矿物浮选中微细粒脉石对浮选精矿的污染是目前制约浮选效果和精矿产品质量的瓶颈问题。众多研究表明,脉石矿物在浮选过程中会通过微细粒混凝、水分夹带、机械夹带等方式进入到浮选泡沫中污染浮选精矿,而且脉石矿物的粒度越细,对浮选精矿的污染越严重。在氧化矿、硫化矿浮选中有学者通过添加抑制剂、絮凝剂来实现脉石矿物的选择性团聚,从而降低其对精矿的污染。但在煤炭浮选中对脉石矿物的选择性团聚难以实现,尚未有公开文献报道,这主要是由于煤炭具有天然疏水性,相比于脉石矿物更容易发生疏水团聚作用。粘土矿物,即层状硅酸盐矿物,其粒度非常微细且为片状结构,是污染浮选精煤的主要矿物。高岭石是在浮选煤泥中广泛存在的粘土矿物,本文首次经过试验探索和理论分析发现,聚合氯化铝能够实现高岭石在入浮煤泥中的选择性团聚,并能够降低浮选精煤灰分。之后研究了聚合氯化铝对高岭石的水分夹带、浮选泡沫稳定性和煤炭可浮性的影响,并研究了高岭石和煤炭在不同pH、不同电解质浓度、不同聚合氯化铝浓度时的团聚规律。创新性地采用氧化铝和石英分别代替高岭石的铝氧八面体面和硅氧四面体面,结合颗粒zeta电位、DLVO理论、颗粒间作用力测定等手段,提出了具有不均匀表面的片状高岭石的选择性团聚机理。主要研究结论如下:在煤炭和高岭石选择性团聚的初步探索试验中,分别研究了有机絮凝剂聚环氧乙烷和无机凝聚剂聚合氯化铝对煤泥浮选效果以及对煤炭和高岭石的团聚效果的影响,结果表明在分散剂六偏磷酸钠和絮凝剂聚环氧乙烷的共同作用下,高岭石保持分散状态,煤炭发生了选择性团聚,导致浮选精煤可燃体回收率和灰分同时升高。而在聚合氯化铝的单独作用下,煤炭保持分散状态,而高岭石发生了选择性团聚,从而减少了高岭石对浮选精煤的污染,使浮选精煤灰分降低。因此聚合氯化铝可以作为煤泥浮选中高岭石的选择性凝聚剂。通过对低灰煤炭和高岭石的混合矿以及低灰煤炭的浮选研究发现,聚合氯化铝降低了高岭石的水分夹带,且在低电解质浓度时更显著。同时,聚合氯化铝降低了浮选泡沫的稳定性,这主要是由于聚合氯化铝改变了煤炭的表面性质,使浮选泡沫中的疏水颗粒减少。聚合氯化铝使煤炭的zeta电位升高、疏水性降低,并使煤炭与气泡的粘附概率降低。在高岭石和煤炭的团聚规律研究中,在不同pH、不同电解质浓度和不同聚合氯化铝浓度时对高岭石和煤炭的沉降速率、絮团粒度分布和絮团分形维数进行测定。结果表明,煤炭在不同条件时的团聚都很弱,而高岭石在酸性条件、低电解质浓度、低聚合氯化铝浓度时的团聚更显著。在对高岭石的选择性团聚机理研究中,首先按照传统观点将高岭石颗粒看作球形,运用DLVO理论计算球形高岭石颗粒间的范德华力和双电层力,结果表明DLVO作用力计算结果在电解质浓度不变而pH改变时与高岭石的团聚规律一致,但在电解质浓度改变时,DLVO作用力计算结果与高岭石的团聚规律是相违背的。之后,将高岭石颗粒看作片状,并分别用氧化铝和石英代替高岭石的铝氧八面体面和硅氧四面体面,运用DLVO理论分别计算片状高岭石相同底面之间和不同底面之间的作用力,之后将各底面间的作用力加和得到片状高岭石颗粒间的DLVO作用力。DLVO作用力计算结果与高岭石在不同pH和不同电解质浓度时的团聚规律都是吻合的,高岭石不同底面之间的双电层引力是高岭石在低电解质浓度时团聚更显著的原因,而聚合氯化铝降低了高岭石硅氧四面体面之间的双电层斥力,因此促进了高岭石的团聚。之后,通过原子力显微镜对二氧化硅-氧化铝之间的作用力进行测试,发现不添加聚合氯化铝时,二氧化硅-氧化铝表面间的作用力符合DLVO理论,但添加聚合氯化铝后,二氧化硅-氧化铝表面间出现一种非DLVO引力,该引力在两个表面靠近的过程中并不显著,但在两表面分离过程中非常显著。该非DLVO引力是由于聚合氯化铝中的阳离子在颗粒表面的不均匀分布而导致的静电斑点吸附作用。