创
新点
提出了选煤水化学的概念。煤泥水可称为选煤厂的“血液”，循环煤泥水系统则是选煤厂的“血液循环系统”，通过分析循环煤泥水系统的物质组成、无机盐类矿物的溶解、煤中无机硫的氧化、金属离子的水解与聚合、煤泥水的酸碱反应、黏土矿物对金属离子的吸附，全面解析了循环煤泥水系统的水化学性质。基于对水化学性质的系统性分析研究，旨在实现循环煤泥水系统的水化学性质精准调控，对指导煤泥浮选、煤泥水沉降甚至整个选煤生产过程具有重要意义。
作者
张志军1，孟 齐1，刘炯天2
单位
1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院；2.郑州大学河南资源与材料产业河南省协同创新中心
研究背景
我国选煤厂虽然实现了煤泥水的闭路循环,但只是强制性的循环利用,多数选煤厂还未实现煤泥水的清水循环。关于煤泥水沉降特性的相关实验研究5]已较为成熟,但是理论层面的分析不够全面,且缺乏系统性的总结。煤泥水相当于选煤厂的“血液”,煤质和水质都会影响煤泥水的物质组成,导致物质本身及相互反应后所形成的煤泥水化学性质存在差异,进而影响煤泥浮选、煤泥水沉降和压滤等环节的处理效果。
当煤中无机盐类矿物较多时,悬浮液中的Ca2+,Mg2+,Al3+等金属离子的质量分数相对较高,此时煤泥水的沉降效果得到改善。煤中的无机硫在煤泥水中发生氧化还原反应,生成H2SO4使煤泥水的pH降低,对煤泥水的水化学性质产生一系列影响,使煤和不同黏土矿物颗粒的表面性质产生改变,基于DLVO理论计算得出pH对颗粒间的相互作用能影响显著。由此可知,循环煤泥水系统中所发生的反应存在密切的关联性。目前,学者侧重于煤中黏土矿物对金属离子的吸附研究,由于黏土颗粒吸附金属离子前后的表面性质变化会影响颗粒间的相互作用力,改变颗粒的分散凝聚状态,对煤泥浮选和煤泥水处理产生重要影响。多数研究仅是在配制的悬浮液中进行,溶液环境较为理想,与实际情况存在一定偏差。
摘要
煤泥水可称为选煤厂的“血液”,循环煤泥水系统则是选煤厂的“血液循环系统”。为深入了解选煤厂的循环煤泥水系统,提出了选煤水化学的概念,并通过介绍循环煤泥水系统的物质组成、无机盐类矿物的溶解、煤中无机硫的氧化、金属离子的水解与聚合、煤泥水的酸碱反应、黏土矿物对金属离子的吸附,全面解析了循环煤泥水系统的水化学性质。
煤中矿物组成是影响水化学性质的关键因素,循环煤泥水系统中的一系列化学反应使煤泥水的水化学性质发生变化,包括离子组成与含量、煤泥水的酸碱体系、离子的存在形式。黏土矿物对金属离子的吸附对水化学性质有重要影响,金属阳离子在黏土矿物上的吸附形式包括静电吸附、羟基络合吸附、沉淀吸附,并从理论角度分析金属离子在黏土矿物上的吸附形态,同时其吸附过程也受pH的影响,最终使煤泥水中高价金属离子含量减少。
通过反应原理、影响因素和实验模拟分别对各个反应过程进行分析,总结了多种反应之间的关联性,得出以上多个因素之间是相互影响、相互制约的,共同决定了循环煤泥水系统的水化学性质。循环煤泥水系统的水化学性质研究是实现高效选煤的基础,得出不同煤样和水质环境条件下的水化学性质变化规律,实现水化学性质的精准调控,可以有效改善煤泥浮选和煤泥水沉降效果。
部分图片
循环煤泥水系统的水化学性质关联图
3种煤的XRD分析
3种无机盐类矿物在水中的溶解性能
钙、镁、铁、铝离子水解组分物质的量浓度对数
高岭石晶体结构
K+单齿、Mg2+单齿和Mg2+双齿在高岭石()面的吸附构型
作者简介
张志军，男，年8月生，河北邯郸人，中国矿业大学（北京）矿物加工工程系副教授，博士生导师，年入选北京市科技新星计划，担任《InternationalJournalofMiningScienceandTechnology》、《煤炭科学技术》、《洁净煤技术》期刊青年编委。主持“”计划子课题、国家自然科学基金、北京市自然科学基金等纵向项目6项，主持完成企业合作课题5项。发表论文60余篇，其中以第一作者发表SCI论文22篇、EI论文13篇；授权发明专利6项；出版专著2部；获省部级奖励4项。
研究方向
煤泥水处理、煤炭洗选加工、油页岩分选
主要成果
在选煤厂煤泥水处理方面，揭示了煤泥水体系的溶液化学和胶体化学特征，建立了基于原生硬度的煤泥水沉降特性的评价方法，形成了水质调控的煤泥水绿色处理技术。在颗粒与气泡相互作用研究方面，研制了三套测试系统，实现了颗粒与气泡粘附的诱导时间、颗粒与气泡的作用力大小、气泡液膜厚度的测定。在油页岩分选方面，提出了油页岩的高密度重介质分选方法，实现了油页岩的分选富集再利用。
来源：
张志军,孟齐,刘炯天.选煤水化学———循环煤泥水系统的水化学性质[J].煤炭学报,,46(2):-.
ZHANGZhijun,MENGQi,LIUJiongtian.Waterchemistryincoalpreparation:Waterchemistrypropertiesofcirculatingcoalslimewatersystem[J].JournalofChinaCoalSociety,,46(2):-.
责任编辑：黄小雨
编辑整理：郭晓炜
审核：常琛
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