粗粒低品位煤的油膜增强浮选特性研究：实验分析、扩展的DLVO理论及Stefan-Reynolds模型解析

《Fuel》：Investigation of oily bubble–enhanced flotation characteristics of coarse low-rank coal: Experimental insight, extended DLVO theory, and Stefan–Reynolds model analysis

低阶煤浮选效率提升研究通过油性气泡技术实现，结合实验与理论模型分析，发现油性气泡因极性成分减少产生吸引力，显著提高粗颗粒回收率至78.94%，较传统方法提升5.66个百分点。

　　在当前的能源需求日益增长的背景下，低阶煤作为一种重要的能源资源，其高效回收成为煤炭工业研究的重点之一。低阶煤由于其较低的热值和较高的水分含量，通常被认为在选煤过程中具有较大的技术挑战。尤其是在粗粒低阶煤的浮选过程中，传统浮选技术往往难以实现理想的回收率，这不仅影响了煤炭资源的利用率，也对环境保护和可持续发展提出了更高的要求。本文的研究旨在通过引入一种创新的油泡技术，探讨其在提升粗粒低阶煤浮选效率方面的潜力，从而为煤炭工业提供新的技术路径。

研究团队通过实验表征与先进的理论建模相结合的方式，对油泡技术在粗粒低阶煤浮选中的应用进行了系统分析。实验结果显示，低阶煤表面富含氧官能团和羟基，其中氧官能团占比达到53.43%，羟基占比为38.14%。这些官能团的存在通常会对浮选效率产生负面影响，因为它们增强了煤颗粒的亲水性，降低了其与气泡之间的相互作用力。然而，油泡技术的应用为这一问题提供了新的解决方案。通过水力空化方法生成的油泡，其表面特性与传统气泡存在显著差异，从而在浮选过程中表现出更优的性能。

从理论层面来看，研究团队引入了扩展的DLVO理论，该理论用于分析气泡与煤颗粒之间的相互作用力。传统的DLVO理论主要关注于电荷排斥和范德华引力之间的平衡，而扩展的DLVO理论则进一步考虑了煤颗粒表面的疏水性。结果显示，油泡在与煤颗粒相互作用时，能够形成具有负总能量势垒的吸引性相互作用，而传统气泡则表现出正的排斥性能量势垒。这一发现表明，油泡技术能够有效克服低阶煤表面亲水性带来的浮选障碍，从而提高其与气泡之间的附着能力和运输效率。

此外，研究团队还应用了Stefan-Reynolds模型，以分析油泡在浮选过程中对湿润膜排水速度的影响。模型结果表明，油泡能够显著加快湿润膜的排水过程，其排水速度比传统气泡快3.6倍。这一现象主要归因于油泡表面的疏水性特性，使得煤颗粒更容易脱离湿润膜，进而与气泡结合并被携带至泡沫层。通过这种机制，油泡技术在提升粗粒低阶煤浮选回收率方面展现出独特的优势。

实验数据进一步验证了油泡技术在粗粒低阶煤浮选中的有效性。研究团队对粒径范围为1.00–0.75毫米的粗粒低阶煤进行了浮选测试，结果表明，使用油泡作为浮选载体时，煤颗粒的回收率达到了78.94%，而传统气泡的回收率仅为73.28%。这一显著的提升不仅表明了油泡技术在浮选效率上的优势，也为煤炭工业提供了一种更高效的选煤方法。更重要的是，油泡技术的引入为低阶煤的资源化利用提供了新的思路，有助于实现煤炭资源的可持续开发。

在实验过程中，研究团队还对油泡的生成方法进行了优化。通过水力空化技术，能够有效地生成具有特定物理化学性质的油泡。水力空化是一种利用高压水流在管道中形成空化气泡的技术，其产生的油泡具有较小的极性成分，这使得油泡在与煤颗粒相互作用时表现出更强的疏水性。实验数据显示，油泡的极性成分仅为46.88%，而传统气泡的极性成分则高达0.82%。这种差异导致了油泡在浮选过程中能够更有效地与煤颗粒结合，从而提高了浮选效率。

与此同时，研究团队还对低阶煤的物理化学特性进行了深入分析。通过实验表征，团队对低阶煤的粒径分布、最终分析和近似分析进行了系统研究。这些分析不仅有助于理解低阶煤的组成特性，也为后续的浮选实验提供了重要的理论依据。此外，研究团队还对低阶煤表面的氧官能团和羟基进行了详细研究，揭示了这些官能团在浮选过程中的作用机制。通过这些研究，团队能够更准确地预测油泡与煤颗粒之间的相互作用行为，从而优化浮选工艺。

在实际应用中，油泡技术的引入不仅提高了粗粒低阶煤的浮选回收率，还为煤炭工业带来了环境和经济上的双重效益。首先，油泡技术能够减少传统浮选过程中所需的化学药剂用量，从而降低对环境的污染。其次，油泡技术的实施有助于提高煤炭的综合利用率，减少资源浪费。此外，油泡技术的推广还有助于推动煤炭工业向更加环保和可持续的方向发展，符合当前全球对绿色能源和环保技术的需求。

值得注意的是，油泡技术的推广还需要克服一些技术挑战。例如，油泡的生成和稳定化过程需要精确的工艺控制，以确保其在浮选过程中的有效性。此外，油泡的物理化学特性可能会受到多种因素的影响，如油品的选择、水力空化条件、pH值等。因此，未来的研究需要进一步探索这些因素对油泡浮选性能的影响，以优化技术参数并提高应用的稳定性。

从行业应用的角度来看，油泡技术在粗粒低阶煤浮选中的成功应用，为煤炭工业提供了一种新的解决方案。特别是在当前全球能源转型的背景下，低阶煤的高效回收对于提高煤炭资源利用率、减少能源浪费以及实现环保目标具有重要意义。油泡技术的引入不仅有助于解决传统浮选技术中的难题，还能够为煤炭工业的可持续发展提供新的技术支持。

为了验证油泡技术的实际应用效果，研究团队还进行了广泛的实验测试。这些测试不仅包括对煤颗粒与气泡之间相互作用的定量分析，还涵盖了对浮选过程动力学行为的深入研究。通过这些实验，团队能够全面评估油泡技术在不同条件下的性能表现，并为后续的工业应用提供可靠的数据支持。同时，实验结果还表明，油泡技术在提高粗粒低阶煤浮选回收率方面具有显著的潜力，其应用前景广阔。

除了实验测试，研究团队还结合理论模型对油泡浮选的机理进行了深入探讨。通过扩展的DLVO理论和Stefan-Reynolds模型，团队能够更全面地理解油泡与煤颗粒之间的相互作用机制。这些理论模型不仅为实验结果提供了合理的解释，还能够预测油泡浮选在不同条件下的性能表现。通过理论建模与实验数据的结合，团队能够更准确地评估油泡技术的可行性，并为其在实际工业中的应用提供科学依据。

综上所述，本文的研究为粗粒低阶煤的高效浮选提供了新的思路和技术路径。通过引入油泡技术，研究团队成功克服了传统浮选方法中的一些技术瓶颈，提高了煤颗粒的回收率。这一研究成果不仅具有重要的学术价值，也为煤炭工业的可持续发展提供了有力的技术支持。未来，随着油泡生成技术的进一步优化和浮选工艺的不断完善，油泡技术有望在煤炭工业中得到更广泛的应用，从而推动煤炭资源的高效利用和环境保护的协同发展。