超细煤粉的颗粒分布分形与球磨工艺关系研究

在行星磨上完成不同煤的超细粉碎，利用激光粒度仪测量粉体粒度分布，基于分形理论，计算了不同工艺条件下的煤粉体的颗粒分布分形维数。结果表明，粒度分布分形维数可作为评价粉体颗粒均匀性的一项指标。     

煤粉碎粒度分布的分形模型

从自相似分形几何原理出发,建立了煤粉碎粒度分布的分形模型,得到了煤粉碎的分形粒度分布公式。结果表明:煤粉碎的粒度分布维数取决于煤粒的粉碎概率和粉碎相似比,影响煤粉碎粒度分布的因素有煤粉碎的粒度分布维数和煤粉碎后煤粒的最大粒径,煤粉碎的粒度分布维数反映了煤粉碎后煤粉颗粒群粒级的粗细程度。通过分形粒度分布与实际粒度分布的比较,验证了本模型的正确性,可用于指导工程实际。     

煤粉颗粒粒度分形分析

采用英国Malvem公司的MAM5004型激光粒度分析仪测定了合山、晋城各4种不同粒径煤样的粒度分布．采用美国LECO公司的MAC-500型工业分析仪分别测得各煤样的固定碳及挥发分含量．根据实验数据研究了煤粉颗粒的分形特征及其煤粉粒度分布分形维数与其固定碳及挥发分含量的关系，提出了基于考虑能量、环境、安全的煤粉燃烧锅炉的煤粉经济细度新概念．煤粉的分形维数可以反映煤粉的物理结构特性，并提供反映煤粉燃烧特性与炉内的燃烧状况的信息．煤粉颗粒的分形维数愈大，细度愈小，愈均匀，煤粉燃烧性能愈好，超细化煤粉燃烧技术是一种极具潜力的煤粉洁净高效燃烧新技术．     

分形在煤粉燃烧中的研究进展

分析比较了近年来测定煤粉分形维数的方法及研究进展,详细讨论了计算煤粉分形维数常用的4种表面测试技术、适用条件及对应的计算方法.结果表明,用不同测试方法获得的数据计算得到的结果并不完全一致.比较发现：表面分形维数与测试方法间存在很大的相关性,只有选择正确的测试方法,才能将煤的表面特性与煤的燃烧过程有机并准确地结合,从而获得突破性成果.煤粉燃烧的分形结果表明：煤燃烧过程是一个表面分维增加的过程,说明煤的燃烧是在一个立体的网络结构内外同时反应,因此煤燃烧反应动力学应当考虑煤粉表面分形结构的特征.     

操作参数对立式辊磨机产品粒度分布特性的影响

利用实验室立式辊磨机对3种不同粒度级配的矿渣试样进行了粉碎试验,基于分形理论研究了粉碎后颗粒粒度分布的分形行为,结果表明,3种不同级配矿渣试样粉碎后的粒度分布具有自相似和分形特征。考察了不同操作参数(液压缸压力、电机转速和含水率)对矿渣粒度分布和分形维数的影响,结果表明,随着液压缸压力增加、电机转速降低,各矿渣试样粒度分布趋于分散分布,分形维数逐渐增大,最终趋向定值。在低压力和高转速下,初始颗粒级配对分形维数影响显著;含水率1%时粉碎效果较好,随着含水率增加,分形维数迅速降低。在实际生产中,分形维数可以粗略评价立式辊磨机的粉碎性能。     

煤粉的分形特征及其对水煤浆级配的影响

为进一步研究分形理论与煤粉粒度级配的相关性,运用分形理论分析了张家峁煤矿水煤浆厂不同粒度煤粉的粒径分布特性,利用激光粒度分析仪测试不同中位径煤粉的粒径分布曲线,通过作图计算发现lnyV(r)-lnr有很好的线性关系,呈现分形特征,分形维数在2.3以下。对水煤浆级配的两种经典模型Alfred模型、Rosin-Rammler模型进行分形分析,分形维数在2.5以上。将中位径为6μm的煤粉样品分别与中位径29μm和90μm的煤粉等比例级配,其结果分形维数也都在2.5以上,高于未级配煤粉分形维数,因此分形维数是级配的特征参数。级配过程提高了煤粉的分形维数,通过测定煤粉的分形维数可评判级配的好坏,以及粒度分布是否接近理论模型。     

煤与矸石分形维数的差异研究

为实现煤矸自动识别及快速分选,利用煤与矸石的纹理特征与轮廓表面灰度级别等差异较大的特点,对于二者的单一颜色灰度图像,采取平滑滤波、降噪等方法处理,应用差分盒维法求得二者灰度图像分形维数,以区分煤与矸石图像表面纹理粗糙度。试验结果表明,煤和矸石的分形维数有明显的不同,煤的分形维数要大于矸石,以数值2.450 0为分界点,煤的分形维数在分界点之上,矸石的分形维数在分界点之下。根据这一差异可有望实现煤矸的自动识别,为实现一种全新的煤矸分选系统奠定理论基础。     

构造煤孔隙结构多尺度分形表征及影响因素研究

构造煤的孔隙结构具有非均质性、自相似性及标度不变性等分形特征,难以用传统的欧式几何方法对其孔隙特征进行定量描述。为了研究构造煤不同尺度孔隙结构的分形特征及表征方法,采用低温CO_2吸附法、低温N_2吸附法和压汞法等分别测试了4种试验煤样(原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤)的微孔、介孔及大孔孔隙结构,分析了构造煤中不同尺度孔隙的分形特征,探讨了构造煤孔隙结构多尺度分形特征综合表征方法,运用灰色关联方法研究了构造煤孔隙分形维数的影响因素。研究结果表明:基于CO_2吸附数据的微孔填充模型、基于N_2吸附数据的FHH模型和基于压汞数据的热力学模型分别能够对构造煤微孔、介孔和大孔孔隙的分形特征进行有效表征,不同尺度孔隙的分形维数随构造煤类型变化的规律不同,其中微孔分形维数及介孔中2～6 nm孔径段的分形维数随构造煤的破坏程度增大而增高,其余尺度孔隙的分形维数变化则没有明显规律。以阶段孔容比例为权重,对构造煤不同尺度的孔隙分形维数进行加权计算,即得构造煤多尺度综合分形维数,其能够反映不同尺度孔隙的分形特征,表现为多尺度综合分形维数随构造煤变形程度的增强而增大。根据灰色关联度排序,中值孔径、微孔孔容、总比表面积、微孔比表面积等因素对分形维数的影响最大,最可几孔径、总孔容、介孔比表面积、微孔比表面积比例等因素次之,灰分、挥发分、介孔孔容、介孔比表面积比例等因素对分形维数的影响相对较小。     

基于压汞法的煤基质压缩对孔隙分形特征的影响

基于分形拓扑理论提出了一种新的煤孔隙分形维数测定方法,并对比分析了当前各种孔隙分形维数计算方法的异同点,进而基于压汞试验和液氮吸附试验,研究了7个煤样基质压缩效应对孔隙结构分形特征的影响。试验结果表明,由分形拓扑的尺度不变定义推导的孔隙分形维数计算方法具有真实可靠性;煤基质压缩效应在压力大于10 MPa时影响显著,不可忽略,大于120 MPa时,不再适用;煤基质压缩校正前各方法对应的分形曲线多表现为分段特征,而校正后分形曲线则表现为整体的线性特征,且校正后的分形维数小于校正前的分形维数,表明煤的基质压缩效应会增加孔隙结构的复杂程度,从而影响真实孔隙结构的分形特征。     

比德-三塘盆地煤储层不同尺度孔隙分形特征研究

为利用煤储层孔隙结构的分形维数来定量描述其复杂程度,基于压汞试验,对黔西比德-三塘盆地主采煤层10个煤样进行了分形特征研究,并阐明了分形维数与煤储层物性之间的关系。结果表明:煤储层的分形可分为煤基质颗粒间大孔隙分形、煤基质颗粒中过渡孔隙分形和煤基质颗粒中微、小孔隙分形;大孔和过渡孔分形维数较高,小孔和微孔分形维数较低,3种孔隙结构的复杂程度依次为过渡孔大孔小孔和微孔。不同尺度的孔隙分形维数与孔隙体积分数呈负相关关系;大孔和过渡孔的分形维数均随着煤的变质程度、镜质组含量、灰分的变化呈现高-低-高的变化规律,与惰质组含量呈现低-高-低的变化规律,与水分、退汞效率成正相关关系,与平均孔径、孔隙度成负相关关系;小孔和微孔的分形维数与煤的变质程度、镜质组含量呈现低-高-低的变化规律,与惰质组和灰分含量呈现高-低-高的变化规律,与水分和退汞效率成负相关关系,与平均孔径和孔隙度成正相关关系。     

超细粉碎方式对超净煤分选效果的影响

针对不同超细粉碎方式的作用特点,选用搅拌磨、气流磨、胶体磨、球磨,研究不同粉碎方式对超净煤分选效果的作用,发现采用胶体磨加工处理得到的超净煤产率最高为84.55%,灰分最低为0.83%,更有利于提高超净煤的分选效果。为了研究磨矿方式对超净煤分选效果促进作用的机理,通过粒度分布曲线和SEM研究超细粉碎方式对煤粒几何特征的作用,结果表明胶体磨加工处理后粒度分布均匀,细化充分有效避免了细粒再次聚团;煤粒表面没有明显的断裂,存在大量凹凸,尖角被钝化。通过AFM,FTIR和润湿热曲线研究不同超细粉碎对煤粒的表面化学性质的作用,AFM结果表明,胶体磨处理的煤样表面粗糙度最大,Rq=2.96 nm,高度变化较大,暴露更多的官能团,因此煤样解离更充分;FTIR结果表明胶体磨处理后煤样表面官能团含量发生显著变化,疏水基与亲水基吸收峰面积比值最大为0.084,煤样中的有机质和无机质更有效的解离,煤样疏水性改善;润湿热曲线表明胶体磨处理后煤样与非极性油有更强烈的作用,润湿热为1.384 J/kg,有利于煤粒形成结构紧实、选择性好的絮团。形成密实稳定选择性好的絮团,可以有效地提高超净煤的分选效果。     

基于矩阵PBM的煤粉超细粉碎过程研究

建立基于研磨过程机理的煤粉超细研磨动力学模型可以预测超细磨出料的粒度分布和指导优化磨机的研磨效率,降低研磨能耗,对制备低灰分的超净煤具有非常重要的作用。通过田口(Taguchi)正交实验设计,使用实验室1. 5 L立式搅拌磨机考察了不同煤的物性参数、磨介尺寸和煤粉比处理量对于超细研磨的影响,将基于研磨过程特征的动力学模型——矩阵粒群平衡模型(Matrix Population Balance Model,M-PBM)用于煤粉的搅拌磨机超细研磨出料的粒度预测,并结合Rosin-Rammler粒度分布模型,精确地预测出料产品在任意筛下累积含量对应的颗粒粒度。通过极差分析,探讨了煤的灰分、磨介尺寸和煤粉比处理量对于超细研磨能耗和比通量的影响大小,基于对煤粉超细研磨过程中煤-灰解离过程的分析并结合Tomoyoshi的比表面积能耗公式,探讨了煤的灰分与能耗的关系,并进一步建立了煤的灰分、磨介尺寸和煤粉比处理量与磨机研磨比通量和能耗的关系式,研究发现搅拌球磨机湿法超细研磨的粒度变化规律符合一阶线性动力学假设,在定搅拌转轴转速和所考查的研磨粒度变化范围内,煤的灰分对搅拌磨机的比通量和能耗的影响是最大的,建立的研磨能耗和比通量关系式表明在10μm(p50)以下的超细粉磨粒度范围内,煤的研磨能耗随着灰分的提高、磨介尺寸的减小(磨介尺寸在0. 3～1. 8 mm)和比处理量的增大而减小,而比通量随着灰分的提高、磨介尺寸的减小和比处理量的增大而增大。     

煤炭研磨过程的分形能耗模型

煤炭的研磨过程能耗高、能量利用率低。为了找到节能降耗的有效途径,利用分形方法,建立了煤炭研磨过程的能耗模型,并讨论了颗粒表面分形维数和颗粒形状对研磨能耗的影响。研究表明:绝大部分能耗用在小颗粒的研磨上;颗粒表面分形维数越大,研磨能耗越高;颗粒形状越不规则,能耗越大。     

超细粉碎对煤表面性质及超净煤分选的影响

为探讨超细粉碎对煤表面性质及絮团和超净煤分选的影响，选取淮南气煤(HN)和太西无烟煤(TX)2种不同变质程度的煤样，利用傅里叶红外光谱仪（FTIR）、ζ电位仪、比表面分析仪、微量热仪分析了不同超细粉碎时间后煤颗粒表面官能团、电位以及润湿性的变化，分别研究了粒度、表面电位和润湿性对絮团形成的影响，结合超净煤的分选结果，综合探讨了超细粉碎、表面性质变化、絮团形成以及超净煤分选的关系。结果表明：超细粉碎改变了煤粒表面的亲水基和疏水基的比例；随着粒度的减小，太西煤的电动电位绝对值先减小后增大，在粒度8.30 μm时电负性最弱，润湿热出现小的峰值，搅拌过程中形成的大尺度絮团较多，在乳化柴油用量67.62 kg/t时，分选出的超净煤灰分0.68%，产率高达97.26%；而淮南煤随着粒度的减小，电负性逐渐增强，润湿热单调递减，润湿性逐渐减弱，在相同搅拌强度下，细颗粒形成的大尺度絮团减少，分选出的超净煤产率降低；分散剂的加入有效地降低了淮南气煤分选出超净煤的灰分，粒度越小，灰分减小愈明显。     

矿井煤尘的分形特征及对其表面润湿性能的影响

基于光学接触角测量仪研究了不同煤质、不同粒度煤尘对去离子水以及添加羧甲基纤维素钠（CMC）、十二烷基硫酸钠（SDS）等表面活性剂时的润湿接触角,同时基于非线性的分形理论对煤尘粒度、表面孔隙结构等分形特征进行了研究,分析了粒度及表面结构分形维数对颗粒表润湿特性的影响。结果显示,细化煤尘表现为较强的疏水性,0.2%的表面活性剂可显著改善颗粒表面的润湿性能,其中以阴离子表面活性剂（SDS）为佳;煤尘的粒度分布、颗粒表面的孔隙结构均表现出典型的分形特征;随着粒度分形维数的增加,颗粒中位粒径降低,其表面的润湿接触角增加,特别是对于粒径小于10 μm的煤尘较为显著;随着表面孔隙分形维数的增加特别是对于分形维数大于2.5时,表面润湿接触角逐步减小并趋于稳定。     

变温条件下煤结构与吸氧量的关系

采用压汞法技术定量测定了在不同温度与压力下煤样的孔径、孔容积与煤的表面积的值;用分形理论对煤在定压变温条件下结构参数进行分形特征描述,并对用孔径与孔容两种分形维度的值表示煤的孔隙结构的合理性进行了比较.当煤温<100 ℃时,煤的容积分形维数增大,吸氧量增加,孔隙容积对煤的吸氧量起主要作用;当煤温≥100 ℃时,煤的分形维数减小,煤的吸氧量也增加,这是由于煤的吸氧量主要是氧化反应速率决定的,孔隙结构特征对煤的吸氧量影响很小.     

煤泥絮团分选超净煤的试验研究

为探索处理动力煤选煤厂煤泥的新途径,以动力煤选煤厂煤泥为研究对象,分析了煤泥的性质、煤泥中矿物质的种类和嵌布特征,通过分步释放浮选试验考察了该煤泥的理论精煤产率和灰分,分析了煤泥经超细粉碎后分选超净煤的可行性。基于扩展DLVO（EDLVO）理论,论证了絮团浮选前采取高剪切搅拌的必要性,研究了高速搅拌对颗粒和药剂之间的促进作用。采用絮团浮选方法,对超细粉碎后的煤泥进行了超净煤分选试验,探讨了高剪切搅拌叶轮线速度、搅拌时间、煤泥粒度和非极性油用量与分选效果的关系。试验结果表明,只有在高速搅拌的情况下超细粉碎后的煤泥颗粒才能形成絮团,并且在与药剂作用后,降低了需要输入的搅拌功耗;高速搅拌还可以促进药剂的分散,从而增加药剂与煤颗粒的碰撞概率;若要达到较好的絮团分选效果,需要一定程度的搅拌强度和适当的搅拌时间。当粉碎平均粒度为4.70 μm、非极性油用量为135.24 kg/t、叶轮线速度为12.56 m/s、搅拌时间5 min时,分选出的超净煤灰分达到1.15%,产率为69.23%。     

六偏磷酸钠对制备超细生石膏粉体的助磨作用及其机理研究

采用胶体磨以六偏磷酸钠为助磨剂制备超细生石膏粉体,通过激光粒度仪和XRD等方法对超细磨产品进行表征.结果 表明,当生石膏料浆质量浓度为20％、排矿口宽度为12 mm、超细磨时间为15 min、六偏磷酸钠用量为0.20％时,可制备出d50为11.12 μm的超细生石膏粉体.六偏磷酸钠的加入引起生石膏颗粒晶粒尺寸与显微应变...     

煤的分形维数及其对瓦斯吸附的影响

为了从分形的角度研究煤体性质对瓦斯吸附的影响,采用高压容量法测试了8种煤样的瓦斯吸附能力,并根据Langmuir方程拟合得到了表征煤样吸附能力的参数Langmuir体积和Langmuir压力。同时,根据液氮吸附实验,利用分形理论计算得到了煤样的分形维数,并研究了分形维数对瓦斯吸附的影响。研究结果表明：煤样在不同压力段时具有不同的吸附特性,因此具有不同的分形维数D1和D2。D1和D2对瓦斯吸附的影响作用不同,随着D1的增大,煤体吸附瓦斯的能力增强,而随着D2的增大,煤体吸附瓦斯的能力减弱,而且,D1对吸附能力的影响作用比D2强。随着D1的增大,Langmuir压力逐渐减小,煤样在低压段的吸附能力增强,煤体更容易吸附瓦斯,而D2对Langmuir压力无显著影响。