煤炭是我国主要能源,对于我国能源安全和国民经济发展起到重要作用。然而煤炭若不能得到合理的加工,将会产生一系列环境和能源浪费问题。选煤作为洁净煤的源头技术,也是符合我国国情,促进煤炭资源清洁利用的关键技术。由于我国煤炭资源主要分布在西北部干旱缺水地区,且煤炭产业布局也在逐步向西北地区转移,因此亟需开展煤炭高效干法分选技术的相关研究工作,这也使得一系列干法选煤技术,包括流态化干法分选得以快速发展。目前流态化干法分选技术由于颗粒相组分复杂且存在高变形、高流动性的气流,使得分选过程的精准调控成为核心难题。而气固流态化多组分体系的颗粒混合与分离机制的研究则是破解该核心难题的关键途径之一,但目前关于该领域的研究仍有许多不足之处。基于此,本文开展了气固流态化分选系统的多组分颗粒的混合与分离机制的研究工作。根据气固流态化多组分颗粒的特点,借助于电容层析成像系统（ECT）首先对单一组分的磁铁粉颗粒的时-空维度上的分布均匀与稳定性的变化规律进行了深入研究。研究表明,在固定床与流化床转化过程颗粒浓度存在明显的分层现象,即越靠近床层上部浓度值越高;床层密度在径向分布上存在明显的梯度差,中心轴位置密度相较于整个床层密度至少低0.073g/cm~3以上;随着流化气速增加床层密度值降低,上部密度均匀性增强;分选密度略小于床层密度,与中心轴密度相近。此后对多组分重介质颗粒时空混合规律进行了系统地研究,分析了气泡相的存在所造成的细粒入料的悬浮密度理论范围值,并得到了气泡相气流所导致的入料颗粒的曳力变化方程;另外根据ECT测试结果,发现精煤粉作为添加物时,会造成严重的颗粒分层现象,而石英砂颗粒作为添加物时,整体分布比较均匀;通过原煤粉的轴向分布规律研究发现,矸石颗粒分布会随着低密度煤颗粒占比提升而降低。通过对0.5-1mm细粒级模拟煤颗粒分离试验发现,在表观气速到达临界流化气速之前颗粒就已经产生按密度分层现象,在石英砂质量比小于60%时,最佳分离气速大于临界流化气速,大于60%以后最佳流化气速基本等于临界流化速度;以0.5-1mm原煤分离试验结果来看,在最佳操作条件下,精煤灰分相对于原煤降幅可以超过80%,灰分离析值接近于1。此外,分析了多粒径多组分模拟煤颗粒窄粒级与宽粒级条件下的流化行为转变过程,发现初始流化气速随高密度颗粒体积分数增加而线性递增,而完全流化气速在高密度物含量低于20%时快速增长,大于20%以后增长缓慢,并根据此现象拟合得到了完全流化气速预测模型;根据多粒径多组分模拟煤颗粒窄粒级与宽粒级分离过程的最佳操作气速变化规律,得到了最佳操作气速范围的预测模型。基于多粒径多组分模拟煤颗粒窄粒级和宽粒级条件下的分离试验研究,确定了粒度分布和粒度范围对于分离效果的作用机制,发现1-2mm和0.5-1mm窄粒级颗粒分离效果大于0.5-3mm宽粒级混合颗粒分离效果,2-3mm窄粒级分离效果最差。此外,由分离过程试验现象,找到了变气速操作模式,发现先以接近完全流化气速的气速流化,再以接近初始流化气速进行流化,可以降低浮物组分中的沉物含量,提高分离效果。通过对多粒径多组分原煤颗粒的分离,也发现了类似试验现象,并验证了以模拟煤颗粒进行分离试验结果的准确性以及变气速操作模式的有效性。多粒径原煤颗粒分离试验表明,通过气固无重介质流态化操作,可以实现0.5-1和1-2mm窄粒级以及0.5-3mm宽粒级原煤的高效分离。该论文共有图99幅,表10张,参考文献178篇。