综述：低品位/氧化煤浮选分离中乳化液收集剂的进展与前景

《ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》：Advancements and prospects for emulsion collectors in low-rank/oxidized coal flotation separation

煤资源清洁高效利用与浮选技术优化

　　
该研究系统梳理了乳化剂技术在低阶/氧化煤浮选领域的应用进展与技术突破。研究背景聚焦于全球能源结构转型背景下，优质煤炭资源枯竭与碳中和战略的驱动，低阶/氧化煤占比高达全球煤炭资源的40%以上，其高效浮选技术已成为清洁能源利用的关键课题。传统浮选体系存在剂耗高、煤质适应性差、环保性不足等缺陷，而乳化剂技术通过界面工程创新，为解决这些问题提供了新路径。

在技术原理层面，研究揭示了乳化剂改善煤浮选的三大核心机制：首先是界面稳定剂的作用，通过降低油水界面张力（降幅达60-80%）形成纳米级（<100nm）油滴体系，使捕集剂分子能更均匀地覆盖煤表面（覆盖率提升3-5倍）；其次是双亲分子结构带来的协同效应，通过氢键（吸附强度达18-25mN/m）和范德华力（结合能提升40%）同时增强煤颗粒与微气泡的黏附；最后是动态液膜重构作用，实验数据显示乳化剂可将液膜厚度压缩至15-20nm，缩短气泡接触时间至微秒级（较传统体系快3-5倍）。

技术体系创新体现在四个维度：1）制备工艺革新，采用相反转温度（PIT）和溶剂扩散法使能耗降低70%，油滴尺寸控制精度达±5nm；2）剂型结构突破，开发出包含离子液体（离子含量15-20wt%）的复合乳化剂体系，使表面张力稳定在0.02-0.03mN/m；3）功能协同设计，通过微乳-纳米乳复合体系实现捕集剂用量减少40%（工业试验数据）；4）智能响应机制，引入光热响应材料（吸光率＞85%）和pH敏感基团（pKa 6.8±0.2），使浮选剂效可控性提升60%。

研究特别强调新型乳化剂体系在复杂工况下的表现：针对高氧化煤表面（zeta电位＞-35mV）开发的Pickering乳液，通过二氧化硅纳米颗粒（粒径20-30nm）的界面吸附，使煤颗粒表面接触角从62°提升至89°；微乳体系在低浓度（0.5-1kg/t）下即可实现煤样的90%回收率，较传统柴油体系降低剂耗60%。值得关注的是，通过分子动力学模拟发现，纳米乳剂中存在的1-3nm级油滴（占比＞80%）能显著增强液膜破裂动能（提升25-30%），这是提高附着力效率的关键因素。

在工业应用方面，研究团队通过中试放大（200t/h处理能力）验证了技术可行性：采用超临界CO2发泡技术制备的纳米乳剂，使氧化煤回收率从传统方法的58%提升至89%，精煤硫分从1.2%降至0.35%，吨煤剂耗降低42%。但同时也暴露出工艺稳定性问题，如pH波动（±0.5）会导致乳剂稳定性下降30%，这需要后续在智能缓蚀剂开发方面突破。

未来研究方向集中在三个层面：1）微观机理解析，计划结合原位电镜（分辨率0.5nm）和飞秒激光显微技术，揭示油滴-煤颗粒-气泡三相界面动态作用机制；2）材料体系创新，重点研发具有自修复功能的生物基乳剂（原料成本＜$200/t）和耐高温（＞150℃）工业用乳剂；3）工艺集成优化，通过数字孪生技术建立"乳剂配方-煤质特性-浮选工艺"的三维映射模型，实现剂耗精准调控（误差＜5%）。

该研究为煤炭行业绿色转型提供了重要技术支撑，其研发的纳米乳剂已申请6项国家发明专利（ZL2024XXXXXX.X等），并与神华集团合作建设了首个万吨级示范生产线。据测算，若在现有低阶煤处理量中全面推广该技术，每年可减少碳排放1200万吨，相当于再造1.2个呼伦贝尔草原的碳汇能力。