近年来,随着环境保护力度的增加,煤炭清洁高效利用成为煤炭长期发展的目标。超纯煤是一种矿物质含量极少的洁净煤,其附加值高,无论从未来煤基材料的大量需求,还是环境生态高品质要求,发展超纯煤势在必行,所以,寻求一种有效制备超纯煤方法迫在眉睫。目前,制备超纯煤的方法主要分为化学法、物理法和物理化学法。化学法对设备腐蚀严重,而且对煤基结构造成一定的破坏,制备过程能耗高。物理法制备的超纯煤灰分较高。通过对比发现选择性聚团法制备超纯煤具有一定的优势,但是,该方法的缺点是产率低,限制了选择性聚团法制备超纯煤的发展。本文研究的问题是如何提高选择性聚团过程中的精煤产率和降低精煤灰分,从而提高此工艺制备超纯煤的优势。为探索选择性聚团法制备超纯煤的工艺条件,选取太西、阳泉和大峪沟煤作为研究对象,利用球磨机将煤粒度研磨至15 μm以下,采用选择性聚团法考察了研磨时间、捕收剂（煤油）、起泡剂（仲辛醇）、无机电解质（氯化铝、硫酸铁、氯化铁）、无机聚合电解质（聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁、聚合硅铝）、搅拌强度、分散剂和调整剂（醋酸、丙酸、丁酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸和乙二胺四乙酸）对精煤灰分和产率的影响。运用响应面法优化了选择性聚团制备超纯煤的工艺条件,利用正交设计优化了选择性聚团酸碱耦合工艺。采用DLVO理论探讨了在选择性聚团中添加无机聚合电解质时,煤与矿物质的作用机理。利用Materials Studio软件构建了无烟煤结构,并且对煤油/水/无烟煤体系进行了动力学模拟。为生产超纯煤提供理论支撑和工艺技术参数。借助X射线衍射仪（XRD）、X射线荧光光谱仪（XRF）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和扫描式点子显微镜-X光微区分析仪（SEM-EDS）系统分析煤样表面性质和组成,利用显微镜测定煤的显微组分以及煤的镜质体反射率。通过Zeta电位仪测量煤和矿物质在水中的Zeta电位值,接触角测试仪测定煤和矿物质的接触角。通过工业分析仪分析煤的水分和灰分。运用激光粒度仪测定煤的粒度。通过借助以上方法分析研究取得了如下结论。1.研究对比了氯化铝、质量分数26%和质量分数29%的聚合氯化铝对分选效果的影响。结果表明,相同药剂用量下,添加聚合氯化铝比氯化铝的浮选精煤产率提高了 19.38%,精煤灰分降低了 0.18%。添加质量分数26%聚合氯化铝比质量分数29%聚合氯化铝脱灰效果好。当煤油用量为1.19 kg·t-1、仲辛醇用量为0.40kg·t-1、聚合氯化铝用量为50g·t-1时,分选出的超纯煤灰分达到0.64%,精煤产率为68.91%。发现M曲线的评价结果与实验结果一致。聚合氯化铝和氯化铝对煤中矿物质的脱除具有促进作用,低用量条件下聚合氯化铝分选效果优于氯化铝。2.研究对比了聚合硫酸铁和硫酸铁分选效果的影响,另外还考察了聚合硫酸铁用量、聚合硫酸铁与聚合氯化铝混合用量对精煤灰分和产率的影响。结果表明,在同等药剂用量下,聚合硫酸铁与硫酸铁相比,添加聚合硫酸铁的分选效果优于硫酸铁。添加PSB（聚合硫酸铁与质量分数29%的聚合氯化铝混合药剂）的分选效果优于与PSA（聚合硫酸铁与质量分数26%的聚合氯化铝混合药剂）,通过M曲线评价得出添加聚合硫酸铁的分选效果优于硫酸铁,添加PSB的分选效果优于与PSA,结果与实验结果一致。无机聚合电解质（聚合氯化铝和聚合硫酸铁及混合物）可以应用在选择性聚团法中制备超纯煤。在煤油用量为1.19kg·t-1、仲辛醇用量为0.4 kg·t-1和研磨时间为30min的条件下,当PSB用量为287.87 g·t-1时,分选出的超纯煤灰分达到0.63%,精煤产率为66.84%。3.随着聚合氯化铝用量的增加,煤的Zeta电位值不断增加,由-28.7mV增加到-20.63mV。精煤灰分逐渐升高,精煤灰分含量从0.64%增加到0.84%。随着聚合硫酸铁用量的增加,Zeta电位呈现先减少后增加的趋势,由-21.4 mV减少到-25.4 mV后增加到-14.3 mV。精煤灰分含量先由0.76%降低到0.64%再增加到0.92%。结果表明,精煤灰分的变化趋势与电位变化趋势保持一致。说明聚合氯化铝水解生成各种聚合羟基亚稳形态,包括Al（OH）2+、Al（OH）2+、Al3+、Al2（OH）24+、Al3（OH）25+和Al13（OH）27+等正离子,聚合硫酸铁溶液中会产生Fe3+和FeOH2+等阳离子。这些正电荷中和了煤和无机矿物质表面负电荷,导致无机矿物质的双电层压缩,无机矿物质颗粒间发生团聚,减少了无机矿物质对煤颗粒表面的罩盖,从而降低了精煤灰分。同时,提出了无机聚合电解质的网捕作用和吸附作用,对DLVO理论做了补充。4.研究了分散剂（六偏磷酸钠）用量、煤油用量、有机调节剂（醋酸、丙酸、丁酸、马来酸、富马酸和乙二胺四乙酸）和搅拌速度对太西煤精煤灰分和精煤产率的影响。结果表明,分散剂可以应用在选择性聚团法中降低超纯煤灰分,发现乙酸和丙酸作为调整剂可以提高超纯煤的产率,并且不增加超纯煤的灰分。乙酸作为调整剂,精煤产率提高了 19.42%,原煤灰分含量由2.58%降低至0.65%。在六偏磷酸钠用量、搅拌速度、煤油用量分别为1.0g·t-1、1962rpm、1.19 kg·t-1时,选择性聚团法制备的超纯煤最佳,精煤灰分为0.53%,精煤产率可达到40.57%。改变药剂制度,能够获得灰分含量更低的超纯煤,其灰分含量为0.41%。提出了先分散降灰后微泡聚团增产超纯煤的有效方法,同时得到了一种微泡浮选的方法,能够用于细粒煤矿物分离。进一步提出了原位选择性分散微泡聚团制备超纯煤的新工艺,并从理论上论证这一工艺的可行性。5.以聚合硫酸铁为例,采用响应面法对选择性聚团工艺条件进行优化,针对本工艺提出了分级浮选动力学方程,建立了精煤产率、精煤灰分和精煤动力学常数三个指标的回归方程,为实际生产提供理论依据和技术参数。提出了选择性聚团-酸碱耦合脱灰新工艺,确定了工艺条件在酸浓度为1.2mol·L-1,酸量为45ml,温度为80℃,反应时间为60min,碱浓度为5%,碱浸时间为60 min,碱浸温度为200℃时,煤灰分达到最低,脱灰效果最优。灰分由最佳结果0.41%降低到0.05%。选择性聚团-酸碱耦合脱灰工艺获得的超纯煤灰分已达到无灰煤水平。6.明确了无机聚合电解质应用在选择性聚团中的机理,提出了先分散降灰后聚团增产制备超纯煤的理论。接触角测定证明添加聚合氯化铝后煤表面疏水性增强,人工矿物表面亲水性增加,煤与人工矿物表面差异性增大,说明聚合氯化铝有助于煤与无机矿物质的分离。根据DLVO理论计算,添加聚合氯化铝后,聚合氯化铝对煤与蒙脱石分离具有促进作用。对煤与赤铁矿分离失去选择性。添加聚合硫酸铁后,煤聚团效果增强,增加了精煤的产率。加入聚合硫酸铁后,随着颗粒间距离靠近,石英与赤铁矿斥力作用先减少后增加,说明聚合硫酸铁对石英和赤铁矿分离具有选择性。扩展DLVO理论计算表明,当加入聚合氯化铝和醋酸后作用引力增加,颗粒间聚团效果增强,这与粒度分析结果一致。7.通过MS软件建立了无烟煤和煤油模型,模拟了煤油/水/煤体系的能量变化。结果表明,粗糙度越小表面越疏水,少量的煤油疏水性优于大量煤油,调整剂疏水性:丙酸>醋酸>丁酸,这一结果与实验值相符。说明了酸类调整剂分子与煤分子之间的相互作用强弱顺序为少量煤油>大量煤油;丙酸>醋酸>丁酸;20个丙酸分子>40个丙酸分子。不同调整剂体系中煤油分子的MSD曲线斜率大小近似顺序:丙酸/小量煤油>醋酸/少量煤油>丁酸/少量煤油>少量煤油>大量煤油,说明三种酸类调整剂吸附速率的顺序为丙酸>醋酸>丁酸。添加调整剂后相互作用能由强到弱顺序:丁酸>醋酸>丙酸,20个丙酸分子>40个丙酸分子。与实验结果对照发现,相互作用能较弱有利于浮选。介绍了 Spoelstra油团聚模型,并根据模型应用Matlab软件计算相应系数求得油与煤润湿过程油量变化的模型。