煤岩显微组分构成直接影响其液化效率。研究表明,若镜质组含量提高10个百分点,油收率可提高4个百分点,组分富集面临大量突出难题,一是组分解离难,二是基于组分富集的煤炭分选难。由于尺度效应及其影响,重介质分选成为组分富集的选煤方法重要选项,但由于分选密度低,重介悬浮液及其分选过程稳定性差,再加上分选的临近物含量高,从而使得基于组分富集的低密度煤炭分选在理论和实践上都极具挑战性。本文分析了低密度环境下煤泥性质及含量对悬浮液固体体积浓度的影响,提出了通过改变悬浮液固体性质为核心的低密度悬浮液稳定性控制方法。围绕煤岩组分富集的目标,以悬浮液稳定性调控为主线,研究了直接液化原料煤煤岩组分的解离分布特征,明确了不同力场环境下的悬浮液稳定性特性,并进行了煤岩组分富集的重介分选试验,形成了基于组分富集悬浮液稳定性调控的低密度煤炭旋流分选工艺。主要成果如下:论文以神东煤制油选煤厂直接液化原料煤为样品开展研究,首先研究了煤样的组成及特点,重点研究了煤炭组分解离特性及条件,研究了直接液化原料煤的粒度和密度分布规律,揭示了镜质组含量与灰分的关系。研究表明,随煤炭粒度降低,煤中幂指数增加,镜质组含量增大;不同粒度级物料灰分相同时,粗粒度级镜质组含量较细粒度级镜质组含量高;不同破碎级镜质组含量与灰分为幂函数关系,随着破碎粒度的降低,镜质组含量的增加幅度逐渐减少,合理的煤炭破碎粒度为3mm;基于组分富集的可选性分析表明,随着破碎粒度的减小,低密度级中镜质组含量逐渐增加,要达到镜质组在75%以上、镜质组回收率在90%以上的高效富集,对应的理论分选密度为1350kg/m~3,δ±0.1的含量为67.82%,属于低密度极难选煤。论文研究了静态和动态悬浮液中,磁性物粒度分布、混合煤泥含量等对悬浮液稳定性的影响规律,以及悬浮液稳定性受磁铁矿粉的细度和堆积效率共同的影响,磁铁矿粉细度的影响占主导因素。在等密度条件下,煤泥加入可有效提高稳定性,且随着含量增加,稳定性增强。本文重点研究在旋流场中,悬浮液稳定性变化与煤泥含量之间关系。随着悬浮液稳定性提高,旋流场中底流浓缩度、溢流澄清度、浓缩效率以及底溢流密度差均呈总体下降趋势。磁铁矿粉、蒙脱石与低灰煤泥对悬浮液稳定性具有协调作用。磁铁矿粉与蒙脱石之间的混凝,导致悬浮液稳定性变差,但磁铁矿粉、蒙脱石及低灰煤泥的悬浮体系具有显著的结构化特征,Z值大幅提高。旋流过程中悬浮液受到高速剪切作用,但其重介悬浮液分选过程中不仅稳定性好,且表观黏度增加不大,从而为旋流分选提供了保证。论文采用欧拉多相流模型对重介质旋流器中的悬浮液稳定性进行了数值模拟研究。结果表明,当悬浮液中仅含磁铁矿粉时,悬浮液密度在旋流器中分布极不均匀;煤泥含量对悬浮液的稳定性具有重要影响,当煤泥含量增加时,旋流器底流与溢流平均密度差变小,流场稳定性变好,有利于稳定分选过程,提高产品稳定性。依据数值模拟速度场估算的剪切率分布和悬浮液流变性试验结果来看,在低密度条件下,旋流场的悬浮液表观黏度波动较小,介质颗粒对煤颗粒运动的阻碍及旋流场密度梯度是影响分选的主要因素。论文开展了基于磁性物和非磁性物调控的组分富集低密度煤炭旋流分选过程强化研究,发现并非悬浮液在重力场和旋流场中的稳定性越高,分选效果就越好。过多的煤泥导致介质悬浮液中固体颗粒的数量和体积浓度增大,提高了煤粒分离迁移阻力。过少的煤泥造成旋流场内悬浮液密度梯度提高,影响分选效果。研究表明,E值在37-52kg/m~3之间,随混合煤泥含量的增大呈先减小后增加的趋势,含量为30%时,E值最低为34kg/m~3,精煤产品中镜质组含量从64.65%增加到76.69%,镜质组回收率为95.52%。本文开展了具有半工业10t/h规模的基于组分富集低密度煤炭旋流分选连续性试验系统,并进行连续试验。通过控制细泥组成与含量、实现了密度1350kg/m~3的煤炭分选,精煤中镜质组含量由68.93%提高到76.45%,转化率和油收率分别提高了4.14个百分点和4.22个百分点。同时提出了旋流分选的煤岩显微组分高效富集工艺。综上,论文提出了细粒磁性物和高灰非磁性物的稳定性协调调控方法;开发了低密度旋流分选与煤岩组分富集的工艺,精煤镜质组含量>75%、镜质组回收率>90%的分离富集效果,为实现煤岩组分富集的工程化提供了支撑。该论文有图86幅,表67个,参考文献156篇。