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浮游选煤固体润湿性差别分析报告

12/11/07 浏览次数:

浮游选煤固体润湿性差别分析报告

不同固态物质的润湿性不同是由相关物质的成分和分子结构所决定的。
煤是一种由复杂的有机质和多种无机矿物质组成的具有一定热值的固体可燃物。煤中的有机质属于可燃体,无机质属于非可燃体。煤的主要成分是高分子有机化合物,另外还有少量的无机矿物质。
煤中的有机物质主要由碳、氢、氧,以及氮、硫和少量的磷等元素组成。其中,碳、氢、氧占有机质的95%以上。煤是由这些元素组成的高分子化合物的混合物,也可以说是成煤过程中各种化合物经缩合和聚合作用而生成的有机高分子化合物的混合物。
煤中有机质的主体是三维空间聚合物结构,主要是由芳香网格组成,其侧链在变质过程中分解成了含氧、硫、氮的官能团。各类煤的结构并不完全相同,但其结构单元基本一样,即由核心和外围两部分组成。其中,煤中有机质基本结构单元为煤核,是由多层平面网构成的。
由于煤的变质程度不同,面网间距也不同。煤的变质程度越深,碳网缩合程度越高,排列越紧密,面网平行度越高,面网间距断口越大。煤结构外围部分主要是含氧官能团,还有少量的含氮、含硫官能团和烷基侧链。随着煤的变质程度增加,煤中含氧官能团数量急剧减少。煤的分子结构决定了煤粒表面的极性程度。高分子结构中的大部分是缩合的芳香核及组成侧链的脂肪烃和脂肪环,其中的主要元素是碳和氢。碳原子之间的键,因碳原子间电负性差为零,故属于非极性共价键。碳、氢原子之间的电负性差很小,故碳氢键是极性很弱的极性共价键,通常把它看作非极性共价键。它们构成了煤粒表面的非极性区域。在一些杂环和含氧官能团中,碳、氢原子与氧原子之间的电负性差很大,因此它们之间是极性共价键。另外,在许多官能团中还有氢键存在。由于这些成分在高分子结构中所占的比例很少,所以只构成了煤粒表面的少数极性区域。
煤粒表面的极性有可能发生变化,原因有

①煤粒表面的有机物被氧化会引起含氧官能团数量增多;

②少量的矿物质在成煤过程中成为有机质的成分;

③煤岩成分中不可避免地浸染了极少量的微小矿物质;

④存在一部分有机质和矿物质的连生体;

⑤煤粒表面被极性的泥粒杂质污染;

⑥毛细孔中含有水分等

。由于上述原因,加上成煤原始物质和成煤条件不同,各种煤的成分不同,煤粒表面的粗糙程度不同等原因,因此使得煤粒表面的极性存在差异,极不均匀。综上所述,煤的性质及其与成分组成和结构的关系如下:

(1)煤的主体是芳香核,结构对称,化学性质不活泼,具有疏水性。因此,煤的表面主要呈现为疏水性。
(2)在芳香核上有各种侧链和含氧官能团,它们构成了煤的少部分极性表面,使煤的某些部位具有亲水性。
(3)面网间的断口是亲水的。
(4)煤的结构中混入一定数量的矿物杂质,多数矿物杂质具有一定的极性,使煤的部分表面具有亲水性。
(5)煤表面上的含氧官能团和矿物杂质虽然亲水,但有些极性表面也具有较好的化学活性,能与杂极性的浮选剂分子产生吸附,非极性基向外,使煤粒表面的极性区转化为非极性区,即亲水性区转化为疏水性区。
(6)煤的变质程度对煤的疏水性影响很大。
(7)煤易氧化,氧化使煤的极性区域增加,故疏水性变差。
浮选原煤中的矸石颗粒,包括外来矿物质和次生矿物质,它们是在煤的开采和洗选加工过程中因粉碎作用而产生的。
选煤术语中所说的矸石,实际上是不同粒度的岩石。矸石中常见的岩石主要是砂岩、粉砂岩、石灰岩、泥质岩和炭质岩等。在一种岩石里常见的主要成岩矿物有1~3种,有的达到5~6种。例如,砂岩的主要矿物成分是石英、长石和碳酸盐;泥质岩的主要成分是高岭土、胶岭石、蒙脱石和水云母等黏土矿物;石灰岩主要由方解石、白云石等碳酸盐矿物质组成;炭质岩中含有碳的有机质。因此,各种岩石的主要性质决定于主要成岩矿物质的特性。组成矸石的矿物质种类很多,像硅酸盐类矿物、碳酸盐类矿物、硫酸盐类矿物、硫化物等。它们的化学组分中主要元素是o,S,Si,A1,Fe,Ca,Mg,Na,K,另外还有Mn,Ti,B,Zn,Li,H,F等。根据这些元素可以知道,它们所组成的物质原子间是以相反电荷的吸引力或共有电子对联结在一起的。由于它们对电子的吸引力不同,而使电子偏向吸引能力强的一方(如氧、氟等),产生极性,所以常称为极性物质。在矸石表面上的荷电原子或原子团(酸根离子、络合离子)均未得到中和,因此形成极性很强的表面。所以,矸石颗粒表面主要呈现为亲水性。

另外除了润湿性差别原因分析之外,河南三兄重工推荐阅读:选煤:影响煤可浮选性的因素

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