本发明属于煤炭洗选加工
技术领域：
，特别涉及一种低阶煤泥表面改性方法，从而提高其疏水性及可浮性。
背景技术：
：低阶煤主要包括褐煤、不黏煤、弱黏煤和长焰煤，在中国煤炭资源总体分布中，低阶煤储量约占保有资源储量的50％，其主要分布在我国西北部、北部，少量分布在西南、中部及东北部。低阶煤因其表面孔隙发达、含氧官能团丰富，呈现出极差的疏水性和可浮性，采用常规浮选药剂及工艺难以实现其煤泥的高效回收，导致大量低阶煤泥成为固体废弃物。现如今，中国西北部地区废弃煤泥的大量堆积不仅浪费了煤炭资源，还造成生态环境的破坏。因此，低阶煤泥难以浮选的困境急需解决。煤泥浮选是回收低阶煤细粒煤泥的一种高效、经济的重要方法，对低阶煤泥进行浮选可以除去低阶煤中的无机杂质，提高低阶煤的品质，使其便于存储，提高运输效率和燃烧中的热效率，减少燃烧过程中污染物的排放，并且对于低阶煤后续利用环节如气化、液化、制备水煤浆等利用过程都十分有利，因此，采用合理的方法对低阶煤进行高效浮选对于低阶煤的清洁高效利用具有重要意义。在低阶煤的浮选中，国内外研究者试图通过促进剂、表面活性剂及其混掺的方式，来提高低阶煤的疏水性及可浮性。这些药剂主要包括含氧基团捕收剂、长链胺和脂肪胺类、共聚物、离子和非离子型表面活性剂及油类捕收剂和表面活性剂的联合等。vamvuka等研究了4种表面活性剂对褐煤浮选效果的影响，结果表明：用煤油和阳离子表面活性剂混合药剂时，浮选效果较好；非离子型效果最差，阴离子型的居于两者之间。jia等对含氧基团的捕收剂（thf系列）的浮选试验表明，其浮选效果强于十二烷。gui等研究了α-呋喃丙烯酸捕收剂对氧化煤的浮选，测试了α—呋喃丙烯酸在氧化煤表面吸附前后其表面电位和基团的变化，发现浮选精煤产率比十二烷捕收剂有了大幅度提高，认为是α-呋喃丙烯酸与氧化煤之间氢键作用所致。然而，上述研究仅在实验室研究中显示了较好的效果。由于工业上煤浮选过程中水溶液化学环境复杂多变，且药剂消耗量过大，目前仍未发现有效的低阶煤浮选解决方案。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种低阶煤泥表面改性提高其疏水性及可浮性的方法以及由该方法获得的煤泥。根据本发明的一个方面，提供一种低阶煤泥表面改性提供其疏水性及可浮性的方法，包括以下步骤：（1）将低阶煤泥置入真空干燥箱中，在105～110℃的真空条件下干燥以脱除其内在水分；（2）将步骤（1）所形成的干燥煤泥均匀铺展在真空室底部，将固态蜡放入真空室内的加热板上；（3）在绝对压力0.1-5kpa的条件下，将加热板加热至100～180℃，使得固态蜡气化；（4）固态蜡完全气化后，停止加热，使固态蜡蒸气在低阶煤表面进行物理气相沉积，得到改性之后的煤泥。进一步地，所述步骤（1）中所述低阶煤泥是低阶煤破碎、研磨、筛分后所得到的粒度为0.001～0.5mm的煤泥。进一步地，所述步骤（2）中所述固态蜡与煤样的质量比为（0.05～0.5）:100。进一步地，步骤（2）中所述固态蜡为以碳原子在18个或18个以上的单一直链烷烃或者混合直链烷烃（c18h38~c50h102）为主要成分，在25℃、101kpa条件下为固体状态的蜡。进一步地，所述的固态蜡选自正二十烷、正三十烷、半精炼或精炼石蜡、微晶蜡、切片石蜡、氧化聚乙烯蜡等中的任意一种。根据本发明的另一方面，提供一种由以上所述的方法获得的改性后的煤泥。根据本发明的另一方面，提供一种用于上述方法的物理气相沉积装置，其包括真空室、真空泵、真空表、加热板和温度控制器；真空泵和真空表连接于真空室外部，真空室、真空泵提供物理气相沉积所需要的减压场所及环境，真空表用来监控物理气相沉积过程中的压力；加热板设置在真空室内部并与真空室外部的温度控制器相连，加热板高于真空室底部，所述加热板用于对固态蜡进行加热气化，温度控制器控制气化时的温度。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：（1）本发明突破单纯通过改变低阶煤的表面化学结构强化其疏水性的传统思路，将固态蜡气相沉积在低阶煤表面，通过形成微细纳米级别的疏水结构来改善低阶煤的疏水性及可浮性。通过这种方法可以使低阶煤泥表面的疏水性及可浮性得到大幅度的提高，浮选产率提高显著，经济效益显著。（2）本发明利用固态蜡物理气相沉积的方法，工艺简单，改性过程易于实现，通过减压加热固态蜡使之气化一步就可完成，且气化温度较低，有效保证了气相沉积过程较容易地完成。气相沉积所使用的固态蜡价格低廉，且疏水性较好，所形成的仅为纳米尺度的表面疏水结构，用量少。附图说明图1是发明提供的物理气相沉积装置的结构示意图。图中，1-真空室，2-真空泵，3-真空表，4-加热板，5-温度控制器，6-煤样，7-固态蜡。具体实施方式本发明典型的实施方式提供一种低阶煤泥表面改性提供其疏水性及可浮性的方法，包括以下步骤：（1）将低阶煤泥置入真空干燥箱中，在105～110℃的真空条件下干燥以脱除其内在水分，通常真空干燥2-5h。优选地，所述低阶煤泥是低阶煤破碎、研磨、筛分后所得到的粒度为0.001～0.5mm的煤泥。（2）将步骤（1）所形成的干燥煤泥均匀铺展在真空室底部，将固态蜡放入真空室内的加热板上。所述固态蜡与煤样的质量比为（0.05～0.5）:100。在此比例范围内能有效的改善煤泥表面疏水性及可浮性，小于此范围则改善效果不明显；大于此范围后效果提升不明显，造成固态蜡的浪费。所述固态蜡以碳原子在18个或18个以上的单一直链烷烃（如正二十烷、正三十烷等）或者混合直链烷烃（c18h38~c50h102）为主要成分，在25℃、101kpa条件下为固体状态的蜡。作为优选，所述的固态蜡，为正二十烷、正三十烷、半精炼或精炼石蜡、微晶蜡、切片石蜡、氧化聚乙烯蜡等中的任意一种。（3）在绝对压力0.1-5kpa的条件下，将加热板加热至100～180℃，使得固态蜡气化；（4）固态蜡完全气化后，停止加热，使固态蜡蒸气在低阶煤表面进行物理气相沉积，得到改性之后的煤泥。优选地，0.5～24h可完成固态蜡在低阶煤泥表面的物理气相沉积，得到改性之后的煤泥。本发明的总体构思是将低阶煤泥置入真空干燥箱脱除其内在水分，然后将煤泥均匀铺展在真空室底部，将固态蜡放入真空室内加热板上进行减压加热气化，使固态蜡蒸气在低阶煤表面进行气相沉积，制得表面改性后的煤样。通过减压蒸发，使固态蜡气化，在低阶煤泥表面进行气相沉积。通过烷烃分子的自组装，在低阶煤泥表面形成微观固态蜡质结晶，增加煤表面的微观粗糙度和疏水化学结构的含量，从而改善低阶煤表面的疏水性及可浮性。实施本发明所述的方法，涉及到一种物理气相沉积装置，其包括真空室1、真空泵2、真空表3、加热板4和温度控制器5；真空泵2和真空表3连接于真空室1外部，真空室1、真空泵2提供物理气相沉积所需要的减压场所及环境，真空表3用来监控物理气相沉积过程中的压力；加热板4设置在真空室1内部并与真空室1外部的温度控制器5相连，加热板4高于真空室1底部，所述加热板4用于对固态蜡进行加热气化，温度控制器5控制气化时的温度。下面通过一些实施例对本发明要求保护的技术方案及其技术效果做进一步说明。所用煤样分别为内蒙古麻黄梁不黏煤（灰分22.51wt%、水分5.48wt%、挥发分26.81wt%、固定碳45.20wt%）、山西朔州长焰煤（灰分26.47wt%、水分6.38wt%、挥发分24.87wt%、固定碳42.28wt%）、陕西旬邑不黏煤（灰分30.73wt%、水分7.18wt%、挥发分22.46wt%、固定碳39.63wt%），但本发明并不局限于此。实施例1本实施例以内蒙古麻黄梁不黏煤作为煤样，对该低阶煤泥表面改性的方法，按照下列步骤进行：第一步，将低阶煤破碎、研磨、筛分，选取粒度为0.001～0.5mm的低阶煤泥150g放入真空干燥箱中，在110℃的真空条件下干燥2h，脱除其内在水分。第二步，取第一步中所制得的干燥煤泥100g均匀的铺在如图1所示的气相沉积装置中真空室1的底部，将0.3g正二十烷放在加热板4上。第三步，在真空室1绝对压力3kpa的条件下将加热板加热至100℃，使得正二十烷完全气化；第四步，正二十烷完全气化后，停止加热，使正二十烷蒸气在低阶煤表面进行物理气相沉积，3h后固态蜡在低阶煤泥表面的物理气相沉积完成，得到改性后的煤泥。对改性前后的煤样进行了接触角的测量，用来表征煤样疏水性的变化。结果如表1所示。在使用煤油为捕收剂，捕收剂用量为1kg/t，，甲基异丁基甲醇作为起泡剂，起泡剂用量70g/t、入料浓度66.67g/l、搅拌时间1min，一次浮选的条件下。对比了实施例1制得的改性煤与原煤的浮选效果。表1为实施例1改性煤与原煤的接触角与浮选结果煤样接触角/°精煤产率/%精煤灰分/%尾煤产率/%尾煤灰分/%原煤22.6230.487.5669.5229.06改性煤98.4477.488.6822.5270.09表1所示表明，改性前后煤样接触角提高了75.82°，说明低阶煤煤样的疏水性得到了较大的改善。改性煤的精煤产率达到了77.48%，明显优于原煤的精煤产率30.48％，而精煤灰分为8.68wt%，仅有轻微上升。因而本实施例可以证明本发明所公布的低阶煤泥表面改性方法能够显著提高低阶煤泥的疏水性及浮选效果。实施例2本实施例以山西朔州长焰煤作为煤样，对该低阶煤泥表面改性的方法，按照下列步骤进行：第一步，将低阶煤破碎、研磨、筛分，选取粒度为0.001～0.5mm的低阶煤泥150g放入真空干燥箱中，在110℃的真空条件下干燥2.5h，脱除其内在水分。第二步，取第一步中所制得的干燥煤泥100g均匀的铺在如图1所示的自制气相沉积装置中真空室的底部，将0.4g正三十烷放在加热板上。第三步，在真空室绝对压力5kpa的条件下将加热板加热至150℃，使得正三十烷完全气化；第四步，正三十烷完全气化后，停止加热，使正三十烷蒸气在低阶煤表面进行物理气相沉积，6h后固态蜡在低阶煤泥表面的物理气相沉积完成，得到改性后的煤泥。对改性前后的煤样进行了接触角的测量，用来表征煤样疏水性的变化。结果如表2所示。在使用煤油为捕收剂，捕收剂用量为1kg/t，，甲基异丁基甲醇作为起泡剂，起泡剂用量70g/t、入料浓度66.67g/l、搅拌时间1min，一次浮选的条件下。对比了实施例1制得的改性煤与原煤的浮选效果。表2为实施例2改性煤与原煤的接触角与浮选结果煤样接触角/°精煤产率/%精煤灰分/%尾煤产率/%尾煤灰分/%原煤19.6224.898.0475.1132.58改性煤94.6779.529.5320.4892.24表2所示表明，改性前后煤样接触角提高了75.05°，说明低阶煤煤样的疏水性得到了较大的改善。改性煤的精煤产率达到了79.52%，明显优于原煤的精煤产率24.89％，而改性煤的精煤灰分为9.53wt%，仅有轻微上升。因而本实施例可以证明本发明所公布的低阶煤泥表面改性方法能够显著提高低阶煤泥的疏水性及浮选效果。实施例3本实施例以陕西旬邑不黏煤作为煤样，对该低阶煤泥表面改性的方法，按照下列步骤进行：第一步，将低阶煤破碎、研磨、筛分，选取粒度为0.001～0.5mm的低阶煤泥150g放入真空干燥箱中，在105℃的真空条件下干燥3h，脱除其内在水分。第二步，取第一步中所制得的干燥煤泥100g均匀的铺在如图1所示的自制气相沉积装置中真空室的底部，将0.5g切片石蜡放在加热板上。第三步，在真空室绝对压力1kpa的条件下将加热板加热至130℃，使得切片石蜡完全气化；第四步，切片石蜡完全气化后，停止加热，使切片石蜡蒸气在低阶煤表面进行物理气相沉积，5h后固态蜡在低阶煤泥表面的物理气相沉积完成，得到改性后的煤泥。对改性前后的煤样进行了接触角的测量，用来表征煤样疏水性的改变。结果如表3所示。在使用煤油为捕收剂，捕收剂用量为1kg/t，，甲基异丁基甲醇作为起泡剂，起泡剂用量70g/t、入料浓度66.67g/l、搅拌时间1min，一次浮选的条件下。对比了实施例1制得的改性煤与原煤的浮选效果。表3为实施例3改性煤与原煤的接触角与浮选结果煤样接触角/°精煤产率/%精煤灰分/%尾煤产率/%尾煤灰分/%原煤18.4922.439.8677.5736.76改性煤90.4676.1511.3723.8592.54表3所示表明，改性前后煤样接触角提高了71.97°，说明低阶煤煤样的疏水性得到了较大的改善。改性煤的精煤产率达到了76.15%，明显优于原煤的精煤产率22.43％，而精煤灰分为11.37wt%，仅有轻微上升。因而本实施例可以证明本发明所公布的低阶煤泥表面改性方法能够显著提高低阶煤泥的疏水性及浮选效果。实施例4与实施例1的区别在于：采用的固态蜡为氧化聚乙烯蜡，且在第三步中，将加热板加热至180℃使得氧化聚乙烯蜡完全气化。实施例5与实施例3是的区别在于：第二步中，将0.05g切片石蜡放在加热板上。实施例6与实施例1的区别在于：采用的固态蜡为微晶蜡，且在第三布中，真空室1绝对压力0.1kpa的条件下将加热板加热至100℃，使得微晶蜡完全气化。实施例7与实施例1的区别在于：采用的固态蜡为半精炼石蜡。实施例8与实施例2的区别在于：采用的固态蜡为精炼石蜡。当前第1页1 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技术特征：1.一种低阶煤泥表面改性提供其疏水性及可浮性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将低阶煤泥置入真空干燥箱中，在105～110℃的真空条件下干燥以脱除其内在水分；
（2）将步骤（1）所形成的干燥煤泥均匀铺展在真空室底部，将固态蜡放入真空室内的加热板上；
（3）在绝对压力0.1-5kpa的条件下，将加热板加热至100～180℃，使得固态蜡气化；
（4）固态蜡完全气化后，停止加热，使固态蜡蒸气在低阶煤表面进行物理气相沉积，得到改性之后的煤泥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述低阶煤泥是低阶煤破碎、研磨、筛分后所得到的粒度0.001～0.5mm的煤泥。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中所述固态蜡与煤样的质量比为（0.05～0.5）:100。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中所述固态蜡为以碳原子在18个或18个以上的单一直链烷烃或者混合直链烷烃（c18h38~c50h102）为主要成分，在25℃、101kpa条件下为固体状态的蜡。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的固态蜡选自正二十烷、正三十烷、半精炼或精炼石蜡、微晶蜡、切片石蜡、氧化聚乙烯蜡等中的任意一种。
6.一种由权利要求1-5中任意一项方法获得的改性后的煤泥。
7.一种用于权利要求1-5中任意一项方法的物理气相沉积装置，其特征在于：包括真空室、真空泵、真空表、加热板和温度控制器；
真空泵和真空表连接于真空室外部，真空室、真空泵提供物理气相沉积所需要的减压场所及环境，真空表用来监控物理气相沉积过程中的压力；
加热板设置在真空室内部并与真空室外部的温度控制器相连，加热板高于真空室底部，所述加热板用于对固态蜡进行加热气化，温度控制器控制气化时的温度。
技术总结本发明涉及一种低阶煤泥表面改性提高其疏水性及可浮性的方法，所述方法是将低阶煤泥置入真空干燥箱脱除其内在水分，然后将煤泥均匀铺展在真空室底部，将固态蜡放入真空室内加热板上进行减压加热气化，使固态蜡蒸气在低阶煤表面进行气相沉积，制得表面改性后的煤样。本发明将固态蜡气相沉积在低阶煤表面，通过形成微细纳米级别的疏水结构来改善低阶煤的疏水性及可浮性，改性剂价格低廉，工艺简单，改性过程易于实现的特点，改性后的煤样疏水性及可浮性得到了大幅度的提高，浮选产率提高显著，经济效益显著。
技术研发人员：张志强;张海稳;李仲文;邬丛珊;陈曦;卢怡帆
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2020.03.10
技术公布日：2020.06.05
