我国低阶煤资源丰富,探明储量约占煤炭资源量的55%,产量约占煤炭总产量的40%,是我国煤炭能源生产和供应的重要组成部分。低阶煤表面含氧官能团多、疏水性差,阻碍了传统烃类油捕收剂在煤表面的吸附、铺展以及煤粒-气泡间的有效粘附。浮选效率低、捕收剂消耗量大、成本高成为制约低阶煤高效利用的突出难题。鉴于此,本文提出采用脂肪酸-烃类油强化低阶煤浮选,以神东长焰煤为研究对象,通过对药剂分散特性、药剂在煤表面铺展吸附以及药剂影响气泡-煤粒作用的研究,探明浮选体系中脂肪酸-烃类油在液-液界面、液-固界面和气-固界面的行为特征,构建脂肪酸-烃类油协同强化低阶煤浮选的理论体系,为低阶煤高效浮选提质利用提供理论和技术支撑。论文首先研究了低阶煤的表面特性。结果表明:大柳塔末煤C含量75.5%,O含量15.35%,细粒级含量较高,-0.074 mm产率66.74%、灰分36.86%;中间密度级含量高,有机可燃物质与矸石结合紧密,分选较困难,脉石矿物主要为石英、高岭石和方解石;煤表面含有多种含氧官能团,含氧官能团主要以C-O形式存在,C=O和O=C-O相对较少;煤表面具有大量的裂隙,微细颗粒嵌布其中,比表面积大、孔径小、孔隙多。以正十二烷与丁酸、己酸、辛酸、油酸和亚油酸作为烃类油和脂肪酸的典型代表,研究了脂肪酸-烃类油在溶液中的分散特性及与煤粒的相互作用。脂肪酸的存在不仅降低了油-水界面张力,而且缩短了油-水界面张力达到平衡的时间。聚焦光束反射测量仪原位分析药剂的分散特性发现,油酸-正十二烷的平均弦长最小为13.81μm,微滴数量最多为894.07。脂肪酸的存在能够缩短药剂微滴-煤粒的诱导时间,脂肪酸的碳链长度越长,诱导时间越短。EDLVO理论计算结果表明,药剂液滴和煤粒间不存在作用能垒,长程范围内,在矿浆中获得的动能是它们相互碰撞的主要能量来源;短程范围内,脂肪酸分子和煤粒表面之间的氢键使它们结合更牢固、更紧密。揭示了脂肪酸-烃类油在煤表面的铺展润湿行为与驱动机制。脂肪酸-烃类油作用后煤表面的疏水性提高,水化膜变薄,煤粒发生凝聚的可能性增加。脂肪酸-烃类油能降低微滴在固-水界面铺展的自由能,增大微滴铺展驱动力,减小平衡接触角;但同时减小了三相接触线区域的分子流动,增加了铺展驱动阻力,降低了微滴铺展速度。分子动力学(MK)模型能够较好地拟合铺展过程中接触线移动速度与接触角的关系,脂肪酸-烃类油的微滴铺展速度、分子取代长度和分子交换频率均比正十二烷低。查明了脂肪酸-烃类油分子吸附的热力学和动力学性质。正十二烷、脂肪酸-烃类油在煤表面的吸附属于不均匀的多层吸附,丁酸、己酸、辛酸为单分子吸附,上述两种方式不适用于油酸和亚油酸;药剂吸附的ΔG均在-20~0 kJ/mol,属于典型的物理吸附,脂肪酸-烃类油的润湿热绝对值比单一药剂大,油酸-正十二烷的润湿热绝对值最大为207.174 g/J。吸附过程符合拟二级动力学速率模型,脂肪酸-烃类油的动力学进程缓慢,与煤粒之间的作用力强。构建了脂肪酸-烃类油与低阶煤表面作用的双尺度机制。在介观微滴尺度,微滴中的脂肪酸与煤表面极性位点作用并将水分子封存在孔隙中,促进正十二烷铺展形成连续油膜;在微观分子尺度,脂肪酸、正十二烷分子分别与煤表面的亲水、疏水位点作用,同时它们的烃链间通过范德华力和疏水力相互作用,各局部间的加和作用、协同作用形成强分子间作用力,使得两者在低阶煤表面最终组装成一种“超分子结构”。探明了脂肪酸-烃类油对气泡-低阶煤粘附过程的影响机制。采用EDLVO理论和Stefan-Reynolds模型研究气泡-低阶煤间润湿膜演化机制发现,疏水力常数与诱导时间呈指数关系,脂肪酸-正十二烷的疏水力常数大于单一药剂,其中油酸-正十二烷最大;疏水力常数增大能够增强气泡-煤粒间的疏水作用力,减小气泡-颗粒间势能,增大临界水化膜厚度,加速润湿膜薄化,缩短气泡-煤粒诱导时间。药剂处理后,上升气泡在煤表面碰撞粘附过程加速,接触线长度增大,脂肪酸-正十二烷的效果优于单一药剂;三相接触润湿周边扩展速率与接触角的关系符合MK模型,油酸-正十二烷的三相润湿周边扩展速率最快,气泡-颗粒最容易发生黏附。利用微力天平研究了气泡从煤表面脱附的力学性质和能量特征。药剂处理后,气泡-煤表面间的测试脱附力变大,建立了脱附力计算模型,能较好地拟合试验值;脂肪酸-正十二烷的活化能、脱附功和总脱附能均显著增大,并且大于脂肪酸或正十二烷,脂肪酸与烃类油之间产生协同作用,增加了气泡-煤表面粘附的稳定性和强度。最后,基于上述理论成果,开展了脂肪酸-烃类油浮选低阶煤的试验研究。脂肪酸-正十二烷的捕收性能优于脂肪酸或正十二烷,随着脂肪酸碳链的增长,捕收性能增强,选择性下降;脂肪酸与正十二烷混合后添加的效果好于逐一添加,脂肪酸的最佳比例为20%。当药剂总量为3 kg/t时,油酸-正十二烷的浮选效果最好,可燃体回收为89.41%,分别比单独使用油酸或正十二烷的可燃体回收率高25.77%和48.86%。本论文共有图116幅,表格31个,参考文献232篇。