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煤炭是我国的主要化石能源,在今后相当长的一段时间内,它在我国一次能源结构中的主导地位不会改变。随着优质煤炭资源的日渐枯竭,低品质煤（如低阶煤和氧化煤）的开采和消费量与日俱增。然而,低阶煤变质程度低,亲水性强可浮性差,通过常规浮选手段很难实现它的高效经济回收。本文针对这一技术难题,以典型的低阶煤为研究对象,围绕“低阶煤浮选表界面特征―活性油泡强化浮选过程―颗粒与气/油泡粘附机制”这条研究主线,首先探讨了低阶煤的表面特征及其难浮机理。其次,针对低阶煤的可浮性特征,开展了油泡的表界面活性强化研究,分析了表面活性剂对油泡的表面张力、粘度、Zeta电位及煤样的润湿热力学等表界面行为的影响,研究了表面活性剂对捕收剂在低阶煤表界面上的吸附行为影响,深入探讨了表面活性剂强化低阶煤浮选的机理。再者,结合扩展的DLVO理论和Stefan-Reynolds模型,拟合估算了气/油泡―低阶煤颗粒间的疏水作用能常数,计算比较了气/油泡与煤粒间的相互作用能,探讨了低阶煤与气泡、油泡间的水化膜薄化特征,阐明了油泡浮选技术强化低阶煤分选的内在机理。最后,结合高速摄像系统和Image Pro Plus软件,研究了颗粒疏水性和表面活性剂对颗粒―气泡/油泡间粘附动态过程的影响,探讨了固体颗粒在气泡和油泡表面的粘附动态过程差异,从而探明了油泡对浮选矿化过程的强化作用及效果。通过本课题的研究,实现了低阶煤的高效浮选回收,显著降低了浮选捕收剂用量,并从宏观热力学和微观粘附动态过程两个方面,深入揭示了活性油泡强化低阶煤浮选矿化过程的机理,对于促进低阶煤浮选技术的发展,进一步丰富和完善低阶煤浮选的基础理论具有重要意义。神东长焰煤的煤质分析结果表明,原煤的氧元素含量为22.07%,在有机质中主要以羟基、羰基、羧基等含氧官能团的形式存在,官能团总含量为30.32%。煤样的可浮性极差,要获得理想的回收率,常规浮选需消耗60 kg/t甚至更高用量的捕收剂。低阶煤表面含氧官能团丰富是造成可浮性差的决定性因素,主要表现为,含氧官能团的极性基团与水分子以氢键形式紧密结合,会在煤表面形成厚厚的水化膜,阻碍浮选矿化过程;而表面形貌粗糙及孔隙结构发达是造成低阶煤难以浮选的另一诱因,主要表现为表面孔隙被水分子填充后,对煤表面的水化膜形成稳固作用。利用表面活性剂对柴油的改性研究结果表明:2-乙基己醇可以在一定程度上提高柴油在煤样表面的润湿速率,当添加量为10%时达到最大值8.92×10-4 g2/s。与2-乙基己醇不同的是,DDAB在柴油中的添加则显著降低了改性柴油对煤样的润湿速率。改性柴油对煤样的润湿能力并不完全随着表面张力的减小而增大,还与其粘度有关。本文通过油泡浮选方法,可实现低阶煤的高效分选,当捕收剂用量为7 kg/t时,获得了可燃体回收率76.82%和精煤灰分7.21%的良好指标,这与常规浮选工艺相比,药耗降低了82.50%。表面活性剂2-乙基己醇和DDAB可以进一步增强油泡的表界面活性,改善油泡浮选效果,使用活性油泡C24和CS1浮选时可燃体回收率分别达到89.27%和88.08%,比普通油泡分别提高了16.21%和15.99%。结合扩展的DLVO理论和Stefan-Reynolds模型,推导估算了煤粒与气泡、油泡间的疏水作用能常数,计算结果表明煤粒与气泡间的疏水作用能常数为-4.19 mJ/m2,约为后者的1/7。煤粒与气泡、油泡间的水化膜薄化到临界厚度所需要的时间分别为193.44和40.00 ms,而液膜破裂、三相接触周边（TPC）的形成与扩展所需时间约占诱导时间的1/5。煤粒与油泡间粘附所需要克服的能垒要远小于煤粒与气泡间的,约为后者的1/15,而前者液膜破裂时的临界厚度也远远大于后者的,约为11.23 nm。疏水表面间的疏水引力是驱动煤粒与气/油泡粘附矿化的决定性因素,油泡极大地增强了传统浮选载体（气泡）与疏水性颗粒间的疏水作用力,这是油泡强化低阶煤浮选矿化过程的内在原因。通过固体颗粒与气泡、油泡粘附动态过程的研究发现,疏水性的玻璃珠M2与气泡碰撞后,水化膜逐渐薄化并于36 ms时破裂,TPC在58 ms时扩展到最大,最终形成稳定的TPC而粘附在气泡底部。而M2与油泡之间的水化膜在28ms左右时破裂,随后TPC迅速扩展,在42 ms时扩展到最大值,最后形成了比在气泡上更大的稳定TPC,在油泡底端形成了更加稳定的粘附。并且,油泡只选择性地增强了对疏水性颗粒的捕收能力,这是油泡浮选过程能够获得良好选择性的关键。而活性油泡C24和CS1可以更大程度地加速水化膜的破裂和TPC的形成与扩展过程,表明进一步缩短了粘附诱导时间,增强了油泡对疏水性颗粒的粘附能力,强化了油泡浮选矿化过程。通过气/油泡在固体表面的粘附行为差异研究发现,普通油泡在光滑有机玻璃板Y3000表面开始形成TPC的时间点为173 ms,这一起始粘附时间远远小于气泡的353 ms,与此同时,完成TPC扩展所需要的时间（32 ms）也远小于气泡的50 ms,并且油泡在Y3000表面的最终TPC长度比气泡的长37.55%。这表明,油膜在气泡表面的包裹增强了气泡与Y3000表面间的粘附力,加速了水化膜的薄化、破裂和TPC的形成及扩展过程,同时还增大了在Y3000表面的粘附强度。而表面活性剂可以进一步地促进油泡在Y3000表面的铺展和粘附,但过量的DDAB会极大地阻碍捕收剂在Y3000表面的铺展,降低油泡在固体表面的粘附效率。该论文有图121幅,表16个,参考文献221篇。