磁铁矿颗粒气固流化床中高效分选原煤下限尺寸的理论与实验研究

本研究针对传统气固流化床（ADMFB）分选6 mm以下细粒原煤效率低的问题，通过建立理论判据和实验验证，首次明确了磁铁矿介质粒径与原料煤下限尺寸（dpRm ）的定量关系，确定259 μm为高效分选临界值，揭示了重矿物（dpGm ）与轻矿物（dpCm ）的竞争机制，为细粒煤干法分选工艺优化提供重要理论支撑。

　　

在煤炭开采和利用过程中，矸石杂质的存在不仅降低燃烧效率，还会导致二氧化硫排放和灰分污染等环境问题。传统湿法分选虽然效果稳定，但耗水量大且在干旱、寒冷地区应用受限。气固流化床分选技术（ADMFB）作为干法分选的代表，凭借其节水环保优势备受关注，但长期以来对6 mm以下细粒煤的分选效率低下，这一"尺寸效应"成为制约技术推广的瓶颈。

为解决这一难题，山东高校的研究团队在《Chinese Journal of Chemical Engineering》发表重要成果。研究通过理论建模与实验验证相结合，创新性地建立了原煤分选下限尺寸（d_pRm
）的判定标准。关键技术包括：采用两种定制流化床装置（40 mm直径透明柱体）观测颗粒运动轨迹；通过高斯计测量磁铁矿流化状态；系统测试47.1-300 μm四种粒径磁铁矿的流化特性（ρ_bM
）；设计分层取样实验定量分析煤/矸石颗粒分布规律。

【理论框架】
研究提出d_pRm
取决于矸石最小沉降尺寸（d_pGm
）与煤粒最小上浮尺寸（d_pCc
）的竞争关系。当磁铁矿粒径减至47.1 μm（Geldart-A/B类分界点）时，发现<9.8 μm的煤粒会被气流夹带，而矸石需>259 μm才能稳定沉降至下半床层。

【实验验证】
流化实验显示，磁铁矿表观密度（ρ_bM
）始终<2400 kg·m^-3
，保证矸石（ρ_pG
=2613 kg·m^-3
）必然沉降。分层取样证实，>259 μm的矸石在下半床层富集度>50%，而煤粒在上半床层富集现象与尺寸无关，但<9.8 μm煤粒会因介质未流化前就被吹出。

【结论与意义】
研究最终确定ADMFB分选原煤的临界尺寸为259 μm，突破传统认知中6 mm的限制。特别发现矸石颗粒的返混（remixing）是影响细粒分选的主因，这为优化介质循环系统提供方向。该成果不仅解决工业实践中细粒煤分选难题，更建立了首个定量判定标准，对推动干法分选技术在缺水地区的应用具有重要工程价值。