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创新点
（1）基于量子化学/分子动力学，从原子/分子层面揭示了煤泥颗粒界面疏水调控药剂与分子竞争吸附作用机制。
（2）理论计算与试验验证相结合，提出了通过弱化煤泥颗粒表面水化膜促进煤泥高效脱水新方法。
作 者
闵凡飞1,2,任 豹2,陈 军1,2,刘春福2,彭陈亮3
作者单位
1. 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室；2. 安徽理工大学 材料科学与工程学院；3. 江西理工大学 工程研究中心
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研究背景
高泥化煤泥水难以沉降、脱水,由此造成洗水质量恶化、分选精度下降和精煤受污染、煤泥压(过)滤脱水效率低、煤泥滤饼水分高、煤泥利用价值低等问题,高泥化煤泥水的高效沉降、脱水是困扰选煤行业的一个技术难题。基于弱化煤泥颗粒表面水化膜促进煤泥脱水是一种新的煤泥水脱水技术思路。
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摘 要
煤泥颗粒表面水化是煤泥脱水困难的重要因素之一,通过弱化煤泥颗粒表面水化膜促进煤泥高效脱水是一种新的技术方法。
为掌握基于弱化水化膜促进煤泥脱水机理,采用密度泛函理论方法模拟了不同长链烷基季铵阳离子(表面活性剂)在煤泥水主要矿物颗粒表面的吸附,通过对吸附构型、Mulliken 键布局及电荷的分析,研究了水及药剂在高岭石(001)面、α-石英(001)面和蒙脱石(001)面的吸附机理。 通过开展煤泥脱水试验和接触角测试,探讨长链烷基季铵盐药剂对煤泥水分和表面润湿性的影响规律。
结果表明,水分子在不同种类矿物(001)面的吸附稳定性顺序为石英>高岭石>蒙脱石,石英对煤泥脱水影响大于高岭石和蒙脱石;长链烷基季铵盐药剂在矿物表面的吸附稳定性明显高于水分子,说明药剂与水分子的竞争吸附作用顺序是蒙脱石>石英>高岭石;长链烷基季铵盐与几种矿物(001)表面吸附均是以静电引力为主,弱氢键为辅。
随着长链烷基季铵盐药剂用量的增加,煤泥滤饼水分先减少后增加,当药剂用量为500 g/ t 效果最好,水分降低2.25%以上;随着药剂用量和链长的增加煤泥表面疏水性显著增加。控制药剂用量是实现高效煤泥脱水的技术关键,添加适量的表面活性剂有利于弱化矿物表面的水化膜,过量长链烷基季铵盐阻碍煤泥脱水。
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文中图片
矿物颗粒表面水化膜模型
蒙脱石(001)面z方向上Ow原子浓度分布曲线
不同矿物(001)面结构模型
不同碳链长度季铵阳离子稳定构型
不同季铵阳离子在高岭石(001)面吸附稳定构型
不同季铵阳离子在蒙脱石(001)面吸附稳定构型
不同季铵阳离子在α-石英(001)面吸附稳定构型
长链烷基季铵阳离子在高岭石(001)面吸附的差分电子密度
添加不同矿物颗粒的滤饼水分
药剂用量对滤饼水分的影响
pH=8.6时季铵盐药剂种类和药剂用量对煤泥颗粒表面接触角的影响
作者简介
闵凡飞（1969.09-），1969年9月出生，博士，教授，博士生导师。1993毕业淮南矿业学院选矿工程专业，2005年获中国矿业大学矿物加工工程专业博士学位，2008年-2009年在美国美国西肯塔基大学访学。现为安徽理工大学材料学院院长，国家“百千万人才工程”国家级人选、国家有突出贡献的中青年专家、安徽省学术和技术带头人、安徽省首届创新争先奖获得者、享受安徽省政府特殊津贴，中国煤炭工业技术委员会委员，中国颗粒学会颗粒制备与处理委员会委员等。
主要从事微细矿物及材料界面调控与分选、洁净煤技术及生物质能源转化与利用等方向的理论及技术研究，在高泥化煤泥水特性及治理技术、微细颗粒疏水聚团分选、沉降、生物质能源转化等方面有丰富研究经验。先后主持承担包括国家自然科学基金、教育部留学回国基金、安徽科技计划、安徽省自然科学基金、安徽省教育厅自然科学重点项目等在内的各类科研项目20多项。获省部级奖励6项，发表相关论文140余篇，其中被SCI/EI收录80余篇；出版专著及教材4部。授权发明专利6项。
来源：
闵凡飞,任豹,陈军,等. 基于水化膜弱化促进煤泥脱水机理及试验研究[J]. 煤炭学报,2020,45(1):368-376.
MIN Fanfei,REN Bao,CHEN Jun,et al. Mechanism and experimental study on promoting coal slime dewatering based on weakening of hydration layer[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(1):368-376.
责任编辑：常明然编辑整理：郭晓炜
审 核：常琛
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