煤表面细泥罩盖的尺度效应研究

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在煤炭的开采以及分选过程中产生的细泥矿物罩盖在煤表面,给细粒煤的分选增加很大的难度。减少煤表面的细泥罩盖是提高浮选精煤品质的重要途径,也是煤炭浮选领域的研究热点。本文主要通过研究脉石粒度以及煤表面粗糙度对细泥罩盖的影响规律,探究细泥罩盖的尺度效应,即随着尺度增大,细泥罩盖的机理由微观界面作用力转变为宏观作用力。首先,通过实时在线颗粒分析仪(PVM)观察脉石颗粒在煤表面的细泥罩盖情况,并通过图像处理进行定量分析,探究细泥罩盖的动力学特性。之后,计算煤炭与脉石颗粒之间的DLVO作用力和摩擦力、弹性斥力等宏观作用力,分析微观尺度变化对细泥罩盖机理的影响。最后,用高速动态摄影机观察气泡在煤表面的粘附过程,通过计算气泡在细泥罩盖前后煤表面的接触角以及接触时间,分析细泥罩盖对煤表面的粘附过程影响。研究结果表明,细泥罩盖程度随脉石粒度的增加而减小。当溶液的p H由3到7时,D50≤11.58μm的细粒石英的细泥罩盖程度降低,D50=14.66μm粗颗粒石英的细泥罩盖程度增加。随着煤表面粗糙度Ra从6.02μm减小到2.50μm,无烟煤、焦煤和长焰煤的细泥罩盖程度都呈现增加的趋势,不同变质程度煤的细泥罩盖程度差异可能是由于DLVO作用力的差异导致的。细泥罩盖程度随脉石粒度和煤表面粗糙度变化的整体规律是:石英粒度小于煤表面粗糙度时,细泥罩盖程度较大;脉石粒度大于等于煤粗糙度时,细泥罩盖程度降低。粒度增加导致细泥罩盖机理的改变。D50≤11.58μm的石英在煤表面的细泥罩盖主要受界面DLVO作用力的影响,当DLVO作用力为引力时,细泥罩盖程度较大;反之,细泥罩盖程度降低。随着石英粒度增大到D50=14.66μm,细泥罩盖不再由DLVO作用力控制,而是由于宏观摩擦力的作用。煤表面粗糙度的变化导致细泥罩盖机理发生改变,不再适用于传统的DLVO理论。随着粗糙度的增大,石英与煤表面的相对作用距离增加,范德华引力逐渐减弱,同时弹性斥力增强,导致细泥罩盖程度降低。煤表面的润湿模型更符合Wenzel模型,粗糙度的增加使煤表面的疏水性降低,从而使接触角降低,接触时间延长。细泥罩盖也会影响气泡在煤表面的粘附过程。细粒脉石在光滑煤表面的细泥罩盖程度最大,会显著降低煤的疏水性,使接触角显著降低,接触时间显著延长;而粗粒脉石在粗糙煤表面的细泥罩盖程度较小,对疏水性影响较小,因而接触角和接触时间与未添加脉石时相比变化不大。该论文共有图47幅,表10个,参考文献106篇。
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