创新点

煤泥颗粒表面水化在煤泥水处理中扮演着至关重要的角色，深入认知煤泥颗粒表面水化特性,能够为煤泥水处理提供关键的理论支撑。介绍了颗粒表面水化基础理论，分析了煤泥水中主要微细颗粒表面水化特性，综述了高端测试技术、爱因斯坦 粘度方程、分子模拟等颗粒表面水化的研究方法及其现状，并展望了颗粒表面水化在煤泥水处理方面的应用前景。

煤泥水微细颗粒表面水化研究现状及发展趋势

作者：于国强, 陈军, 包龙祥, 吴志海

单位：安徽理工大学 材料科学与工程学院

引用格式：

于国强，陈军，包龙祥，等. 煤泥水微细颗粒表面水化研究现状及发展趋势[J]. 绿色矿山，2025，3(3)：53−68.
YU Guoqiang，CHEN Jun，BAO Longxiang，et al. Research status and development trend of surface hydration of fine particles in coal slime water[J]. Journal of Green Mine，2025，3(3)：53−68.

摘要

    随着煤炭开采机械化程度的提高，入选原煤呈现高灰分、高黏土质矸石的特点,导致湿法选煤产生大量难沉降的高灰煤泥水。高灰煤泥水具有粒度细、黏土含量高、表面电负性强等特点，其胶体稳定性主要源于颗粒表面水化膜产生的水化斥力及带电颗粒间的静电斥力。这些微观作用力严重制约煤泥水的沉降澄清和脱水效率。因此，深入研究煤泥颗粒表面水化特性，对破解煤泥水处理难题具有重要理论意义。介绍了颗粒表面水化基础理论、水−颗粒界面微纳米结构水化膜的形成机理及水化膜对水−颗粒界面性质的决定性作用、颗粒表面性质与溶液性质对水化膜结构与厚度的影响，分析了煤泥水中主要微细颗粒表面水化特性，综述了原子力显微镜、红外光谱、核磁共振、分子振动光谱、流变仪及石英微晶天平等高端测试技术、爱因斯坦黏度方程、分子模拟等颗粒表面水化的研究方法及其现状，并展望了颗粒表面水化膜、高端测试技术在煤泥水处理方面的应用前景。

图1 微细颗粒表面水化膜

图2 水化膜的三层模型

图3 AFM工作原理

图4 AFM探针尖端润湿性对疏水碳链样品表面水化层结构的影响

图5 NMR表征结果

第一作者

于国强(2000—)，男，安徽省利辛县人，在读硕士研究生从事煤泥水微细颗粒表面水化特性方面研究

通讯作者

陈  军(1990—)，男，安徽省青阳县人，博士（后），教授（破格），博士生导师、博士后合作导师。国家级高层次青年人才、国家重点研发计划青年首席、安徽省青年拔尖人才。担任《选煤技术》期刊第二届青年专家委员会副主任委员、Green and Smart Mining Engineering 期刊首届青年编委会委员、中国硅酸盐学会矿物材料分会第二届理事会青年理事、中国有色金属学会矿物功能材料专业委员会委员等。

研究方向

微细矿物颗粒界面调控理论与过程强化、矿山废水中微细颗粒界面微观特性及其调控理论与技术、煤系黏土晶格缺陷基础理论及其微观影响机制、煤系高岭石深度提纯增白及清洁高效利用关键技术等方面研究

主要成果

主持国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金（3项）等国家级科研项目8项及省部级科研项目4项；获省级科研奖励5项；以第一作者/通讯作者发表SCI/EI论文35篇（中科院一、二区论文25篇），总引用2500余次（其中他引1600余次），单篇最高引用180余次，H-指数为30；出版学术专著1部；授权国内/国际发明专利8项。

（1）主要科研项目

[1] 国家重点研发计划青年科学家项目，煤系高岭石中钛/铁杂质深度浮选脱除药剂设计与技术研究，2025-01至2027-12，主持

[2] 国家自然科学基金面上项目，基于Ti/Fe杂质“精准识别-靶向捕收”强化脱除的煤系高岭石深度增白机理，2025-01至2028-12，主持

[3] 国家重点研发计划子课题，煤泥颗粒界面基因特性及疏水强化调控技术，2023-10至2027-09，主持

[4] 国家自然科学基金面上项目，煤泥水中黏土表面缺陷活性位点形成机理及其微观影响机制研究，2022-01至2025-12，主持

[5] 国家自然科学基金青年科学基金项目，煤泥水中微细颗粒界面间微观作用机理研究，2019-01至2021-12，主持

（2）成果奖励

[1] 陈军(2/17) 极难沉降/脱水煤泥水高效处理关键技术与装备,中国煤炭工业协会,科学技术奖一等奖,2024.

[2] 陈军(1/8) 煤系共伴生非金属矿物颗粒表面水化微观结构及机理研究,中国非金属矿工业协会,非金属矿科学技术奖二等奖,2022.

[3] 陈军(2/5) 微细煤泥颗粒表面水化机理及界面水化破解调控机制研究,安徽省科学技术厅,自然科学奖三等奖,2021.

[4] 陈军(3/13) 地矿类艰苦专业“三全育人”体系构建与实践,全国煤炭行业教学成果奖,一等奖,2024.

[5] 陈军(2/8) 以创新实践能力提升为导向的《试验设计与分析》课程建设与实践,安徽省研究生教学成果奖,二等奖,2024.

策划丨常明然

责编丨常明然

编辑丨李莎

审核丨常明然