【摘 要】
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煤炭是我国重要的基础能源,但是煤炭的粗放型利用对环境造成了不利影响。而选煤是煤炭清洁利用的源头,其中湿法选煤会产生大量煤泥水,煤泥水中的黏土矿物易泥化,使得煤泥脱水困难。煤泥水中伊利石为2:1型黏土矿物,微细粒伊利石易泥化,形成的多个端面与煤泥水溶液作用复杂,严重影响煤泥脱水。本文主要研究微细粒伊利石对煤泥水过滤机制的影响,考察药剂制度、溶液环境等因素对含伊利石煤泥水脱水效果的影响,采用阳离子型助
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煤炭是我国重要的基础能源,但是煤炭的粗放型利用对环境造成了不利影响。而选煤是煤炭清洁利用的源头,其中湿法选煤会产生大量煤泥水,煤泥水中的黏土矿物易泥化,使得煤泥脱水困难。煤泥水中伊利石为2:1型黏土矿物,微细粒伊利石易泥化,形成的多个端面与煤泥水溶液作用复杂,严重影响煤泥脱水。本文主要研究微细粒伊利石对煤泥水过滤机制的影响,考察药剂制度、溶液环境等因素对含伊利石煤泥水脱水效果的影响,采用阳离子型助滤剂十八烷基三甲基氯化铵(1831)、阴离子型助滤剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和非离子型助滤剂聚丙烯酰胺(NPAM)进行过滤试验;并借助Materials Studio8.0软件,通过分子动力学(MD)模拟从微观角度研究微细伊利石表面大量水分子的聚集状态,通过密度泛函(DFT)模拟研究水分子在伊利石表面的吸附行为。得出以下结论:(1)通过对微细粒伊利石和煤的界面性质研究得出,微细粒伊利石以片层结构为主,且表面含有活性官能团,煤泥水中的伊利石颗粒之间存在较为强烈的电荷排斥作用,使伊利石在煤泥水中分散性很强。(2)通过对含伊利石煤泥水过滤试验研究得出,随伊利石质量分数的增加,煤泥水的过滤时间延长且滤饼水分增加,当伊利石质量分数超过8%后,煤泥水的过滤脱水效果急剧恶化;在药剂用量小于50 g/t时,1831作用对含伊利石煤泥水脱水速度的提升和滤饼水分的降低效果最好,NPAM次之,SDBS效果较差。(3)通过分子动力学模拟研究助滤剂对伊利石表面水化作用的影响得出,水分子在伊利石(001)面聚集效果:SDBS>NPAM>1831,SDBS作用下水分子在伊利石(001)面更易聚集形成水化膜。阳离子型助滤剂1831在伊利石(001)面的形变小,非极性碳链朝外;阴离子型助滤剂SDBS离开伊利石(001)面的初始位置,且结构发生扭曲;非离子型助滤剂NPAM吸附结构稳定,变形小,说明阴离子型助滤剂不适合作为伊利石(001)面的疏水改性药剂。(4)通过密度泛函模拟研究水分子在伊利石表面的吸附行为得出,(001)面的吸附能在0.34～0.46 eV,(010)面的吸附能在0.50～0.77 eV,说明伊利石(010)面对水分子的吸附性强于(001)面,其中Ⅰ(010)为最稳定构型,此构型中水分子一部分嵌入伊利石层间,水分子的O_W与伊利石层间的K~+之间产生一定程度的配位作用,水分子的一个氢原子与伊利石(010)面的氧原子形成氢键(H_W…O_I),吸附能为-0.77 eV。
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