可知,隨著礦漿pH值從4增加到12,煤泥水的沉降速度穩(wěn)步上升,上清液的透光率有所減小,煤泥顆粒表面Zeta電位絕對(duì)值呈增大的趨勢(shì)。由圖5(a),(b)可知,當(dāng)pH=8～10時(shí),初始沉降速度及上清液透光率都達(dá)到較高值,即煤泥水疏水聚團(tuán)沉降較好的pH條件為弱堿性,而這與通常煤泥水的弱堿性情況是一致的。

高嶺石和石英是煤泥水中主要的黏土礦物,對(duì)煤泥水的沉降有著顯著影響。研究表明,高嶺石是各向異性荷電體,硅氧四面體(T面)上由于Al/Si在晶格中的類質(zhì)同象置換而荷永久的負(fù)電荷,端面(E面)上的硅醇基、鋁醇基和鋁氧八面體(O面)上的強(qiáng)鋁醇基在溶液中的質(zhì)子化/去質(zhì)子化作用,使其荷可變電荷,當(dāng)pH＜5時(shí),因?yàn)橘|(zhì)子化作用荷正電,當(dāng)pH＞5時(shí),因?yàn)槿ベ|(zhì)子化作用荷負(fù)電[19-20]。石英是各向同性荷電體,荷電性與pH值密切相關(guān),由于其零電點(diǎn)較低,在試驗(yàn)pH值范圍荷負(fù)電。當(dāng)pH＜5時(shí),由于煤泥水中的高嶺石顆粒的E面和O面荷正電荷,此時(shí)煤泥顆粒的聚團(tuán)過(guò)程主要有兩個(gè)部分:①高嶺石顆粒由于T-O面及T-E面的相互吸引而發(fā)生自聚團(tuán)行為,以及高嶺石顆粒的E面、O面與石英顆粒及其他負(fù)電顆粒間的靜電吸引而形成聚團(tuán),隨著pH值的降低,由于E面和O面的正電荷量逐漸增加,顆粒間的聚團(tuán)能力逐漸增強(qiáng);②季銨鹽分子在負(fù)電顆粒表面的吸附,增強(qiáng)了顆粒表面疏水性,降低了顆粒表面電負(fù)性,促進(jìn)顆粒相互吸引形成疏水聚團(tuán),且pH值越低,顆粒表面電負(fù)性越低,顆粒聚團(tuán)效果越好。這時(shí)煤泥顆粒形成的聚團(tuán)大小隨著pH值的減小而增大,大聚團(tuán)在沉降時(shí)相互堆擠形成空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)捕細(xì)小的顆粒,提高了上清液透光率。當(dāng)pH≥5時(shí),高嶺石各個(gè)端面都是荷負(fù)電,此時(shí)煤泥顆粒的聚團(tuán)主要是季銨鹽分子的作用,隨著pH值的增加,煤泥顆粒表面電負(fù)性逐漸升高,顆粒表面電負(fù)性的升高有利于季銨鹽分子的吸附,在pH=5～8時(shí),顆粒間的疏水作用力大于靜電斥力,顆粒疏水聚團(tuán)效果較好;但當(dāng)pH＞8時(shí),顆粒表面電負(fù)性及溶液中OH-離子含量急劇升高,顆粒間的靜電斥力逐漸大于粒間的疏水作用力而占據(jù)主導(dǎo)位置,導(dǎo)致顆粒聚團(tuán)效果惡化,形成的聚團(tuán)也逐漸減小,小聚團(tuán)在沉降時(shí)避免了相互堆擠,提高了沉降速度,但由于沒(méi)有形成完整的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),故而降低了上清液的透光率。綜上所述,在弱堿性條件下,沉降速度和上清液透光率都達(dá)到較滿意的值,最適合煤泥水沉降;此外還可以看出,有動(dòng)能輸入的疏水聚團(tuán)沉降效果明顯優(yōu)于無(wú)動(dòng)能輸入。

3 結(jié) 論

(1)季銨鹽類表面活性劑能夠增強(qiáng)煤泥顆粒表面的疏水性,且季銨鹽烷基鏈長(zhǎng)度越長(zhǎng)、藥劑用量越大,煤泥顆粒越容易形成聚團(tuán),降低煤泥顆粒表面電負(fù)性的能力越強(qiáng),對(duì)顆粒表面疏水改性效果越好。

(2)季銨鹽類表面活性劑對(duì)煤泥水沉降的促進(jìn)作用,主要是通過(guò)對(duì)煤泥顆粒表面的疏水改性,弱化顆粒間的水化斥力,增強(qiáng)顆粒間的疏水吸引力;同時(shí)降低了煤泥顆粒表面的電負(fù)性,壓縮了顆粒表面雙電層,減小了顆粒間的靜電斥力,從而促進(jìn)顆粒聚團(tuán)沉降。

(3)礦漿濃度高、聚團(tuán)大會(huì)導(dǎo)致相互堆擠且結(jié)構(gòu)化而降低沉降速度,但會(huì)強(qiáng)化“網(wǎng)捕”作用而提高上清液透光率,合理的動(dòng)能輸入及弱堿性溶液化學(xué)環(huán)境有利于煤泥顆粒疏水聚團(tuán)沉降。當(dāng)煤泥水質(zhì)量濃度為26 g/L時(shí),其綜合最佳沉降條件為采用pH=8.6、1831用量3 000 g/t、攪拌強(qiáng)度750 r/min及攪拌時(shí)間10 min時(shí)煤泥水沉降效果較好,沉降速度達(dá)0.83 cm/min,透光率達(dá)78.6%。

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Study on hydrophobic aggregation settlement of high muddied coal slurry water

CHEN Jun,MIN Fan-fei,LIU Ling-yun,PENG Chen-liang,SUN Ying-lin,DU Jia

(School of Materials Science and Engineering,Anhui University of Science&Technology,Huainan 232001,China)

In order to develop new technology for coal slurry water aggregation settlement,the hydrophobic aggregation settlement of high muddied coal slurry water was studied using quaternary ammonium salt as surfactant,and the effect of dosage of medicament,energy input,pH value and other factors on hydrophobic aggregation settlement of high muddied coal slurry water were investigated.The results show that the quaternary ammonium salt can enhance the hydrophobicity of particle surface,reduce the particle surface electronegativity,and improve the property of slurry particle hydrophobic aggregation.The longer the alkyl chain and the higher reagent dosage with adding quaternary ammonium salt,the greater the effect of slurry particle hydrophobic aggregation.High pulp density slurry is advantageous to form hydrophobic aggregation of coal slurry particle.In addition,an appropriate energy input can significantly improve the effect of slurry particle hydrophobic aggregation.With the increase of pH value(pH=4-12),the settling velocity increases,while the light transmittance of supernatant fluid reduces slightly.The effect of hydrophobic aggregation settlement is sufficient when the pulp density is 26 g/L,pH=8.6,the dosage of medicament 1831 is 3 000 g/t,the stirring intensity is 750 r/min and the stirring time is 10 min,the settling velocity is 0.83 cm/min and the light transmittance is 78.6%.

coal slurry water;quaternary ammonium salt;hydrophobic aggregation settlement;energy input

TD94

A

0253-9993(2014)12-2507-06

2013-12-26 責(zé)任編輯:張曉寧

國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目(51174006);安徽省國(guó)際合作資助項(xiàng)目(1303063011);安徽省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(1106b0105063)

陳 軍(1990—),男,安徽青陽(yáng)人,博士研究生。E-mail:jchen412@126.com。通訊作者:閔凡飛(1969—),男,教授,博士生導(dǎo)師,博士。Tel:0554-6668885,E-mail:ffmin@aust.edu.cn

陳 軍,閔凡飛,劉令云,等.高泥化煤泥水的疏水聚團(tuán)沉降試驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(12):2507-2512.

10.13225/j.cnki.jccs.2013.1900

Chen Jun,Min Fanfei,Liu Lingyun,et al.Study on hydrophobic aggregation settlement of high muddied coal slurry water[J].Journal of China Coal Society,2014,39(12):2507-2512.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.1900