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煤炭学报
煤炭学报

刘峰

月刊

0253-9993

mtxb@vip.163.com

010-84262930

100013

北京和平里青年沟东路5号煤科院内

煤炭学报/Journal Journal of China Coal SocietyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《煤炭学报》于1964年创刊，为季刊。1966年停刊，1979年复刊， 1993年改为双月刊，1995年改为大16开本，并申办创刊了《煤炭学报》英文版《Journal of Coal Science & Engineering(China) 》，半年刊。《煤炭学报》是中国煤炭学会主办的煤炭系统最高水平的综合性学术刊物，现为双月刊，112页。主要刊载与煤炭科学技术相关的基础理论和重大工程研究的理论成果，包括煤田地质学、矿山岩体力学、采矿工程、煤矿安全、环境保护、煤矿机电一体化、煤的加工与利用、煤炭经济研究等领域的学术论文。30多年来，为传播煤炭科学技术起到了重要的作用。 多年来，《煤炭学报》一直以“登一流文章，创一流期刊”为指导思想，培养了一支基础理论知识扎实、专业水平高的稳定的编辑队伍，使《煤炭学报》质量逐步提高。《煤炭学报》1992年荣获全国第一届优秀科技期刊评比二等奖，获中国科协优秀科技期刊二等奖；1997年获全国第二届优秀科技期刊评比一等奖，获中国科协优秀科技期刊一等奖；1999年荣获首届中国期刊奖；2001年入选“中国期刊方阵”,并被评为“双奖期刊”。《煤炭学报》在包括10名中国科学院、中国工程院院士的编委会领导下，每年都制定了明确的报道重点，使刊物能紧紧围绕煤炭重大科技攻关项目发表相关的基础理论论文。《煤炭学报》发表的论文反映了煤炭科学技术的最新研究成果，起到了促进煤炭科学技术交流和发展的龙头作用，为繁荣煤炭科学技术事业作出了重要贡献。《煤炭学报》被国内外近20家数据库和文摘期刊所收录，如IEA Coal Abstract CD-ROOM（美国）、 Ei Page One、美国的能源科学与技术数据库、美国地质文摘、中国科学技术期刊文摘数据库、中国科学引文数据库、日本科学技术文摘速报、РЖ、Coal Highlights（英国）、Geological Abstract（英国）、Geomechanics Abstracts（英国）、中国学术期刊文摘、中国力学文摘、矿业文摘等等。
正式出版
收录年代

    鄂尔多斯盆地北部直罗组地下水地球化学特征及其指示意义

    孙魁范立民马万超陈建平...
    2004-2020页
    查看更多>>摘要：煤矿水害是陕北侏罗纪煤田的主要灾害，直罗组地下水是主要突水水源之一。为研究鄂尔多斯盆地北部直罗组地下水地球化学特征及其指示意义，借助Durov图、Piper三线图、Gibbs图、Stiff图以及主成分分析等手段，深入研究直罗组地下水地球化学特征，阐释其对直罗组与上覆含水层之间水力联系及地下水径流条件的指示意义。结果表明:自西部正常基岩区至东部风化基岩区，直罗组地下水pH以及TDS、K++Na+、SO4-、Cr质量浓度均呈现出逐渐减小的趋势。直罗组地下水水化学类型存在一定差异，西部直罗组埋藏较深区域，地下水水化学类型以SO4-Na型、SO4·Cl-Na型和HCO3·SO4-Na型为主，向东至直罗组基岩风化区，地下水类型过渡为HCO3-Ca型和HCO3-Ca·Mg型等。直罗组地下水水化学形成受岩石风化作用、交替吸附作用、脱硫酸作用以及溶滤作用的控制。氢氧同位素和水化学特征对含水层之间水力联系具有明显的指示作用，氢氧同位素、典型钻孔地下水水化学离子浓度和区域地下水水化学特征分析表明，研究区西部直罗组正常基岩地下水与洛河组、萨拉乌苏组地下水基本不存在水力联系;东部直罗组风化基岩与萨拉乌苏组地下水水力联系紧密。卤族元素Cl-对直罗组地下水径流条件指示作用明显，研究区西部直罗组正常基岩地下水径流滞缓，地下水以静储量为主;而在基岩风化区，由于直罗组风化基岩孔隙、裂隙发育，储水性和渗透性明显增强，并与第四系地下水发生了强烈的混合作用，地下水径流强度大，地下水以动储量为主。

    直罗组含水层水化学特征水力联系地下水径流条件鄂尔多斯盆地

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    论露天矿区近自然生态修复

    雷少刚夏嘉南卞正富程伟...
    2021-2030页
    查看更多>>摘要：露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高，尤其是修复后"采矿痕迹"明显等问题，亟待协调好人工修复与自然恢复的关系，升级发展传统生态修复模式，促进露天矿区人与自然和谐共生。在长期的理论方法研究和应用实践经验总结基础上，①提出了露天矿区近自然生态修复的必要性及其理论内涵与技术框架。近自然矿山生态修复是参照本地自然地貌、水文、土壤、植被、景观及其演变规律，使修复后的矿业斑块达到与周边自然生态系统近似的结构与功能状态，并与周边自然地貌、水系、景观相融合的修复模式，是对传统生态修复模式的升级，逼近"采矿无痕"是其追求的理想状态。②近自然生态修复是露天矿生态化设计的重要构成，其技术环节主要包括，参照生态系统学习、近自然地貌重塑、水文衔接与调控、矿山活土层重构、植被重建与多样性重组等。参照生态系统学习为后续各个修复环节提供修复目标与参数。近自然地貌重塑是近自然生态修复的核心与基础，包括内排土场全生命周期近自然地貌重塑、外排土场近自然地貌重塑、邻近自然问题地貌协同重塑等。水文衔接与调控要解决河道沟道的优化布局、矿区上下游水系的衔接、以蓄代排径流调控等。矿山活土层重构包括矿山土物理结构重组、微生物和养分循环过程重构等内容;植被重建与多样性重组包括近自然的植物群落与多样性配置，以及近自然的植株空间布局等。③实践分析表明，露天矿近自然生态修复有助于减少土壤侵蚀，提高地貌稳定性，增强重建生态系统的自维持能力，有利于实现露天矿区"采矿无痕"，促进人与自然和谐共生。

    露天开采矿山生态生态化设计自然修复地貌重塑

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    煤矿采动覆岩离层水害致灾因素勘查与预测评价

    乔伟刘梦楠孟祥胜程香港...
    2031-2044页
    查看更多>>摘要：采动覆岩离层突水在我国各地矿区均较为常见且危害性较大，现有的规范中鲜有针对离层水害的具体工程地质和水文地质勘查方法。探索煤矿离层水害工程地质水文地质勘查与评价方法，能够推动我国矿井水害防治水平进一步提升。首先从煤矿采动覆岩高位离层水害孕灾机制出发，分析了离层水害从孕灾到致灾的工程地质条件，将我国现有的离层水害归纳为3种典型类型:离层动力突水、离层静水压涌突水和离层携泥砂突水。然后，确定了"水源""通道""力源"和"物源"为控制离层水害类型与强度的关键隐蔽致灾因素，将位于传统导水裂隙带以上，可发生离层突水的复合层位称为采动覆岩"突水离层带"，并提出了煤矿采动覆岩"突水离层带"的判别流程，划分勘查阶段，指明勘查要点。煤矿离层水害采前勘查应包括2个阶段:①开展覆岩基本工程地质和水文地质条件勘探，评估勘探区离层水害的可能性并确定潜在"突水离层带"的层位;②将"突水离层带"和"物源"层作为勘查目标层，开展离层水害致灾因素专项勘查，评定离层水害类型和强度。回采期间对水动力条件和覆岩裂隙演化进行探查。最后，基于离层水害致灾因素互馈演化致灾机制，建立了适用于采动覆岩离层水害的矿井区域预测综合评价模型，提出了全矿井/采区尺度的区域危险性分区、采前工作面突水位置判定及涌水量预计的煤矿采动覆岩离层水害预测评价方法。

    离层水害致灾因素采动覆岩"突水离层带"工程地质勘查预测评价

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    煤层底板含水层区域注浆改造浆液扩散范围现场示踪试验

    郭艳桂和荣洪荒陈永青...
    2045-2056页
    查看更多>>摘要：近年来，为解放底板高承压灰岩水上煤炭资源，华北煤田普遍采用地面定向钻技术，对太原组薄层灰岩进行区域性注浆加固改造(习称"底板区域治理")，以全面封堵灰岩岩溶裂隙并阻断垂向导水通道。该技术中，与浆液扩散范围(半径)密切相关的"水平分支孔"孔间距设计问题，一直备受学界和业界的广泛关注。皖北矿区底板区域注浆工程量大，特别是深部资源开采，将有数十亿元的注浆工程，有必要查清浆液扩散范围真实数据。为此，以皖北矿区恒源煤矿为研究基地，依托Ⅱ63采区底板区域治理工程，设计并实施浆液扩散范围示踪试验，在中间的水平分支孔(Z8-7)投放荧光剂(示踪剂)，在两侧的水平分支孔(Z8-6、Z8-8)以及交叉分支检测孔(Z8JC)取岩屑样鉴别荧光水泥，以获得浆液扩散范围，进而在浆液扩散影响因素分析基础上，构建恒源煤矿底板区域注浆治理浆液扩散范围计算公式。结果表明:①综合岩屑现场及室内鉴别结果分析，获得恒源煤矿Ⅱ63采区底板区域注浆浆液扩散范围为38。3～44。0 m，且水泥分布密集区在水平分支孔浆液扩散范围30m以内，该区域内注浆效果最佳。②通过现场岩屑快速鉴别与室内岩屑精准鉴别，取得的浆液扩散范围基本一致，证明了荧光示踪浆液扩散范围的有效性。③通过对比分析，认为在计算参数、边界约束等符合实际注浆工况条件下，浆液扩散范围理论计算和数值模拟结果，与现场示踪试验实测结果较为接近。④利用示踪试验过程中的压水试验及注浆参数、钻遇构造及水文地质响应等数据，考虑重力、构造、地下水径流等因素影响，借助SPSS非线性拟合软件，得到恒源煤矿Ⅱ63采区底板区域注浆浆液扩散范围计算公式。⑤基于恒源煤矿受注层实际地质、水文地质条件，利用拟合的浆液扩散范围计算公式得出Ⅱ63采区Z8场地浆液扩散范围为37。8～42。9m，与浆液扩散范围示踪试验实测结果相近，计算公式可在类似条件下推广应用。本次煤矿底板区域注浆浆液扩散范围现场示踪工程试验，不仅取得了浆液扩散范围的真实数据，而且阐明了浆液扩散与多种地质、水文地质因素之间的内在联系，揭示了超深、超长定向钻注浆浆液扩散机理，构建了浆液扩散范围计算公式，为类似条件下底板区域治理工程水平分支孔孔间距的合理设计提供了参考依据。

    底板区域治理浆液扩散范围示踪试验浆液扩散计算公式皖北矿区恒源煤矿

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    湍流环境下颗粒与气泡黏附过程的数值模拟研究

    张志军黄旭贝
    2057-2066页
    查看更多>>摘要：研究湍流环境中颗粒与气泡的黏附过程对于探究浮选微观过程具有重要意义。基于ED-EM 的API(应用程序编程接口)二次开发模块，建立了颗粒与气泡黏附过程相互作用的三维离散元法(DEM)模型。在Fluent软件中通过构建规则格栅以激发各向同性的湍流，并将湍流环境通过计算流体力学-离散元(CFD-DEM)加入到EDEM软件中。模拟了颗粒粒径为0。10、0。15、0。20、0。25和0。30mm，颗粒密度为1 500、2000和2500kg/m3，球形度为0。746～0。854的不规则颗粒，和气泡直径为1。00、1。20、1。60和2。00mm，在气泡与格栅间距离为1。00、1。50、2。00和3。00 mm的湍流环境下颗粒与气泡的黏附过程。研究了颗粒、气泡、流场各参数对于颗粒与气泡黏附过程的影响。结果发现，无论规则颗粒还是不规则颗粒在湍流环境中与气泡的黏附均存在临界脱附流速(颗粒与气泡发生脱附的最小湍流流场流速)。密度大的颗粒和粒径大的颗粒与气泡黏附的临界脱附流速更小，表明粒径和密度大的颗粒与气泡难以稳定黏附。气泡的直径越大，颗粒与气泡稳定黏附的临界脱附流速越小，颗粒越难以稳定黏附。在相同的流速下，气泡与格栅间距离越小，则流场湍流强度越大，颗粒与气泡稳定黏附的临界脱附流速越小，表明湍流强度的增加不利于颗粒与气泡的稳定黏附。球形度小的颗粒与气泡稳定黏附的临界脱附流速也较小，表明球形度小的颗粒与气泡难以稳定黏附。

    浮选CFD-DEM颗粒气泡黏附湍流数值模拟

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    C/CO2摩尔比对CO2气氛流态化预热活化半焦特性的影响

    张海霞虎慧朱治平郑思奇...
    2067-2075页
    查看更多>>摘要：我国工业领域涉及的行业多，碳减排压力大。富氧燃烧是燃烧中碳捕集的核心工艺，将流态化富氧预热活化与工业窑炉富氧燃烧过程耦合是拓宽燃料适应性、实现工业领域燃烧中碳捕集的新途径。利用小型流化床连续给料实验系统，在1 050 ℃、CO2流化速度为0。17 m/s条件下，通过调整给料速度，考察C/CO2摩尔比(CC比)对半焦原料(RC)流态化预热活化的影响，分析煤气组分及低位热值，计算CO2还原率，表征粗颗粒活化半焦(LC)和细颗粒活化半焦(FC)的比表面积、孔隙结构和碳架结构，并利用高温管式炉热天平实验系统评价了 RC和FC在1 300 ℃条件下的反应活性。结果表明:采用流态化预热活化技术实现了CO2的资源化利用，制备出富CO煤气，CC比由1增至4时，煤气中CO+H2体积分数由69。24％增至79。08％，CO体积分数最高为68。96％，CO2体积分数由29。48％降至20。13％，CO2还原率由50。37％提升至57。56％，煤气低位热值由8。69 MJ/m3增至9。83 MJ/m3，是参考文献所述工程产出煤气低位热值的1。55～1。88倍，有利于窑炉系统的着火及稳定燃烧。随CC比增加，FC和LC的比表面积先增加后减小，FC和LC的最高比表面积分别为291。21 m2/g和477。15 m2/g，分别为半焦原料的48倍和78倍;FC和LC具有丰富的微孔结构，且石墨化程度比RC降低、活性点位增加;FC和LC的微孔面积占比表面积的54。93％～68。42％;相比较而言，LC具有更高的比表面积和增量孔容积，主要是由于LC在反应器内的停留时间较长，促进了孔隙的发展，形成了大量微孔。不同CC比条件下所得FC的反应活性指数R0。5、质量平均反应速率均高于RC，表明FC具有较高的反应活性，可预测在高温气固活化态热燃料燃烧过程中，FC将实现高效转化。提出了碳基燃料流态化富氧预热活化-高温气固活化态热燃料富氧燃烧的新思路，获得了 CC比对CO2气氛流态化预热活化半焦特性的影响规律，揭示了CO2作为碳和氧载体的积极作用，研究结果为流态化预热活化技术在工业窑炉富氧燃烧行业的应用提供了数据支持。

    半焦流态化预热活化二氧化碳反应活性

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    煤焦颗粒群异相反应特性的数值模拟研究

    张泽武乐笑宇李小姗邬凡...
    2076-2085页
    查看更多>>摘要：煤焦异相反应是煤粉燃烧区别于气体燃料燃烧或液体燃料燃烧的特征之一，其反应过程占整个煤粉燃烧时间约90％，对煤粉高效燃烧至关重要。通常情况下，煤粉颗粒以稠密相而非以稀疏相或单颗粒形式进入炉膛，颗粒间的相互作用会影响煤焦异相反应，因此，深入开展煤焦颗粒群异相反应行为研究对于煤的高效利用十分必要。采用准稳态的数值模拟方法研究煤焦颗粒群的异相反应行为，对比分析了煤焦单颗粒和煤焦颗粒群的反应特性，相比于煤焦单颗粒，煤焦颗粒群燃烧峰值温度升高约300 K，颗粒表面温度降低约100 K，碳消耗速率降低56％～65％，说明颗粒间作用影响了煤焦颗粒的燃烧反应进程。对3种典型分散形式下煤焦颗粒群燃烧反应特性进行研究，随着颗粒间距的增加，各分散形式的煤焦氧化反应占比增加0。22％～2。20％，碳消耗速率随之增大9。8％～26。1％，较大颗粒间距有利于O2分子在颗粒间的扩散，促进了氧化反应以及煤焦消耗。探究了不同反应气氛下煤焦颗粒群的燃烧反应特性，相比于空气气氛，高CO2和H2O气氛下燃烧群峰值温度增加4％～30％，颗粒表面温度升高0。5％～3。7％，其中30％O2/70％H2O工况的碳消耗速率最大，较空气气氛高80％。综合对比，各颗粒间作用、颗粒间距和反应气氛工况下3种颗粒群分散形式的煤焦燃烧碳消耗速率依次为:形式C＞形式B＞形式A(形式A:颗粒群呈正方形分散;形式B:颗粒群呈正菱形分散;形式C:颗粒群呈正三角形分散)，因此颗粒与气流之间的扰乱作用对煤焦的消耗产生不可忽视的影响。

    异相反应煤焦颗粒群燃烧颗粒温度碳消耗速率

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    褐煤基硬炭微观结构调控及其储钠特性

    邢宝林徐巧妙曾会会冯来宏...
    2086-2098页
    查看更多>>摘要：煤炭的多元化清洁高值利用对促进我国煤炭工业低碳可持续发展具有重要作用，而煤的材料化是提升煤炭清洁高效利用水平的重要途径之一。充分利用褐煤含芳环结构、原生孔隙发达、表面活性基团丰富等特点，通过高温炭化(1 000～1 600℃)处理华亭褐煤制备出褐煤基硬炭，探究褐煤基硬炭中类石墨微晶、无定形碳与纳米孔及表面官能团等缺陷结构在高温炭化过程中的形成机制与演变规律，揭示炭化温度对煤基硬炭微观结构的影响，并通过恒电流充放电、恒电流间歇滴定及循环伏安测试等研究不同褐煤基硬炭用作钠离子电池负极材料的电化学性能，探索微观结构对负极材料电化学储钠性能的影响机制及褐煤基硬炭的电化学储钠机理。研究表明，通过调节炭化温度可实现对褐煤基硬炭中类石墨微晶、无定形碳、纳米孔、含氧/含氮官能团等缺陷结构的调控。当炭化温度为1 400 ℃时，所制褐煤基硬炭LHC-1400富含合理层间距(0。371 nm)的类石墨微晶，兼有适宜含量的无定形碳和纳米孔等缺陷结构，其比表面积为4。92 m2/g，且含有C—O、C=O、O—C=O及吡啶氮、吡咯氮、石墨氮等含氧/含氮官能团。该硬炭用作钠离子电池负极材料的可逆容量达275mAh/g，且在0。2 A/g电流密度下可逆容量为111 mAh/g，经200次循环后容量保持率仍可达96％，展现出良好的倍率性能和循环稳定性。褐煤基硬炭优异的储钠性能与其不同微观结构所发挥的功能与作用密切相关。硬炭中合理层间距的类石墨微晶可为Na+的快速嵌入/脱出提供传输通道，以插层储钠来提供容量;硬炭中的无定形碳、开放的纳米孔和含氧/含氮等缺陷结构可为Na+存储提供足够的活性位点，以吸附储钠来贡献容量;而硬炭中少量封闭孔则可为Na+的存储提供足够的空间，以填充储钠来提供容量。褐煤基硬炭中"吸附-插层-填充"3种储钠方式相互协同，最终实现其高效的电化学储能。

    褐煤基硬炭储钠性能微观结构调控钠离子电池负极材料

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    铜改性TiO2/碳纤维膜光热协同催化H2O2脱除燃煤烟气中NO性能

    杨娟冷冲冲张鸽单启月...
    2099-2114页
    查看更多>>摘要：燃煤电厂排放的烟气中含有大量氮氧化物(NOx)，太阳能驱动的光催化技术为烟气脱硝提供了近零排放的新途径，但单一光催化脱硝效率有限，为实现燃煤烟气中高浓度NO的有效脱除，亟需开发基于光催化的协同氧化脱硝技术。采用水热法并结合氢气还原处理制备了富含氧空位的TiO2纳米片(Defective TiO2，D-TiO2)后，利用液相浸渍法将铜氧化物(CuOx)负载至D-TiO2表面，制得复合样品CuOx/D-TiO2。利用透射电镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、室温电子顺磁共振(EPR)及紫外-可见漫反射光谱等表征技术对复合催化剂的微观组成和能带结构进行测定分析，结果表明，负载的铜物种为混合价态CuOx，CuOx改性未影响D-TiO2的微观形貌，但可使D-TiO2的导带电势负移，增强光生电子的还原能力。以CuOx/D-TiO2作为活化H2O2的催化剂，在模拟太阳光照射下考察CuOx负载量对NO脱除率的影响，并以性能最佳的5％CuOx/D-TiO2为光催化剂，研究模拟烟气流速和NO初始体积分数对脱硝活性的影响。基于密度泛函理论的DFT计算结果表明，氧空位有利于NO吸附与活化，光电化学和EPR测试结果表明，复合CuOx不仅增强了 D-TiO2的光生电荷分离效率，同时CuOx作为H2O2分解产生·OH的活性位点，起到了助催化剂的关键作用。自由基猝灭实验结果表明，表面·OH是NO光氧化脱除的主要活性自由基，助催化剂CuOx和氧空位的协同作用使NO脱除率由TiO2的15。1％提升至5％CuOx/D-TiO2的63。8％。同时，将5％CuOx/D-TiO2固载至改性碳纤维(MCF)表面构筑了整体式催化剂CuOx/D-TiO2/MCF，MCF载体的光热效应可将吸收的近红外光转化为热，使CuOx/D-TiO2表面产生局部温升，有效加速光电子界面传输与H2O2分解反应动力学，进一步提升NO脱除率达95。2％。此外，NO光氧化脱除的主要产物是可用于生产氮肥的NO3-，副产物NO2的质量浓度仅为4。7mg/m3，NO2与残余NO质量浓度均远低于燃煤锅炉NOx质量浓度不超过50 mg/m3的超低排放标准，且该整体式催化剂可在连续操作的工况下净化烟气中高浓度NO。基于CuOx/D-TiO2/MCF的光热协同催化体系在实际工业烟气脱硝与氮资源化利用领域具有良好的应用前景。

    NO氧化脱除光热协同催化氧空位CuOx整体式催化剂

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    煤液化固渣萃余物的组成结构及铁催化剂活性相回收

    李导高山松王洪学谢晶...
    2115-2123页
    查看更多>>摘要：为解决大规模煤直接液化催化剂铁源供应问题，同时实现煤液化固渣萃余物的无害化分质利用，从固渣萃余物中回收铁催化剂的角度进行研究，探索采用物理磁选法进行铁催化剂富集回收的可行性。首先采用粒度分析、XRF、XRD、SEM、TG、SEM-EDX等表征手段对固渣萃余物进行全面的物化性质表征，确定铁催化剂的质量分数和存在形态。由分析可知，工业装置固渣萃余物主要由未反应煤中的炭及残炭、挥发分及灰分组成，其粒度均匀且没有团聚，其中铁元素质量分数为5。96％，铁物种仍以具有顺磁性的Fe1-xS活性相存在，被未反应煤、残余沥青掺杂、包裹，与各种元素Ca、Si、Al、O等均匀混杂分布在萃余物中。在此基础上，选用4种型式的磁选设备在不同磁场强度下进行磁选富集，并将富集后的样品作为催化剂用于煤直接液化反应，考察其直接液化反应性能。试验结果表明，湿式立环脉动高梯度磁选机一方面将所产生的高梯度磁场力作用于磁性催化剂细粉，同时脉动流体力在一定程度上消除了非磁性颗粒的机械夹杂。在清水作为分散介质及洗涤介质下，更有效地实现了固渣萃余物中铁催化剂细粉的精细分离。在640 000 A/m外加磁场强度下，含铁催化剂物料富集率为10。48％，铁元素质量分数可达11。37％，高压釜萃取油产率为41。96％，与无催化剂时相比高7。17％，比固渣萃余物提高8。99％，可掺混至新鲜催化剂中实现有效回用，部分解决催化剂铁源短缺的问题。

    煤直接液化固渣萃余物铁催化剂回收液化性能

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