振动作用下湿细煤粒解附机制及其对干法筛分效率的优化研究

针对湿细煤干法筛分效率低的核心难题，研究人员通过自主研发的振动解附装置，系统研究了水分含量、脉石矿物组成及振动参数对-3 mm湿细煤颗粒解附行为的影响。发现煤系高岭石显著增强颗粒粘附性，而振动强度与解附率呈正相关，为优化振动筛设计及提升筛分效率提供了理论依据。

　　

煤炭作为重要能源，其高效分选一直是工业界关注的焦点。随着优质煤资源减少和环保要求提高，喷淋降尘导致的原煤水分上升引发新问题——湿细煤颗粒（-3 mm）因水分产生的液体桥力（liquid bridge force）粘附在粗颗粒表面，造成筛孔堵塞，筛分效率骤降。传统湿法选煤耗水高、污染大，而现有干法筛分技术对湿细煤的深度筛分（3 mm分级）始终未能突破，成为制约清洁煤技术发展的瓶颈。

中国矿业大学（根据基金项目"中央高校基本科研业务费"推断）的研究团队独辟蹊径，不再局限于大型振动筛的宏观性能研究，而是聚焦微观尺度，通过自主设计的振动解附装置，首次系统揭示了湿细煤颗粒从粗煤表面脱离的动力学机制。这项发表于《Powder Technology》的研究，创新性地将煤系脉石矿物（如高岭石、方解石）纳入粘附行为分析，并采用高速摄像技术捕捉解附过程，为开发新一代高效干法筛分设备提供了关键理论支撑。

研究采用多学科交叉技术：①定制化振动解附装置（含振幅调节装置和伸缩轴结构）模拟工业筛分条件；②离散元法（DEM）结合液体桥力模型分析颗粒团聚行为；③六种粒径分级（0-0.5 mm至2.5-3 mm）的湿细煤在不同含水率下的粘附质量测试；④Q235钢、聚氨酯和煤块三种基底材料的对比实验。

【实验系统】

通过可调节振幅（0-5 mm）和频率（0-50 Hz）的曲柄连杆机构，精确控制振动参数。伸缩轴限定垂直运动，确保振动能量定向传递，高速摄像机（1000 fps）记录解附动态过程。

【颗粒粒径与水分含量】

发现水分含量存在临界阈值：当达到浆态（slurry state）时，粘附质量突增。0.5-1 mm颗粒在含水率8%时粘附量最大（较干燥状态增加320%），而2.5-3 mm颗粒仅增加150%，证实细颗粒对水分更敏感。

【结论】

研究取得三大突破：①首次明确煤系高岭石通过增强液桥粘度抑制解附，含方解石颗粒解附率比高岭石体系高40%；②振动参数优化法则——振幅需达3 mm以上才能突破粘附能垒，持续振动120秒后解附率趋于稳定；③基底材料选择上，Q235钢因表面能高使解附率比煤块基底提升25%，但聚氨酯弹性表面可减少颗粒二次粘附。

该研究从微观机制上解释了工业筛分中"糊筛"现象的本质，提出的"振动强度-矿物组成-水分含量"三维调控模型，已被应用于新型刚性-柔性复合筛面（R-FRVS）的研发。更深远的意义在于，为复杂组分颗粒体系的固-液-气三相界面行为研究提供了新范式，这种思路可延伸至矿物加工、制药等领域湿粉体的分级处理。基金支持显示，该成果正通过安徽重大科技专项（202103c08020007）进行产业化转化，预计可使3 mm湿煤筛分效率从现行58%提升至82%以上。