我国低阶煤资源丰富,产量巨大,已成为我国煤炭生产和供应的重要组成部分。但由于低阶煤可浮性差、浮选矿化困难、易形成细泥夹带以及浮选过程中烃类油捕收剂的消耗量大等问题,故其浮选工艺仍停留在实验室试验阶段。针对以上问题,本文选取神东矿区大柳塔及煤制油选煤厂的低阶煤煤泥为研究对象,在其相关煤质分析的基础上,研究了其表面特性和润湿热力学行为,设计了气/油泡在低阶煤表面铺展行为研究的摄像分析系统。通过高速摄像和原子力显微镜技术(AFM),分析了气/油泡在不同粗糙度低阶煤表面的三相接触周边(TPC)形成过程;采用流体动力学及分子-动力学模型拟合了气/油泡在不同粗糙度低阶煤表面铺展过程。在低阶煤颗粒-气/油泡间诱导时间测试的基础上,通过扩展DLVO理论及Stefan-Reynolds液膜薄化方程,拟合计算了低阶煤颗粒-气/油泡间的疏水力常数(K132)。通过低阶煤颗粒-气/油泡的浮选速率试验,并利用Sutherland理论中关于固体颗粒进入泡沫产品的总概率(E)和浮选速率常数(k)之间关系,计算得到了低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间。此外,利用高速摄像技术,测试了低阶煤颗粒在气泡及油泡表面滑动的角速度和滑动时间,以及单个气泡及油泡在表面活性剂溶液中的上升速度、消泡时间。这些研究成果,丰富了低阶煤油泡浮选理论,对于低阶煤浮选的工业应用具有重要指导意义。本文利用了XRD、SEM、BET、FT-IR、XPS及IT(诱导时间仪),全面分析了低阶煤煤样矿物质组成、表面形貌、比表面孔隙和比表面积、表面含氧官能团及其表面亲疏水性,并研究了低阶煤表面润湿性及其可浮性。结果表明:煤样的干燥无灰基氧(Odaf)含量(27.24%)显著,表明其煤基质中含氧官能团较为丰富。低阶煤煤样中含有较多的亲水性-OH、>C=O和C-O等含氧官能团,以及Si-O-Si、Si-O-Al和Fe S2等成灰矿物。全粒级煤样的含氧官能团主要以羰基(C=O)和羧基(O=C-O)形式存在。-1.3 g/cm3低阶煤表面的碳和氧的含量分别为82.56%和15.86%,而铝和硅的总量仅为1.58%,并且-1.3 g/cm3低阶煤煤样的灰分仅为1.91%。因此,-1.3 g/cm3密度级的煤样表面含有很少的亲水性矿物质,降低了低阶煤的异质组分对后续气/油泡在低阶煤表面的铺展试验以及颗粒-气/油泡间的粘附作用试验的影响。通过高速摄像及原子力显微镜(AFM)技术,比较了气/油泡在不同粗糙度低阶煤表面上铺展过程的差异性,研究发现油泡在低阶煤光滑表面上的铺展速率明显高于气泡的铺展速率,并且油泡及气泡在前20 ms分别完成了整个铺展过程的97.58%和70.73%。疏水力常数(K132)拟合结果表明,当十二烷胺盐酸盐(DAH)溶液的浓度为5×10-5 mol/L时,低阶煤颗粒-油泡间的疏水力常数(K132)约为低阶煤颗粒-气泡间的疏水力常数(K132)的3倍;当DAH溶液的浓度为10-6 mol/L时,前者是后者的15倍。因此,油泡表面较气泡具有更强的疏水性质。除了DAH溶液浓度为10-3 mol/L外,低阶煤颗粒-油泡间的静电作用力与疏水作用力的比值(Eedl/Ehyd)均低于低阶煤颗粒-气泡泡间的比值(Eedl/Ehyd)。这表明低阶煤颗粒-油泡间的疏水作用能(Ehyd)高于低阶煤颗粒-气泡泡间的疏水作用能(Ehyd),同时也证实油泡表面的疏水性强于气泡表面的疏水性。在相同的捕收剂消耗量下,低阶煤在气泡浮选和油泡浮选中的最大产率分别为25.99%和95.69%;低阶煤颗粒-气泡/油泡间的浮选速率常数分别为1.35 min-1和2.30 min-1。这表明油泡表面的疏水性要强于气泡表面的疏水性,从而,低阶煤颗粒-油泡间的浮选效果要远好于低阶煤颗粒-气泡间的浮选效果。油泡在去离子水溶液及DAH溶液中上升速度要明显低于气泡在其两种溶液中的上升速度,并且其在去离子水溶液及DAH溶液中的寿命周期也明显低于气泡的寿命周期。低阶煤颗粒在固定油泡表面的滑动角速度明显高于低阶煤颗粒在固定气泡表面的滑动角速度。同时,由诱导时间分析结果也可看出,低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间明显低于低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间。因此,在浮选过程中油泡表面的疏水性要优于气泡表面的疏水性。低阶煤颗粒在上升气/油泡表面滑动时间的测试结果表明,当颗粒-气/油泡间的碰撞接触角从约3°增加到61°时,低阶煤颗粒在油泡表面上的滑动时间总是低于在气泡表面上的滑动时间。当碰撞接触角大于61°时,未观察到低阶煤颗粒与气泡的粘附现象,但能观察到低阶煤颗粒与油泡产生碰撞粘附。低阶煤颗粒从碰撞接触角为0°时滑动到油泡底部的时间的一半比颗粒从碰撞接触角为90°时滑动到油泡底部的时间高出约7 ms。这主要是由于油泡在上升过程中,其顶部的煤油捕收剂的浓度分布要低于其尾部煤油捕收剂的浓度。