浮游选煤是指在充气的煤浆中，依据颗粒表面润湿性分选煤泥。浮选是在固、 液、 气三者相互接触的界面上进行的。这三者称为三相， 即固相、液相及气相。所以， 讨论浮选过程，就必须研究三相界面上所发生的表面现象。

浮游选煤是一种物理化学过程，利用煤和矸石颗粒表面性质的不同而分选，煤粒的表面有疏水性质，而矸石的表面有亲水性质。 疏水、亲水一般用接触角，表面的疏水性逐渐增加，水滴扁平、表面易为水湿润到水滴呈团球状、表面不易被水湿润；如果以气泡与物质表面接触,得到相反的情况，水滴扁平的、气泡呈圆球状， 冶金备件水滴圆球状的、气泡扁平；说明亲水 的物质疏气，而疏水的物质又必亲气。

因此，由于疏水性质使煤粒容易浮向气泡，亲水性质又使得矸石粒不易为气泡粘住。但是仅靠煤和矸石本身的表面性质不同还不能有效地进行分选，必须加一种药剂以增强煤粒表面的 疏水性（捕集剂），冶金备件添加一种药剂可以增加煤浆中气泡的产生和分散（起泡剂），然后在，选 机中增强充气，使煤粒粘在气泡上浮起，而矸石粒留在水中，完成浮选的过程。

对小于 0.5mm的细粒级煤泥最有效的分选方法是浮游选煤法。它是根据矿物表面性质的不同，即根据他们在水中对水、气泡、药剂的作用不同，通过浮选法高效分离出有用矿物和废渣。煤泥浮选是依据煤和矸石表面润湿性的差异进行分选的，其实质是疏水的煤粒粘附在气泡上， 亲水的矸石颗粒滞留在煤浆中，从而实现彼此分离。

浮选是在固、 液、 气三者相互接触的界面上进行的。这三者称为三相， 即固相、液相及气相。所以， 讨论浮选过程，就必须研究三相界面上所发生的表面现象。有关表面现象的知识， 则是浮选原理的基础。

荷叶上的水滴呈球形是人所共见的自然现象， 这表明荷叶的表面是疏水的 （即亲气的） 。凡是表面疏水的固体颗粒， 在水中都能粘附在气泡上。

疏水性和润湿性互为反义词。当三相接触时， 液相在固相表面铺展开， 排斥气相而占据固相表面的现象称为润湿现象。

例如， 将水滴到石蜡表面，水滴成球形，这表明石蜡表面疏水性好，润湿性差；而在玻璃表面水滴会自动铺展开来，这表明玻璃润湿现象，疏水性差， 润湿性 （亲水性） 好。将水滴到光亮的煤炭表面， 像石蜡一样，水滴成球形；滴到矸石表面，像玻璃一样，水滴会自动铺展开。也就是说水与煤炭、水与矸石之间的相互作用也是不同的。

人们把易被水润湿的表面 （如矸石表面） 称为亲水表面， 把不易被水润湿的表面 （如煤炭表面） 称为疏水表面， 相应的矿物分别称为亲水性矿物和疏水性矿物。

气泡从煤的表面排开水层并与其粘附； 相反的是气泡不能从矸石的表面排开水层实现粘附，仍保持球形。

煤的表面是疏水的， 而如果矸石颗粒中主要成分是已单体解离的硅酸盐类、 碳酸盐类和氧化物类的极性矿物， 那么它们的表面是亲水的， 所以能够以浮选的方法将其分离出去。但煤的表面性质是不均匀的， 某些部位也亲水。所以， 为了扩大煤粒与矸石颗粒可浮性的差别， 在浮选过程中加入非极性油类捕收剂。这类捕收剂疏水性强， 能吸附在煤粒表面形成油膜， 增大其接触角； 非极性油类不易吸附在矸石颗粒表面， 从而提高煤粒表面的疏水性，增强了煤粒与气泡粘附的能力。

浮选过程中， 矿粒有选择性地附着在气泡上的现象称为气泡的矿化。矿化气泡的形成有三种形式：

1、 大泡形成的矿化气泡因大气泡的上浮运动， 在重力作用的影响下， 只有少量细煤泥聚集于大气泡的尾部。在大泡表面也可能粘附高灰分的泥质。

2、群泡形成的矿化气泡 。许许多多的微泡粘附在大粒度的煤粒上， 使其上浮。该矿化形式对粗粒浮选有重要意义。

3、气絮团形成的矿化气泡 。浮选过程中， 许多煤粒与气泡相互粘附， 形成了煤粒、 气泡、 小油滴的集合体， 即气絮团， 达到了最大程度的矿化。在工业生产的浮选机中这三种形式形成的矿化气泡都可能出现， 但以气絮团形式为主。

煤粒与气泡的碰撞附着与浮选机中流体的流动状态、 气泡和颗粒的大小以及二者的相对运动轨迹等有关。粗粒与气泡附着有碰撞、 水化层减薄、 水化层破裂和接触周边展开四个阶段。

微细颗粒与气泡的附着方式有两种情况： 一是水化层破裂， 形成三相接触周边； 二是水化层不破裂， 只要煤粒与气泡之间距离小到一定程度， 在一些复杂因素影响下， 也可以相互粘附。

按水力学对流态的划分， 液流中涡流程度大的属湍流状态， 反之属层流状态。在绝大多数浮选机中尤其在搅拌混合区属湍流状态。湍流中颗粒和气泡的运动方向不定， 颗粒和气泡的碰撞可以发生在气泡的各个部位， 同时， 湍流强度对颗粒和气泡碰撞附着及矿化气泡的浮产生较大的影响。颗粒和气泡的碰撞概率除受湍流影响外， 还受煤浆浓度和气泡数目的影响。若湍流强度大、 煤浆浓度高和气泡数目多， 颗粒和气泡的碰撞附着概率则提高。但湍流强度提高后， 颗粒从气泡上的脱落率也增大。颗粒越粗， 表面亲水性越强， 湍流的这种副作用越显著， 因此， 湍流强度增加后， 颗粒上浮率并不一定提高。在工业条件下， 要保证粗粒的最大产率， 应选择适宜的湍流强度。对细粒物料可采用稍高的湍流强度， 这不但对附着有利， 而且可以产生更多的小气泡， 有利于提高微细颗粒的碰撞概率和浮选速度。

湍流中颗粒所受到的脱落力引起颗粒脱离气泡的脱落力主要有颗粒在煤浆中所受的重力、 涡流引起的离心力、 流体的剪切力、 颗粒间的冲击力和气泡滑行过程中的惯性力，随着湍流强度的增大， 脱落力也增大， 所以在湍流条件下， 浮起的最大颗粒尺寸仅为层流条件下的十分之一。

近年来， 国内外的一些浮选机开发研制单位更着力于利用煤浆中析离出的空气在煤粒表面形成微小气泡来强化浮选过程。按照气体在液体中的溶解度与压强成正比的规律， 若

煤浆的压强突然减小， 气体的溶解度也随之下降， 于是气体在煤浆中呈过饱和状态， 它们就以微泡形式析离出来。

微泡析出取决于以下三个因素：

一是煤浆中初始的空气溶解度；

二是煤浆降压程度；

三是是否具有疏水性较强的固液界面。

试验表明： 施加的压强越大， 气泡尺寸越小， 气泡与液体接触面积越大， 气体溶解的速度就越快。这在浮选工艺中是不难实现的， 如在煤浆进入浮选机前， 预处理时加入起泡剂， 起泡剂：为表面活性物质， 能降低气液界面表面张力， 可大大提高气体在煤浆中的溶解速度。不添加起泡剂时， 随着降压幅度的增加， 微泡直径增大。添加起泡剂后， 微泡直径明显减小， 而且数量大大增加。微泡有利于矿化。

再如喷射式浮选机利用对煤浆施加压力的原理， 增加空气的溶解度。压力剧烈降低， 使溶于煤浆中的空气以微泡形式析离出来。（在浮选机中的主要表现形在一些特殊结构的浮选机内， 如真空浮选机， 在煤浆表面抽气造成负压； 喷射式浮选机是将加压煤浆喷入机槽， 使压强突然降低。）在煤浆的旋涡运动中心， 压力大为降低。机械搅拌式浮选机的叶轮叶片前方为高压区， 其后则为低压区， 叶轮甩出煤浆时， 引起压力的波动。煤浆由浮选机底部向上流动时， 静压力逐渐降低。瞬间降压幅度越大， 空气的析出量就越大， 并以微泡形式析出。当煤浆压力剧烈降低时， 气体有选择性地在疏水性强的颗粒表面析出大量微泡。据试验观察， 在疏水性良好的煤粒表面上有几十个甚至数百个微泡， 而在亲水性很强的石英表面就没有发现微泡的存在。微泡容易在疏水性良好的固体表面析出的原因是： 固液界面是液体分子间的断裂面 （即薄弱区） ， 在固体表面附近的极性水分子取向排列的有序性随固体表面疏水性增高而降低。水分子与疏水性表面联系越弱， 水化层越薄， 由煤浆中析出的气体分子就越容易渗透过水化层在固体表面形成微泡。研究还指出疏水性矿物表面的微孔、 裂纹和缺口被气体分子充填， 即存在有 “气体幼芽” ， 它们便成了微泡析出的核心。在试验中还发现起泡剂对微泡大小是有影响的。

煤泥的可浮性是指通过浮选提高煤粉（泥）质量的难易程度。煤泥的自然属性即它的物质组成和化学成分决定着煤泥可浮性的难易程度， 煤泥的其他物理性质也对煤泥的可浮性产生影响。

从煤岩组成看， 煤通常可分为镜煤、 亮煤、 暗煤和丝炭。这四种煤岩成分的非可燃体来源是不同的：

镜煤、 亮煤的含灰物质来自于成煤原始植物的本身， 其灰分较低；

而暗煤、 丝炭的含灰物质来自于成煤过程中矿物杂质的混入， 其灰分高， 亲水性强。镜煤煤岩成分单一，表面平整， 含有大量性质不活泼的无结构基质， 孔隙数目少， 可浮性好； 亮煤的可浮性也较好； 暗煤的可浮性居中； 丝炭表面孔隙多， 亲水性强， 可浮性最差。丝炭严重影响焦炭质量，而浮选能高效地按煤岩成分分选， 将丝炭排除在外。

煤泥的密度组成在一定程度上也反映出其可浮性的难易程度。因为低密度的煤泥中所富集的煤岩成分是疏水性好、 灰分低的镜煤和亮煤。

煤粒密度的增加， 通常是由于矿物杂质含量增加， 因而其灰分也增加。随着煤泥灰分含量增高， 接触角减小。中间密度级的含量越高， 煤与矿物杂质单体解离程度就越差， 煤的可浮性也就越差。但要着重指出的是， 浮选是依据煤与矿物杂质之间润湿性的差异而不是二者之间的密度差异进行分选的。因此对浮选入料的密度组成分析， 只能在一般情况下作大致的定性判断。在有些场合， 煤泥的密度组成并不能确切地反映出煤泥的可浮性的难易。

按煤的变质程度把煤分为褐煤、 烟煤和无烟煤。随着煤变质程度的加深， 性质不活泼的部分不断增加， 即碳含量相对增加， 氢氧等官能团支链随着煤分子排列的规则化增强而减少 即氢含量相对减少， 使煤的表面疏水性递增， 煤的可浮性变好。中等变质程度的煤表面疏水性最高。当煤变质程度进一步增高至无烟煤阶段， 官能团支链显著减少， 芳香核环缩合程度增高， 相应的煤核结构单元的尺寸减小， 而网面间距增大。因为煤核层面为疏水， 而网面的断口为亲水， 所以无烟煤的表面疏水性低于中等变质程度 （碳含量最大的煤即是中等变质程度的煤） 的烟煤。

不同变质程度的煤， 具有不同的孔隙度。变质程度低的煤具有较高的孔隙度， 中等变质程度的煤具有较小的孔隙度， 而变质程度高的煤孔隙度又增加。

孔隙度对煤的可浮性有很大影响。孔隙度高的煤具有高度的吸附能力。煤浆中的煤粒要与水、 浮选剂等接触， 因为孔隙多使毛细现象显著， 必然增强煤粒表面对水和浮选剂的吸附作用。由于润湿现象和表面张力的作用， 直径小于的毛细管内液柱升高的现象， 称为毛细现象。毛细现象表明； 在一定温度下， 毛细管越细， 液体对管壁润湿性越好， 液体进入毛细管中就越多。孔隙吸水使得煤表面水化程度加强。这一现象还改变了煤粒与浮选剂的作用机理， 使之复杂化。煤粒表面孔隙多， 往往使浮选剂耗量增加， 选择性下降。

煤表面发生氧化后， 增加了煤表面的亲水性， 使煤泥可浮性降低。煤易氧化， 而且在水中氧化比在空气中氧化更为激烈， 因为水和煤中的含氧官能团产生氢键结合， 加剧氧化， 所以应尽量缩短煤粒在水中的浸泡时间。此外煤中的芳香烃侧链与空气中的氧也会发生氧化。如果芳香网格上存在含氧、 氮、 硫的官能团， 也能促使煤表面氧化。因此煤表面能团数量多少， 是决定煤是否易氧化的主要因素。煤的抗氧化能力随变质程度的加深而增强。按各煤岩成分来说， 抗氧化能力由弱到强的顺序为： 丝炭、 暗煤、 亮煤、 镜煤。应避免在贮煤场长久堆放的煤炭和靠近地表煤层的风化煤入浮。

矿物杂质煤中矿物杂质分为粘土矿物、 氧化物和氢氧化物矿物、 硫化物矿物、 碳酸盐矿物、 石膏和其他矿物。煤中矿物杂质的成分和特性与聚煤环境以及成煤后所经历的各种地质作用及开采过程有关。煤中矿物杂质是煤的组成部分， 它们不仅影响煤的发热量， 而且影响煤的表面化学性质。按矿物杂质对浮选效果产生的影响， 将它们简单归类如下。

1、易泥化的矿物杂质这类杂质主要是粘土物质， 包括高岭土、 泥质页岩、 粘土等， 在浮选过程中由于水浸和搅拌作用， 易产生泥化现象。所谓泥化就是矿物杂质遇水浸泡碎散成细微颗粒。大量的细泥物质吸附于煤粒表面， 使煤粒表面失去疏水性或部分失去疏水性。这种现象的危害性表现为一方面会阻止煤粒与气泡的粘附， 造成煤粒损失于尾矿中， 另一方面会随浮起的煤粒进入精煤， 对精煤造成污染。矿物杂质严重泥化时会使浮选过程受到干扰， 严重影响分选作业，

可以采用脱泥浮选、 降低煤浆浓度、 加强泡沫二次富集作用或精煤再选的措施来消除或减轻这类不利的影响。

硫化物由于燃煤导致严重的大气污染， 煤炭脱硫已引起世界各国的普遍重视。发达国家选煤的重点已转向脱硫。鉴于疏对钢铁质量的严重危害性， 从炼焦精煤中脱硫早为人们所重视。

2、煤中疏分为有机硫和无机硫两类。选煤工业目前无法脱除有机硫， 只能脱除无机硫硫铁矿硫。与煤共生的硫铁矿， 含有一定数量的有机物质， 所以比自然界的硫铁矿要有更好的可浮性。用常规方法浮选时， 硫铁矿必将污染精煤。尤其采用过量起泡剂时， 污染更为严重。加大充气量和提高叶轮转速， 也会促使硫铁矿浮起。另外， 大部分硫铁矿在浮选过程的最后阶段浮起， 所以， 延长浮选时间也不利于煤的分选。为了在浮选中脱除无机硫， 必须采用经济、 安全、 高效的抑制剂来抑制硫铁矿物的浮起。

如我国进行的 抑制剂和联苯双酚的试验研究， 均取得了一定的效果。

目前正在研究一种微生物表面处理后的浮选方法， 即利用具有一定亲水性的细菌微生物， 如氧化硫杆菌或氧化亚铁菌等， 对硫铁矿物的选择性吸附， 使硫铁矿物表面亲水性增强受到炭化程度影响的矿物杂质与煤共生的一些矿物杂质， 受到炭化程度的影响， 含有一定数量的有机物质， 因此具有一定的疏水性。这类物质主要有炭质页岩、 油页岩、 泥板岩等。由于它们具有疏水性， 在浮选过程中难免有一部分混入泡沫而污染精煤。其影响程度与它的解离程度、 炭化程度、 药剂制度等有关。

3、可溶性矿物杂质，属于此类矿物杂质的有硫酸盐及其他盐类， 其中包括石膏及其他可溶性盐类。当它们的溶解度增大时， 煤浆中电解质的浓度也相应提高。电解质吸附于煤粒表面， 形成亲水膜，降低煤粒的可浮性， 对浮选过程的各个阶段都产生影响。所以应分析矿浆中电解质性质， 进行必要的调整， 以消除其影响。

4、 非极性矿物杂质，这类杂质有硅酸盐、 碳酸盐、 氯化物等， 其中包括方解石、 石英、 磁铁矿、 长石、 白云石、 霞石等。它们均属非极性矿物， 不含有机物， 溶解度低， 在煤浆中不泥化， 表面亲水， 没有浮游能力， 易从尾矿中排出， 对浮选过程不产生有害影响。

5、嵌布特性

所谓嵌布是指矿物杂质在煤中的分布形态， 即是以多大尺寸分布的。当煤中极性杂质呈粗粒嵌布时， 易于与煤分离， 对煤的可浮性影响不大； 当煤中极性杂质呈微细粒嵌布时， 将降低煤的可浮性。

不同粒级的煤泥有不同的浮选速度， 它们的综合作用也反映在煤泥的可浮性上， 所以粒度组成也是影响煤泥可浮性的主要因素之一。

总而言之， 影响煤泥可浮性的因素是多方面的， 所以不能只根据其中一项因素来进行判断。煤泥可浮性等级：可浮性等级、极易浮、易浮、中等可浮、难浮、极难浮。

煤泥浮选是利用煤和矿物杂质的表面物理化学性质的差异实现分选过程的。为强化分选效果， 浮选中添加了各种浮选剂， 浮选剂是为实现或促进浮选所应用的各种化学药剂的总称。

浮选剂的作用主要是提高煤粒表面疏水性和煤粒在气泡上粘着的牢固度； 在矿浆中促使形成大量气泡， 防止气泡兼并和改善泡沫的稳定性， 使煤粒有选择性地粘着气泡而上浮；调节煤与矿物杂质的表面性质， 提高煤泥的浮选速度和选择性。

在煤泥浮选中， 一般只使用两种浮选剂， 一种是改善煤粒表面疏水性的捕收剂， 另一种是起泡剂。调整剂在煤泥浮选中使用不多， 但随着市场对煤炭质量要求的进一步提高， 调整剂的使用可能会受到一定程度的重视。

1、按作用分类

浮选剂按其作用可分为以下几类：

（1） 捕收剂

捕收剂是指加入煤浆中提高煤粒表面的疏水性， 使其易于并牢固地和气泡附着的浮选剂。在浮选中最常用的捕收剂为非极性烃类化合物， 如煤油、 轻柴油等。

（2） 起泡剂

起泡剂是指在浮选过程中用以控制气泡大小、 维持气泡稳定性的浮选剂。属于这类浮选剂的是各种有机表面活性物质， 如脂肪醇。

（3） 调整剂

调整剂是指调整煤浆及矿物表面的性质， 提高某种浮选剂的效能或消除负作用的浮选剂。选煤用调整剂主要包括：

介质值调整剂— — —调整煤浆酸碱度的浮选剂， 用以改变煤粒和矿物杂质表面的电性， 来提高浮选过程的选择性。属于这类浮选剂的有石灰、 硫酸等。

抑制剂— — —浮选过程中用于控制矿物杂质对分选的有害行为， 降低某种矿物表面疏水性， 使其不易浮起， 从而提高煤与矿物杂质分离的浮选剂。属于这类浮选剂的有偏硅酸钠六偏磷酸钠和淀粉等。

（4）其他

其他还有用于增加非极性油类在煤浆中弥散度的乳化剂等。

必须指出， 上述浮选剂类别是按其基本作用区分的。事实上由于组成结构的影响， 通常都不会只起一种作用， 还兼有其他作用。某种浮选剂在一定条件下属于这一类， 条件改变后可能属于另一类。

2、按分子结构分类

浮选剂按其分子结构可分为以下几类：

（1 ） 极性浮选剂

这类浮选剂的分子就整体而言是电中性的， 但具有两个电极， 就像磁铁棒具有两个磁极一样， 它们能吸引极性水分子， 具有亲水性， 能溶解在水中， 如各种酸类、 碱类、 盐类。

（2 ） 非极性浮选剂

这类浮选剂的分子正电荷与负电荷的电重心是重合在一起的， 在水中不解离， 基本不能吸引极性水分子， 水化作用很小， 具有疏水性。它们以小油滴形态悬浮在水中， 如烃类化合物 （油类） 。

（3 ） 复极性浮选剂 （又称杂极性浮选剂）

这类浮选剂的分子由两部分组成， 即极性部分 （常称极性基） 和非极性部分 （常称非极性基） 。极性基具有亲水性， 非极性基具有疏水性。如直链脂肪醇， 一端为非极性基碳氢烃链。

工艺流程简单、设备较少，粉碎过程也是混合过程，粉碎后不需要设置 混合设备；布置紧凑，操作方便，冶金备件没有粉碎过的煤较易下料，故配煤盘操作容易；通过确定适 宜的粉碎细度，可在一定范围内改善粒度分布，提高焦炭质量。