“低品质煤浮选过程强化”专题（《煤炭学报》）

来源：《煤炭学报》2021年第9期

“富煤、缺油、少气”的一次能源赋存条件决定了我国煤炭的基础能源地位。然而，我国煤炭资源禀赋条件差，低品质煤(低阶/氧化煤、高灰难选煤及废弃尾煤等)约占煤炭保有资源总量的40%以上。随着优质煤炭资源的逐渐消耗与国家绿水青山生态文明建设的需求，低品质煤大规模分选提质已成为保障国家能源安全和社会可持续发展的战略选择。目前重介质选煤技术的快速发展与推广使得粗粒低品质煤分选日趋成熟，但细粒低品质煤浮选仍面临着严峻挑战，大规模提质利用难，低品质煤浮选的基本作用原理与工程基础亟需研究。

为满足国家煤炭清洁利用的战略需求，推动低品质煤浮选高效提质，《煤炭学报》编辑部特邀郑州大学刘炯天院士、中国矿业大学桂夏辉研究员共同担任客座主编，中国矿业大学邢耀文副研究员担任客座编辑，在2021年第9期组织出版“低品质煤浮选过程强化”专题。

行业视野: 煤化工
类别; 41个
关键词; 48位
专家; 12篇
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《煤炭学报》2021年第9期封面

作者(Author)：《煤炭学报》

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《煤炭学报》2021年第9期目次

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“低品质煤浮选过程强化”专题特邀主编致读者

作者(Author)：刘炯天, 桂夏辉

摘要：　　“富煤贫油少气”的资源禀赋条件和经济结构现状决定了我国以煤为主的能源体系结构，煤炭作为主体能源的地位短时期内难以改变。但随着国家“双碳”战略的实施，如何为实现碳达峰、碳中和做出贡献是整个煤炭行业迫切需要思考和解决的关键问题。从能源安全角度看，中国的能源资源赋存结构和全球地缘政治形势，决定了中国不可能放弃煤炭利用，2060年保持适度的煤炭消费比例仍是必要的。从世界能源供给结构发展进程来看，现代储能技术的快速发展为新能源开发提供了有力支撑，但受间歇性、波动性和安全性的制约，新能源短期内仍然无法完全取代化石能源，对传统能源产业发展急停和盲目快上新能源项目并不是符合目前我国基本国情的正确选择，新能源的发展和国家能源安全仍需要煤炭作为主体能源的保驾护航。　　　　我国煤炭资源禀赋条件差，高含杂低品质煤资源储量丰富。低品质煤由于无法直接利用或得不到合理利用，造成了巨大的资源浪费和环境污染，对其进行洁净化提质势在必行。目前以重介旋流器为代表的粗粒低品质煤分选提质技术日趋成熟，浮选作为细粒煤泥提质的最主要方法面临复杂界面作用与多相流体动力学问题，分选效率较低，难度大。具体表现为低阶/氧化煤等低品质煤颗粒-气泡矿化难，高灰易浮难选煤分选选择性差，严重制约着煤炭企业经济效益提升和低品质煤泥大规模清洁高效利用，低品质煤泥浮选的基本作用原理与过程强化亟需研究。　　　　为此《煤炭学报》特别组织策划“低品质煤浮选过程强化”专题，专题自征稿发布以来，受到了煤炭科技界同仁的高度关注。专题共收到来稿50余篇，最终录用9篇，紧紧围绕以下几个学术方向展开：（1）低品质煤物性的全组分认知；（2）低品质煤浮选界面精准调控；（3）低品质煤浮选基础理论研究；（4）低品质煤浮选流体动力学强化。　　　　值此专题刊出之际，衷心感谢各位专家学者的大力支持，特别感谢各位评审专家认真细致的审阅。希望通过本专题，深入交流低品质煤浮选提质过程强化新理论、新工艺和新技术，创新矿物加工浮选新技术，推动细粒煤清洁高效利用快速健康发展。

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低品质煤泥浮选过程强化研究进展及其思考

作者(Author)：桂夏辉, 邢耀文, 曹亦俊, 刘炯天

摘要：“富煤、缺油、少气”的一次能源赋存条件决定了我国煤炭的基础能源地位，与此同时，煤炭作为当前最主要的碳排放源，如何为实现碳达峰、碳中和做出煤炭贡献是整个行业迫切需要思考和解决的关键问题。我国煤炭资源禀赋条件差，高含杂低品质煤资源储量丰富，随着优质煤炭资源的逐渐消耗与国家“双碳”战略的实施，低品质煤大规模分选提质已成为保障国家能源安全和煤炭行业高质量绿色发展的战略选择。目前重介质选煤技术的快速发展与推广使得粗粒低品质煤分选日趋成熟，但细粒低品质煤(低阶/氧化难浮煤、高灰难选煤等)浮选仍面临着严峻挑战，低品质煤泥浮选的基本作用原理与过程强化亟需研究。从低品质煤泥难浮难选机理、低品质煤泥浮选界面调控及流动强化3个方面对低品质煤浮选研究现状进行了系统讨论,最后提出了未来低品质煤浮选过程强化的新发展方向与技术体系，主要包括基于多尺度微纳力学解析的低品质煤浮选分离新原理、基于单分子力谱融合深度学习的浮选药剂分子智能定向筛选设计、基于能量精准适配的调浆-浮选流场精细化构建、煤系固废资源化利用与规模化消纳及低品质煤浮选界面-流体协同强化全链条智能化示范工程建设，上述关键科学与技术问题的解决将为我国煤炭行业高质量发展和国家“双碳”战略实施提供新的助力。

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起泡剂用量对低阶煤颗粒-气泡间相互作用的影响

作者(Author)：刘文礼, 孙小朋, 卓启明, 罗庆, 王鹏辉, 张耕苑

摘要：煤泥浮选过程中，颗粒与气泡的稳定黏附对颗粒能否被气泡成功捕集起着决定性的作用。经起泡剂改性后的气泡与低阶煤颗粒之间相互作用力的变化影响2者的黏附行为，起泡剂用量对低阶煤颗粒与改性后气泡间的微观作用机理尚未明晰。以鄂尔多斯地区不黏煤与经起泡剂(仲辛醇)改性前后的浮选气泡为研究对象，利用原子力显微镜探究了经不同浓度起泡剂改性后气泡与低阶煤颗粒之间相互作用力的变化规律，并利用分子模拟技术，对起泡剂在气液界面的微观作用机理进行揭示。最后，通过对颗粒-气泡间黏附效率的直接测定，从宏观尺度上对微纳尺度下的低阶煤颗粒-气泡间作用力的测量结果进行了直接验证。结果表明:气泡表面经起泡剂改性后，低阶煤颗粒与气泡接近过程中的“跳触”现象随着起泡剂浓度的增加而逐渐消失，2者的相互作用力也发生明显变化，随着起泡剂浓度的提高，颗粒-气泡间的黏附力显著减弱，甚至出现消失的趋势;低阶煤颗粒-气泡间的黏附效率也随之降低。分子动力学模拟表明，起泡剂在气液界面吸附时，起泡剂的亲水基团(—OH)与水分子形成的氢键，束缚了水分子在气泡表面的扩散运动，且随着起泡剂分子数量的增加，这种束缚作用更加强烈，因而大大降低气泡表面的疏水性。因此，起泡剂对气泡表面进行改性后，气泡表面疏水性的降低造成低阶煤颗粒-气泡间黏附力减弱，进而影响了2者的黏附行为。

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驻波超声对浮选气泡的影响

作者(Author)：王卫东, 靳立章, 涂亚楠, 刘定桦, 徐志强

摘要：随着低阶煤开采量和采煤机械化程度的增加，低阶煤泥产量和灰分也不断增加，导致大量的低阶煤煤泥无法回收利用，造成资源浪费和环境污染问题。超声浮选结合了多种调控方法处理低阶煤，能够有效提高选择性及浮选效果。通过高速摄像系统，揭示了驻波声场中的气泡聚集过程及该过程的带煤情况，探究了驻波声场中的微泡产生及其作用,结合驻波声场中微泡附着的选择性探究和柱选试验结果，研究了100 kHz驻波超声对柱选的影响，分析了驻波声场在整个柱选过程中的作用。结果表明:将驻波超声加入柱选后，可以强化低阶煤煤泥柱选效果。精煤产率、可燃体回收率和浮选完善指标分别达到了21.93%，30.52%和23.77%，均高于常规柱选，精煤灰分为11.13%，比常规柱选低1.07%。驻波声场中的气泡有规律地聚集，在趋于稳定后，气泡聚集体以条纹状聚集态分布在整个驻波声场中,气泡聚集是驻波声场与扩散声场最明显的区别。声场驱动力提供了能量，促进了煤颗粒与气泡之间的碰撞。微泡可作为煤颗粒与其他气泡之间的“介质”，在很短的时间内促进气泡聚并，形成煤-泡聚集体，且该过程具有一定选择性。煤-气泡聚集体的形成提高了精煤产率、可燃体回收率和浮选完善指标。

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煤系腐植酸磁性颗粒对水中Pb2+和Hg2+的选择性吸附

作者(Author)：万克记, 范津津, 王国强, 许恩乐, 贺琼琼, 苗真勇, 张明亮

摘要：由于重金属的难降解性，为避免治理过程中的污染转移，重金属的资源化回收是实现环境与经济效益双赢的有效途径，这就要求吸附剂对目标重金属具有一定的吸附选择性。通过羟甲基化改性提高煤系腐植酸(HA)表面含氧基团密度，形成对重金属吸附的多齿配位结构，来提高HA吸附选择性。改性后的腐植酸进一步与Fe3O4共沉淀，生成具有吸附速率快、选择性高且易于固液分离的羟甲基化煤系腐植酸磁性颗粒(OHA-MNPs)，用于废水中重金属的深度分离。对吸附剂进行系统表征，并研究其吸附动力学、吸附热力学、微观吸附机制和多金属共存溶液体系中Pb2+和Hg2+的吸附选择性。结果表明OHA-MNPs表面腐植酸含量约为9.81%，颗粒粒径主要分布于7~11 nm，具有很好的溶液分散性;Langmuir和准二级动力学模型能够准确的描述OHA-MNPs对Pb2+或Hg2+的吸附热力学和动力学;OHA-MNPs对Pb2+或Hg2+的吸附作用以高密度含氧基团多齿络合配位为主，还伴有酸性基团离子交换和静电吸附;在模拟多金属离子共存废水中，OHA-MNPs对Pb2+和Hg2+均表现出较高的吸附选择性，吸附序列满足Hg2+>Pb2+Cu2+ Ni2+/Cd2+，且在总阳离子质量浓度是Pb2+的44.78倍的实际酸性矿井废水中，能够对93.76%的Pb2+选择性去除。OHA-MNPs同时具有良好的再生能力，是一种高效、绿色、低成本重金属吸附剂。

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细粒煤磁稳定气固流化床流化特性及分选提质

作者(Author)：张博, 宋树磊, 张亚东, 赵鹏飞, 高天洋, 赵跃民

摘要：细粒煤在普通气固流化床中无法实现有效分选，为强化细粒煤按密度分层离析趋势，将外加磁场引入气固分选流化床形成磁稳定分选流化床，采用0.074~0.045 mm粒级的磁铁矿粉作为加重质，通过对流化床内床层磁场分布及轴向压力梯度的测量，研究了磁稳定分选流化床内的磁场分布特征及床层流化特性，并利用磁稳定分选流化床对细粒煤进行了分选试验。试验结果表明，在磁稳定分选流化床内，线圈中心位置磁场呈圆柱状均匀分布，且随着线圈间距的增加，磁场强度与磁场梯度逐渐减小，且床层磁场强度与线圈外加电压呈线性关系。磁稳定分选流化床的压力波动幅度随着气速与磁场强度的增加，均呈现先降后升的趋势，并在流化气速v=19.2 cm/s，磁场强度H=9 200 A/m时达到最低，此时床层压力波动最小，流化效果最稳定。随着磁场强度的增加，床层膨胀率减小，起始鼓泡流化气速及颗粒带出气速增大，床层密度增大但适合煤炭分选的调控范围减小，床层表面弧度增大;随着气速的增加，床层稳定性逐渐提升。此外，由分选试验结果表明，在一定范围内，磁稳定流化床的分选效果随着磁场强度的增高而增高，在磁场强度为9 200 A/m，流化气速v=15.4 cm/s 条件下，磁稳定分选流化床对细粒煤具有最佳分选效果，其两段分选的可能性偏差E分别为 0.136 g/cm3和0.156 g/cm3。

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