超纯煤的制备与应用是清洁能源技术的重要方面之一。超纯煤灰分一般低于1%,可以作为合成高附加值炭材料和液体燃料的原料。超纯煤的制备及应用可有效的降低燃煤造成的环境污染,增加煤炭的利用价值,提升煤炭的经济社会效益。本文以太西无烟煤、神东长焰煤为样品,研究了原料煤的矿物质组成及有机质与矿物质的物理赋存关系、不同粒度样品的煤基质和矿物质的解离情况、超细粉碎过程中煤颗粒的物理化学性质变化规律、超细煤颗粒浮选深度脱灰特性以及浮选-化学联合深度脱灰方法进一步深度脱灰、提纯超纯煤样品的机理。本研究获得的主要结论如下:1、样品中矿物质组成及有机质与矿物质的物理赋存关系1)太西无烟煤中碳酸盐矿物嵌布粒度较大,以层片状赋存,主要以白云石为主,夹杂部分方解石。硅酸盐矿物粒度较小,呈浸染状嵌布在煤基质中。2)神东长焰煤中方解石以碎屑颗粒形式嵌布,且嵌布粒度最大可达20μm左右。石英以单体颗粒的形式嵌布,嵌布粒度约10μm。神东长焰煤中含有较多的高岭石矿物,大部分嵌布粒度很大,以层片的形式嵌布,也有部分粒度较小的高岭石,以浸染状嵌布在煤基质中。2、超细粉碎颗粒的性质特征研究1)太西无烟煤磨矿60min时,样品的体积平均粒径D[4,3]已经小于10μm,为8.01μm。当磨矿时间达到180min时,样品的粒度分布出现双峰分布形式,煤颗粒团聚比较严重。神东长焰煤磨矿30min时,样品的体积平均粒径D[4,3]为10.48μm,磨矿时间继续增加时,粒径变化相对缓慢。2)随着磨矿时间增加、颗粒粒径减小,样品中的大孔遭到破坏形成更小的孔结构,颗粒内微孔含量增大,新的表面产生,导致太西无烟煤和神东长焰煤的比表面积都逐渐增大,平均孔径减小、孔容也增大。3)太西无烟煤和神东长焰煤样品随着磨矿时间的增加、煤颗粒粒径减小,其接触角逐渐减小,煤颗粒表面的疏水性减弱,煤颗粒的表面张力在增大,煤-水界面的表面张力在减小,煤颗粒与水的粘附功都在逐渐增大,颗粒表面容易被润湿。4)太西无烟煤和神东长焰煤样品随着煤颗粒粒径减小,颗粒的比表面积和表面能增加,颗粒表面的反应活性会增强,氧化速率也会增加,使煤颗粒表面的含氧官能团增多,疏水性减弱,电负性增强,颗粒表面的水化膜增厚,不利于浮选药剂在煤颗粒表面的吸附,增加了颗粒与气泡附着难度,使超细颗粒的可浮性下降。5)通过浮沉实验法和酸碱脱灰法分析微细解离过程中煤基质与矿物质的解离效果,太西无烟煤样品在粒度小于10μm时,煤基质与矿物质已经得到很好的解离。认为磨矿60min的太西无烟煤超细颗粒（D[4,3]在8μm左右）较适合用于后续浮选实验。神东长焰煤样品的粒度大约在10μm时,煤基质与矿物质已经得到很好的解离,即磨矿30min的神东长焰煤超细颗粒（D[4,3]为10.48μm）较适合用于后续浮选实验。6)建立煤中有机质与矿物质微细解离描述模型。3、超细煤颗粒的浮选分离特性1)通过超细太西无烟煤颗粒的微泡浮选优化实验得出,捕收剂用量3.36kg/t、起泡剂用量1.81kg/t和调浆强度4560r/min时,浮选效果较理想,得到超纯煤灰分最低,灰分Ad为0.52%,精煤产率66.25%。通过对浮选精煤的微观结构表征发现,限制超细太西无烟煤颗粒微泡浮选深度脱灰的因素:一是浮选精煤中存在连生体颗粒,其粒度基本小于2μm,有机质占95%以上而无机矿物质（硅铝酸盐矿物）只占一小部分。二是黏土矿物质（高岭石和伊利石）在浮选过程中易发生细泥罩盖现象,通过粘附到较大的有机质颗粒上进入浮选精煤。2)通过超细神东长焰煤颗粒的微泡浮选优化实验得出,捕收剂用量2.31kg/t、起泡剂用量9.24kg/t和机械搅拌速度2400r/min时,浮选效果较理想,得到灰分1.26%,精煤产率84.63%的超纯煤。神东长焰煤微泡浮选深度脱灰效果差主要是因为样品中的高岭石属于黏土矿物,在水中易发生泥化,在浮选过程中易发生细泥夹带和细泥罩盖污染精煤;而且神东长焰煤表面含氧官能团多,亲水性强,经超细粉碎后疏水性更差,降低了浮选药剂的选择性,也导致浮选脱灰效果较差。3)通过超细太西无烟煤颗粒的聚团浮选实验得出,在机械搅拌速度为5500r/min、机械搅拌时间为10min,仲辛醇添加量0.33kg/t、煤油添加量8kg/t,矿浆p H值为2时,浮选精煤灰分最低,Ad为0.77%,产率为42.06%。在浮选精煤中含有石英和硅铝酸盐矿物,以连生体颗粒形式存在,其粒度小于2μm。在调浆形成絮团的过程中,连生体颗粒很容易进入絮团而被分选出来。4)通过超细神东长焰煤颗粒的聚团浮选实验得出,机械搅拌速度为4000r/min、机械搅拌时间为15min,矿浆p H值为2,仲辛醇加入量4.91kg/t,捕收剂加入量为24kg/t,在此浮选条件下,得到的超纯煤灰分Ad为1.71%,产率为61.48%。同时研究表明将司盘-80或曲拉通X-100加入捕收剂中乳化后使用效果要比单独使用捕收剂效果要好。当司盘-80用量为1.5%时,超纯煤灰分为1.57%,产率为78.86%。当曲拉通X-100用量为1%时,超纯煤灰分为1.59%,产率为65.26%。尽管Tween-80表面活性剂也能显著提高精煤产率,但是它降低乳化煤油的选择性,导致精煤灰分增加。4、超细煤颗粒的浮选-化学联合深度脱灰方法建立1)样品粒度对太西无烟煤脱矿效果有显著的影响,随着样品粒度减小,样品灰分逐渐降低,当样品粒度为D[4,3]=8.01μm,脱矿效果最佳,能得到脱矿率86.81%、灰分（Ad）0.36%的脱矿样品。太西无烟煤中低反应活性的石英和伊利石以及被煤基质包裹的微细硅酸盐矿物影响太西无烟煤的化学深度脱灰。2)由于神东长焰煤孔隙较发达,矿物质种类较单一,适合直接采用温和的酸碱脱灰方法制备超纯煤,能得到灰分Ad为0.13%,发热量30.55MJ/kg的超纯煤。3)基于微泡浮选方法和Na OH-HCl方法在太西无烟煤深度脱矿过程中存在的极限问题,提出浮选-化学联合深度脱灰方法对太西无烟煤进一步深度脱灰,首先通过浮选预处理减少石英和伊利石等低反应活性的矿物质总量,再将浮选精煤中存在的矿物质与Na OH反应生成水溶性的硅酸钠和易溶于酸的硅铝酸钠而被脱除,并以此构建了浮选-化学联合方法深度脱灰历程描述模型,最终得到超低灰（0.12%）、高碳、高发热量的超纯煤样品。