《Separations》：Separation of Residual Combustible Matter from Coal Gasification Fine Slag Using a Combined Supergravity-Sieving Process Enhanced by Ultrasonic Dispersion
编辑推荐：
煤气化细渣（coal gasification fine slag, CGFS）的资源化利用对于减少固体废物并促进煤化工行业高值化利用至关重要。针对残余可燃质（residual combustible matter；焦炭（coke））与玻璃微球（glass m
煤气化细渣（coal gasification fine slag, CGFS）的资源化利用对于减少固体废物并促进煤化工行业高值化利用至关重要。针对残余可燃质（residual combustible matter；焦炭（coke））与玻璃微球（glass microspheres）之间紧密嵌布、限制常规物理分离效果的问题，该研究提出一种超声分散（ultrasonic dispersion）强化的超重力-筛分联合分离工艺（combined supergravity-sieving separation process）。系统研究了超声空化（ultrasonic cavitation）产生的强机械剪切力对CGFS中异质团聚体（heterogeneous agglomerates）解聚及表面清洁的影响，并考察了解离颗粒在离心场（centrifugal field）中的沉降分离机制。实验结果表明，超声预处理可破坏可燃质与灰颗粒之间的物理包覆和团聚约束，为后续超重力场中的高效分离创造有利前提。在优化预处理条件下，经超声-超重力-筛分联合工艺获得的最终精矿烧失量（loss on ignition, LOI）为84.04%，较单独超重力分离提高18.52%。此外，加入湿法筛分（wet sieving）后，超声解离出的微细无机灰被有效去除，有助于残余可燃质的富集与回收。该研究提供了与所提出联合工艺机制相符的微观证据，并为从CGFS中高效回收有价可燃质提供了可行的技术途径。
煤化工气化技术是煤炭清洁利用的重要途径，但会产生大量煤气化渣，其中细渣（CGFS）因残余可燃质含量相对较高而具有资源回收潜力。常规浮选受细渣表面性质复杂、药剂消耗高和选择性差等限制，常规重力分选则受最小可处理粒度和细粒分离精度制约；同时，CGFS中残余可燃质与无机灰、玻璃微球之间存在强物理包覆和紧密嵌布，仅依靠强化力场难以实现深度解离。因此，该研究提出超声分散强化超重力-筛分联合工艺，旨在通过超声空化产生的局部冲击波和强机械剪切力破坏异质团聚体、清洁颗粒表面，再利用超重力离心场强化按密度沉降差异，并通过湿法筛分去除解离出的微细无机灰，从而提高残余可燃质品位。研究人员系统考察了超声功率与处理时间、超重力转速与喷射水压以及后续湿法筛分对分离指标的影响，并结合扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）和能谱仪（energy-dispersive X-ray spectrometer, EDS）揭示颗粒形貌和表面元素演化。结果表明，联合工艺最终精矿LOI达84.04%，较单独超重力分离的65.52%提高18.52%，产率为61.22%、可燃体回收率为87.20%。该研究为CGFS减量化和高值资源化提供了微观证据和可行技术路径。
关键技术方法（不超过250字）：研究所用CGFS样品来自陕西榆林某煤化工企业，实验粒级为0.125–0.5 mm。采用探针式超声处理器（20 kHz）进行预处理，以50 g样品、100 g/L矿浆浓度考察20–100 W功率和30–150 s时间；采用超重力分离器考察转速和喷射水压，优化基线为472 r/min、0.03 MPa；联合流程中加入0.125 mm湿法筛分。通过工业分析、X射线荧光（X-ray fluorescence, XRF）、SEM-EDS、灰分、LOI、精矿产率和可燃体回收率评价分离效果。
3.1 分离结果与对比分析
3.1.1 超重力分离参数优化：研究人员对未超声原渣开展超重力分离试验，考察转速和喷射水压对精矿产率、LOI和可燃体回收率的影响，得出精矿产率在55.66%–97.71%波动、LOI总体为58.77%–67.66%、可燃体回收率为61.22%–99.34%；在472 r/min、0.03 MPa时可燃体回收率为99.34%、LOI为65.52%，故将该条件作为后续强化分离基线。
3.1.2 超声预处理条件确定：在优化超重力条件下考察超声功率和处理时间对溢流精矿LOI的影响，得出随着功率由20 W增至100 W，LOI先升后降并在80 W达到最大；固定80 W时，处理时间30 s时LOI最高，延长后波动下降；据此确定80 W、30 s为最优超声预处理条件。
3.1.3 多工艺协同强化效果对比分析：研究人员在相同超重力条件下比较仅分离、超声+分离、分离+筛分、超声+分离+筛分四种场景，得出精矿产率由89.47%逐步降至61.22%，LOI由65.52%升至84.04%，可燃体回收率由99.34%降至87.20%；其中超声+分离和分离+筛分的LOI分别为73.83%和75.69%，联合工艺最高，说明超声分散和湿法筛分协同提高精矿品位，但存在品位-回收率权衡。
3.2 超声分散强化超重力-筛分工艺的分离机制
3.2.1 颗粒微观形貌演化：通过SEM比较原样、仅超重力、仅超声以及超声+超重力+筛分样品的形貌，得出原样中多孔残余可燃质与微细灰紧密黏附，玻璃微球附着并深嵌于孔隙；仅超重力后表面松散附着减少但深槽孔隙中仍嵌有玻璃微球；仅超声后异质团聚被显著破坏、灰污染层大面积剥离、离散颗粒增多，但解离灰仍留在体系中；联合工艺后残余可燃质表面更清洁、多孔骨架更清晰、孔内游离玻璃微球少见，与精矿产率下降和LOI升高相一致。
3.2.2 颗粒表面元素分布与含量分析：通过EDS元素面扫和点谱分析发现，原样表面C含量为69.47 wt%、Si为4.39 wt%，无机灰元素与C信号重叠明显；仅超重力后表面微区C升至86.88 wt%，但局部元素分析与体相LOI存在差异，说明单一反冲洗难以完全去除深部高密度无机杂质；仅超声后表面微区Si为10.12 wt%，高于原样，且无后续分离；联合工艺后表面微区C达92.59 wt%，Si为0.96 wt%、Al为0.24 wt%，支持联合过程对残余可燃质的富集。
讨论部分表明，随着工艺逐步强化，精矿产率下降、LOI升高、可燃体回收率下降，呈现典型品位-回收率权衡。原文指出，超声在破坏异质团聚包覆结构的同时，可能引起松散残余可燃质骨架二次泥化，使微细可燃颗粒在超重力底流或0.125 mm湿法筛分中损失；但超声预分散与湿法筛分可缓解细灰夹带，提高分离选择性和超重力提质效率。SEM-EDS观察与体相LOI结果共同支持联合工艺对残余可燃质的富集，并为CGFS高效回收有价可燃质提供可行技术路径。
研究结论翻译：
（1）SEM微观表征表明，超声预处理促进CGFS中异质团聚体分散，减少可燃颗粒表面微细灰污染层，与可燃质-灰团聚体部分解离相一致。
（2）确定最优超声预处理操作窗口为功率80 W、处理时间30 s；在此条件下，超声-超重力-筛分联合工艺提高了精矿质量；与未预处理直接分离相比，最终精矿LOI由65.52%显著提高至84.04%。
（3）针对细灰夹带问题，耦合0.125 mm湿法筛分阶段对最终产品纯化是必要的；通过该多级物理强化过程，最终获得产率61.22%、可燃体回收率87.20%的高品位精矿，证实超声分散强化超重力-筛分策略在提升残余可燃质质量方面具有深度强化潜力。
