“低品質煤浮選過程強化”專題（《煤炭學報》）

來源：《煤炭學報》2021年第9期

“富煤、缺油、少氣”的一次能源賦存條件決定了我國煤炭的基礎能源地位。然而，我國煤炭資源稟賦條件差，低品質煤(低階/氧化煤、高灰難選煤及廢棄尾煤等)約占煤炭保有資源總量的40%以上。隨著優質煤炭資源的逐漸消耗與國家綠水青山生態文明建設的需求，低品質煤大規模分選提質已成為保障國家能源安全和社會可持續發展的戰略選擇。目前重介質選煤技術的快速發展與推廣使得粗粒低品質煤分選日趨成熟，但細粒低品質煤浮選仍面臨著嚴峻挑戰，大規模提質利用難，低品質煤浮選的基本作用原理與工程基礎亟需研究。

為滿足國家煤炭清潔利用的戰略需求，推動低品質煤浮選高效提質，《煤炭學報》編輯部特邀鄭州大學劉炯天院士、中國礦業大學桂夏輝研究員共同擔任客座主編，中國礦業大學邢耀文副研究員擔任客座編輯，在2021年第9期組織出版“低品質煤浮選過程強化”專題。

行業視野: 煤化工
類別; 41個
關鍵詞; 48位
專家; 12篇
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《煤炭學報》2021年第9期封面

作者(Author)：《煤炭學報》

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《煤炭學報》2021年第9期目次

作者(Author)：《煤炭學報》

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2021年第09期

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“低品質煤浮選過程強化”專題特邀主編致讀者

作者(Author)：劉炯天, 桂夏輝

摘要：　　“富煤貧油少氣”的資源稟賦條件和經濟結構現狀決定了我國以煤為主的能源體系結構，煤炭作為主體能源的地位短時期內難以改變。但隨著國家“雙碳”戰略的實施，如何為實現碳達峰、碳中和做出貢獻是整個煤炭行業迫切需要思考和解決的關鍵問題。從能源安全角度看，中國的能源資源賦存結構和全球地緣政治形勢，決定了中國不可能放棄煤炭利用，2060年保持適度的煤炭消費比例仍是必要的。從世界能源供給結構發展進程來看，現代儲能技術的快速發展為新能源開發提供了有力支撐，但受間歇性、波動性和安全性的制約，新能源短期內仍然無法完全取代化石能源，對傳統能源產業發展急停和盲目快上新能源項目并不是符合目前我國基本國情的正確選擇，新能源的發展和國家能源安全仍需要煤炭作為主體能源的保駕護航?！　　　∥覈禾抠Y源稟賦條件差，高含雜低品質煤資源儲量豐富。低品質煤由于無法直接利用或得不到合理利用，造成了巨大的資源浪費和環境污染，對其進行潔凈化提質勢在必行。目前以重介旋流器為代表的粗粒低品質煤分選提質技術日趨成熟，浮選作為細粒煤泥提質的最主要方法面臨復雜界面作用與多相流體動力學問題，分選效率較低，難度大。具體表現為低階/氧化煤等低品質煤顆粒-氣泡礦化難，高灰易浮難選煤分選選擇性差，嚴重制約著煤炭企業經濟效益提升和低品質煤泥大規模清潔高效利用，低品質煤泥浮選的基本作用原理與過程強化亟需研究?！　　　榇恕睹禾繉W報》特別組織策劃“低品質煤浮選過程強化”專題，專題自征稿發布以來，受到了煤炭科技界同仁的高度關注。專題共收到來稿50余篇，最終錄用9篇，緊緊圍繞以下幾個學術方向展開：（1）低品質煤物性的全組分認知；（2）低品質煤浮選界面精準調控；（3）低品質煤浮選基礎理論研究；（4）低品質煤浮選流體動力學強化?！　　　≈荡藢ｎ}刊出之際，衷心感謝各位專家學者的大力支持，特別感謝各位評審專家認真細致的審閱。希望通過本專題，深入交流低品質煤浮選提質過程強化新理論、新工藝和新技術，創新礦物加工浮選新技術，推動細粒煤清潔高效利用快速健康發展。

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2021年第09期

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低品質煤泥浮選過程強化研究進展及其思考

作者(Author)：桂夏輝, 邢耀文, 曹亦俊, 劉炯天

摘要：“富煤、缺油、少氣”的一次能源賦存條件決定了我國煤炭的基礎能源地位，與此同時，煤炭作為當前最主要的碳排放源，如何為實現碳達峰、碳中和做出煤炭貢獻是整個行業迫切需要思考和解決的關鍵問題。我國煤炭資源稟賦條件差，高含雜低品質煤資源儲量豐富，隨著優質煤炭資源的逐漸消耗與國家“雙碳”戰略的實施，低品質煤大規模分選提質已成為保障國家能源安全和煤炭行業高質量綠色發展的戰略選擇。目前重介質選煤技術的快速發展與推廣使得粗粒低品質煤分選日趨成熟，但細粒低品質煤(低階/氧化難浮煤、高灰難選煤等)浮選仍面臨著嚴峻挑戰，低品質煤泥浮選的基本作用原理與過程強化亟需研究。從低品質煤泥難浮難選機理、低品質煤泥浮選界面調控及流動強化3個方面對低品質煤浮選研究現狀進行了系統討論,最后提出了未來低品質煤浮選過程強化的新發展方向與技術體系，主要包括基于多尺度微納力學解析的低品質煤浮選分離新原理、基于單分子力譜融合深度學習的浮選藥劑分子智能定向篩選設計、基于能量精準適配的調漿-浮選流場精細化構建、煤系固廢資源化利用與規?；{及低品質煤浮選界面-流體協同強化全鏈條智能化示范工程建設，上述關鍵科學與技術問題的解決將為我國煤炭行業高質量發展和國家“雙碳”戰略實施提供新的助力。

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2021年第09期

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起泡劑用量對低階煤顆粒-氣泡間相互作用的影響

作者(Author)：劉文禮, 孫小朋, 卓啟明, 羅慶, 王鵬輝, 張耕苑

摘要：煤泥浮選過程中，顆粒與氣泡的穩定黏附對顆粒能否被氣泡成功捕集起著決定性的作用。經起泡劑改性后的氣泡與低階煤顆粒之間相互作用力的變化影響2者的黏附行為，起泡劑用量對低階煤顆粒與改性后氣泡間的微觀作用機理尚未明晰。以鄂爾多斯地區不黏煤與經起泡劑(仲辛醇)改性前后的浮選氣泡為研究對象，利用原子力顯微鏡探究了經不同濃度起泡劑改性后氣泡與低階煤顆粒之間相互作用力的變化規律，并利用分子模擬技術，對起泡劑在氣液界面的微觀作用機理進行揭示。最后，通過對顆粒-氣泡間黏附效率的直接測定，從宏觀尺度上對微納尺度下的低階煤顆粒-氣泡間作用力的測量結果進行了直接驗證。結果表明:氣泡表面經起泡劑改性后，低階煤顆粒與氣泡接近過程中的“跳觸”現象隨著起泡劑濃度的增加而逐漸消失，2者的相互作用力也發生明顯變化，隨著起泡劑濃度的提高，顆粒-氣泡間的黏附力顯著減弱，甚至出現消失的趨勢;低階煤顆粒-氣泡間的黏附效率也隨之降低。分子動力學模擬表明，起泡劑在氣液界面吸附時，起泡劑的親水基團(—OH)與水分子形成的氫鍵，束縛了水分子在氣泡表面的擴散運動，且隨著起泡劑分子數量的增加，這種束縛作用更加強烈，因而大大降低氣泡表面的疏水性。因此，起泡劑對氣泡表面進行改性后，氣泡表面疏水性的降低造成低階煤顆粒-氣泡間黏附力減弱，進而影響了2者的黏附行為。

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駐波超聲對浮選氣泡的影響

作者(Author)：王衛東, 靳立章, 涂亞楠, 劉定樺, 徐志強

摘要：隨著低階煤開采量和采煤機械化程度的增加，低階煤泥產量和灰分也不斷增加，導致大量的低階煤煤泥無法回收利用，造成資源浪費和環境污染問題。超聲浮選結合了多種調控方法處理低階煤，能夠有效提高選擇性及浮選效果。通過高速攝像系統，揭示了駐波聲場中的氣泡聚集過程及該過程的帶煤情況，探究了駐波聲場中的微泡產生及其作用,結合駐波聲場中微泡附著的選擇性探究和柱選試驗結果，研究了100 kHz駐波超聲對柱選的影響，分析了駐波聲場在整個柱選過程中的作用。結果表明:將駐波超聲加入柱選后，可以強化低階煤煤泥柱選效果。精煤產率、可燃體回收率和浮選完善指標分別達到了21.93%，30.52%和23.77%，均高于常規柱選，精煤灰分為11.13%，比常規柱選低1.07%。駐波聲場中的氣泡有規律地聚集，在趨于穩定后，氣泡聚集體以條紋狀聚集態分布在整個駐波聲場中,氣泡聚集是駐波聲場與擴散聲場最明顯的區別。聲場驅動力提供了能量，促進了煤顆粒與氣泡之間的碰撞。微泡可作為煤顆粒與其他氣泡之間的“介質”，在很短的時間內促進氣泡聚并，形成煤-泡聚集體，且該過程具有一定選擇性。煤-氣泡聚集體的形成提高了精煤產率、可燃體回收率和浮選完善指標。

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煤系腐植酸磁性顆粒對水中Pb2+和Hg2+的選擇性吸附

作者(Author)：萬克記, 范津津, 王國強, 許恩樂, 賀瓊瓊, 苗真勇, 張明亮

摘要：由于重金屬的難降解性，為避免治理過程中的污染轉移，重金屬的資源化回收是實現環境與經濟效益雙贏的有效途徑，這就要求吸附劑對目標重金屬具有一定的吸附選擇性。通過羥甲基化改性提高煤系腐植酸(HA)表面含氧基團密度，形成對重金屬吸附的多齒配位結構，來提高HA吸附選擇性。改性后的腐植酸進一步與Fe3O4共沉淀，生成具有吸附速率快、選擇性高且易于固液分離的羥甲基化煤系腐植酸磁性顆粒(OHA-MNPs)，用于廢水中重金屬的深度分離。對吸附劑進行系統表征，并研究其吸附動力學、吸附熱力學、微觀吸附機制和多金屬共存溶液體系中Pb2+和Hg2+的吸附選擇性。結果表明OHA-MNPs表面腐植酸含量約為9.81%，顆粒粒徑主要分布于7~11 nm，具有很好的溶液分散性;Langmuir和準二級動力學模型能夠準確的描述OHA-MNPs對Pb2+或Hg2+的吸附熱力學和動力學;OHA-MNPs對Pb2+或Hg2+的吸附作用以高密度含氧基團多齒絡合配位為主，還伴有酸性基團離子交換和靜電吸附;在模擬多金屬離子共存廢水中，OHA-MNPs對Pb2+和Hg2+均表現出較高的吸附選擇性，吸附序列滿足Hg2+>Pb2+Cu2+ Ni2+/Cd2+，且在總陽離子質量濃度是Pb2+的44.78倍的實際酸性礦井廢水中，能夠對93.76%的Pb2+選擇性去除。OHA-MNPs同時具有良好的再生能力，是一種高效、綠色、低成本重金屬吸附劑。

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細粒煤磁穩定氣固流化床流化特性及分選提質

作者(Author)：張博, 宋樹磊, 張亞東, 趙鵬飛, 高天洋, 趙躍民

摘要：細粒煤在普通氣固流化床中無法實現有效分選，為強化細粒煤按密度分層離析趨勢，將外加磁場引入氣固分選流化床形成磁穩定分選流化床，采用0.074~0.045 mm粒級的磁鐵礦粉作為加重質，通過對流化床內床層磁場分布及軸向壓力梯度的測量，研究了磁穩定分選流化床內的磁場分布特征及床層流化特性，并利用磁穩定分選流化床對細粒煤進行了分選試驗。試驗結果表明，在磁穩定分選流化床內，線圈中心位置磁場呈圓柱狀均勻分布，且隨著線圈間距的增加，磁場強度與磁場梯度逐漸減小，且床層磁場強度與線圈外加電壓呈線性關系。磁穩定分選流化床的壓力波動幅度隨著氣速與磁場強度的增加，均呈現先降后升的趨勢，并在流化氣速v=19.2 cm/s，磁場強度H=9 200 A/m時達到最低，此時床層壓力波動最小，流化效果最穩定。隨著磁場強度的增加，床層膨脹率減小，起始鼓泡流化氣速及顆粒帶出氣速增大，床層密度增大但適合煤炭分選的調控范圍減小，床層表面弧度增大;隨著氣速的增加，床層穩定性逐漸提升。此外，由分選試驗結果表明，在一定范圍內，磁穩定流化床的分選效果隨著磁場強度的增高而增高，在磁場強度為9 200 A/m，流化氣速v=15.4 cm/s 條件下，磁穩定分選流化床對細粒煤具有最佳分選效果，其兩段分選的可能性偏差E分別為 0.136 g/cm3和0.156 g/cm3。

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