煤炭科学技术

作者：包龙祥, 陈军, 闵凡飞, 程雅丽, 于国强,

关键词：低阶煤, 浮选, 聚丙烯酰胺, 密度泛函理论, 浮选药剂残留,

为探究煤泥水处理过程中聚丙烯酰胺(PAM)药剂残留对低阶煤浮选效果的影响机理，以淮南矿区潘集、潘一东选煤厂低阶煤为研究对象，采用X射线衍射与傅里叶变换红外光谱法构建低阶煤特征结构单元模型，并结合密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）计算，研究水、十二烷、PAM吸附结构单元与低阶煤特征结构单元的相互作用；通过不同PAM药剂用量下的浮选试验验证DFT计算结果，并评估PAM残留对浮选效果的影响。DFT计算结果表明：水分子、十二烷和PAM吸附结构单元在与低阶煤特征结构单元的相互作用中，平均吸附能分别为−0.35、−0.39、−0.50 eV，吸附稳定性依次为PAM > 十二烷 > 水分子，表明在竞争吸附体系中，PAM已在低阶煤表面形成更稳定的吸附构型，十二烷难以有效置换已吸附的PAM分子。在3种PAM吸附结构单元中，P−DAC与低阶煤特征结构单元的吸附最为牢固，导致十二烷的吸附位点和吸附量显著减少，并且在PAM参与的竞争吸附体系中，整体吸附稳定性降低，进而削弱了十二烷的捕收效果。低阶煤特征结构单元与水分子的吸附机制主要由氢键作用和范德华力共同主导，其中氢键作用为主要驱动力；低阶煤特征结构单元与十二烷和PAM的吸附以范德华力为主，其中P−AM和P−AA通过与−C=O形成氢键辅助吸附。PAM能够通过影响捕收剂与低阶煤特征结构单元之间的电荷转移，进一步降低吸附稳定性。浮选试验结果表明：PAM能够提升精煤产率，但会导致精煤灰分显著增加、浮选回收率和完善指标下降，导致整体浮选效果恶化。结合DFT计算与浮选试验分析可知，PAM中的极性基团由于低选择性，会将煤与脉石矿物同时浮选，且PAM的网捕絮凝作用会干扰捕收剂的有效吸附，阻碍煤颗粒疏水化，进一步削弱浮选性能。研究通过DFT模拟与浮选试验揭示了PAM对低阶煤浮选效果的影响机理，为浮选工艺优化及絮凝剂的合理使用提供了理论依据。

来源：2025年第12期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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