黄铁矿是煤中硫的主要赋存形式,燃烧前对煤炭进行分选脱硫,对煤炭资源清洁利用有重要意义。贵州某炼焦煤选煤厂浮选精煤硫分为1.66%,未达到炼焦用煤硫分不高于1%的要求。以此浮选精煤及煤中黄铁矿(煤系黄铁矿)为研究对象,通过浮选试验,研究氧化作用对煤系黄铁矿浮选行为和精煤深度脱硫的影响,并利用接触角、微量热、拉曼光谱、原子力显微镜等分析方法,结合密度泛函理论(DFT)和分子动力学模拟(MDS)计算,揭示了氧化作用对煤系黄铁矿表面性质和可浮性的影响机制。 纯矿物浮选试验表明,煤系黄铁矿天然可浮性强,氧化剂与抑制剂对煤系黄铁矿均有抑制作用,二者同时作用可显著降低煤系黄铁矿的上浮率。氧化强度(氧化剂用量、氧化作用时间)对黄铁矿的抑制效果具有重要影响。针对粒度为-0.2mm、硫分为1.66%、灰分为12.72%的煤泥,在捕收剂(煤油)用量为800 g/t,抑制剂(Ca O)用量为300 g/t,起泡剂(仲辛醇)用量为300 g/t,当不添加Ca(Cl O)₂时,可获得硫分为1.32%,灰分为11.89%的精煤产品,产率为89.91%;粗选加入Ca(Cl O)₂500 g/t,氧化时间为9 min时,可获得硫分为1.10%、灰分为11.21%的精煤产品,产率较高,为90.64%。采用“一粗一精”工艺,对经过Ca(Cl O)₂氧化后的粗选精煤进行再选,Ca(Cl O)₂用量为100 g/t,氧化时间为3 min,最终可获得硫分为1.04%,灰分为11.37%的精煤产品,产率为84.73%。 机理分析表明,加入氧化剂能提高黄铁矿表面的氧化速率,煤系黄铁矿表面接触角从75.6°减小到31.3°,包覆角从103.70°减小到57.85°,诱导时间从5ms增大到50 ms,润湿热从1.85 J/g增大到3.66 J/g,生成亲水性物质硫酸盐(Fe₂(SO₄)₃、Ca SO₄)、氢氧化铁(Fe(OH)₃)等覆盖在表面,同时削弱了捕收剂的非选择性吸附,导致黄铁矿表面亲水性增强,可浮性降低。采用分子模拟研究氧化剂(H₂O₂)对黄铁矿表面润湿性及捕收剂(十二烷)非选择性吸附的调控机理。DFT计算表明,H₂O₂以O-H形式存在于黄铁矿表面,O与S原子的键长小于离子半径之和(1.53?<1.70?),O-H和S-O成键作用为亲水性物质的生成提供有利条件。MDS计算表明,氧化后H₂O在黄铁矿表面的相对浓度分布(6.61%)和径向分布函数值(4.24)均大于氧化前(5.24%,1.14),H₂O在黄铁矿表面吸附能力增强,表面亲水性增强;十二烷的相对浓度分布(2.93%)和径向分布函数值(6.51)均小于氧化前(10.23%,0.22),说明氧化后十二烷的非选择性吸附减弱。