超低灰純煤

超低灰純煤，是潔淨煤技術的高端組成部分，是國家九五重點科技攻關和寧夏回族自治區火炬科技項目。

0 前言
煤炭超純製備工藝及設備研究 項目是潔淨煤技術的高端組成部分，是國家 九五 重點科技攻關和寧夏回族自治區火炬科技項目，榮獲 2008 年度國家科技進步二等獎 項目研究 設計了煤炭超純製備新工藝，採用跳汰粗選 重介精選的梯級分選工藝，成功解決入洗原料煤 0.1 含量大於 90%不可物理洗選的世界性難題，在國內外率先實現了灰分2.00%超低灰純煤模化生產 經中國煤炭工業協會鑑定，該項目整體技術達到 國際先進 水平，運用煤岩學分析和常規浮沉試驗相結合的研究方法，確定生產超低灰純煤的入洗原料煤煤質資源特性，是本項目的主要技術創新點之一。
煤炭一直是中國的主要能源。煤炭的常規利用主要是作為一次能源以及煤炭的轉化。目前在煤炭利用中比較突出的是製備代油水煤漿和煤基材料。水煤漿作為代油燃料 , 屬於低污染潔淨煤燃料 , 需要有很高的熱值 , 易於點火和排渣 , 高灰煤炭不僅影響熱值 , 還會增加飛灰和排渣量 , 並且加重設備的磨損 , 使燃燒系統複雜化 , 此外 , 灰成分直接關係到熔點的高低 , 決定排渣方式的選用 ,所以在製備優質水煤漿 , 尤其是替代柴油和天然氣用於內燃機、燃氣輪機、航空渦輪發動機等的精細水煤漿時應選用灰分較低的煤 (灰分小於 1 %)。通常情況下 , 煤炭只是作為燃料 , 其附加值較低 , 而它用於製取煤基材料則可增加附加值, 提高煤炭經濟效益。如製備活性炭 , 活性炭的灰分在活性炭發生物理吸附 , 尤其是在催化領域使用時 ,有可能發生不必要的催化反應 , 從而影響其吸附性能 , 同時由於灰分含量及灰分成分的差異 , 有時比表面和孔隙結構類似的活性炭吸附能力差別很大 ,影響活性炭的使用 , 因此脫灰是改進活性炭質量的重要內容。此外 , 目前製備優質活性炭的原料一般價格昂貴的木柴、果殼以及合成樹脂和纖維 , 並且煤基活性炭的質量遠比木質活性炭低。用於製取碳材料 , 如碳纖維複合材料、石墨質等 , 可用做電極、電極糊、甚至人工腎臟等 , 可以解決傳統製法中成本高的問題。由此可見 , 無論是代油水煤漿還是優質煤基材料 , 對煤質 , 尤其是煤的灰分有著很高的要求 , 超純煤則可達到這些要求 , 它有著廣闊的套用前景和潛在的巨大的經濟社會效益 , 超純煤製備的研究也越來越重要。
1 超純煤製備方法
1.1 物理法
1.1.1 摩搖靜電選
該方法的原理為 微細粒煤在高速氣流的夾帶下,經輸送管路進人摩擦帶電器 ,在摩擦帶電器中,物料顆粒經歷了與摩擦材料和相互間的碰撞 ,從摩擦帶電器的噴嘴噴人由兩平行極板產生的強電場中 ,由於從摩擦帶電器噴嘴噴出的煤顆粒和礦物質顆粒分別帶有極性相反的電荷—煤顆粒帶正點 ,礦物質帶負電 ,因此在強電場的作用下 ,煤和礦物質分別被吸向負極板和正極板（或被各自的集塵器收集 ）。
摩擦靜電選煤是一種工藝簡單、能對微細粒實現分選的乾選的方法 。由於其不用水和藥劑 ,具有成本低 、不存在脫水問題等優點 。但在現階段還存在一些問題 ,還沒有工業化 。
1.1.2 選擇性絮凝技術
選擇性絮凝根據可燃體與非可燃體兩部分顆粒表面性質的不同進行分選 ,是一種較為理想的極細粒煤泥分選方法 該方法可以脫除煤泥中單體解離的微細粒黃鐵礦 ,從而降低煤泥中黃鐵礦硫的含量對組合煤樣 ,硫分可從5。6%降至0.39% ,並且有較高的產率。另外 ,用選擇性絮凝脫硫的同時可以脫灰 ,樣品灰分可從12.3%降低到3.0%以下 。因此 ,選擇性絮凝是超純煤製備中一種比較有前途方法。
1.1.3 常規物理方法
浮選柱法 , 中國礦業大學北京校區用溶氣式浮選柱處理府谷煤和白萁溝煤 , 經一次浮選得到灰分小於 1 %的超低灰煤。
重介法 , 中國礦業大學用精選型重介旋流器處理太西煤 , 分選出了平均灰分為1.52 %超低灰煤。
利用選煤機多次精選法 , 將煤的粒度細碎至0.074mm以下 ,經過多段物理方法精選可獲得超低灰超微細精煤 ,其灰分可降至0.67%~0.78%左右 ,其質量已接近於化學處理的超純煤 ,這一方法尚需做中試及工業性試驗 。
1.2 化學脫灰法
1.2.1 氫氟酸法
氫氟酸法基本原理是用 HF和 H2SiF6 與煤中的灰分進行化學反應, 使煤中的灰分轉變為可以溶於HF溶液的金屬氟化物或金屬氟酸鹽, 而SiO2 轉化為 SiF4和水, 從煤中除去。氫氟酸法包括: 酸化氟化銨、氫氟酸— 鹽酸、鹽酸— 氫氟酸— 鹽酸等體系。該法能有效的去除大多數礦物雜質 , 能適應各種類型的原煤 , 對粒度沒有嚴格要求 , 有利於簡化磨碎工藝 , 降低能耗。但氫氟酸有劇毒 , 腐蝕和污染較嚴重。
1.2.2 常規酸鹼法
常規酸鹼法基本原理是在一定的溫度和壓力下 , 在氫氧化鈉的作用下 , 煤中游離的 SiO2 和矽酸鹽生成可溶行的矽酸鹽被除去 , 高嶺土類礦物和某些矽酸鹽與鹼作用 , 生成不溶於鹼但能溶於酸的衍生物 Na2O· Al2O3· 18SiO2· 115H2O , 碳酸鹽和多種金屬氧化物能溶酸 , 經過酸鹼兩步處理, 部分黃鐵礦硫也能被除去它包括 NaOH—HCl NaOH—H2SO4 , NaOH—HCl —HNO3 等體系 , 最常見的是 NaOH—HCl 法。該法脫灰效率高、適應面寬、精煤回收率高但是工藝 (尤其是後續的化學藥劑與副產物回收工藝) 複雜 , 成本較高。
1.2.3 熔融瀝濾法
熔融瀝濾法 (MCL) 主要原理是 , 將煤在反應爐用處於高溫和高濃度狀態的熔融的氫氧化鈉或氫氧化鈉與氫氧化鉀瀝濾 , 瀝濾過程中煤中大部分礦物轉為可溶的鹼金屬鹽 , 含硫成分轉化為無機硫化物 , 多硫化物以及其它可溶的含硫化合物 , 瀝濾後用稀酸及水處理洗滌鹼處理過的煤 , 除去可溶性雜質即可。該法脫灰降硫效果好 , 能在使硫分降低 50 %的前提下同時除去有機硫和無機硫。
1.2.4 化學煤
化學煤的原理是利用煤的衍生物 — — — 酚油和鹼液作溶劑 , 在 325～345 ℃和 816～1214MPa (CO表壓) 條件下 , 溶解並破壞煤中有機質 , 使煤結構中 C - C鏈斷裂 , 大分子變成小分子 , 同時 , 用一氧化碳和水蒸氣的變換反應 , 產生活性氫覆蓋在煤粒表面上 ,起到加氫的作用。然後將溶解的有機物和不溶的殘渣進行分離 , 接著再用甲醇作反溶劑 ,從熱的有機物中沉澱出固體化學煤。
該法脫灰效果好 , 適用於各種牌號的煤 , 尤其是可以用褐煤、低階煤或劣質煙煤為原料製備化學煤 , 這是其它超純煤技術無法相比的 , 但是工藝流程複雜、藥劑成本高。
1.3 油團聚法
1.3.1 油團 - 篩分法
油團 - 篩分法也稱為 OTP 工藝 , 其主要流程是 , 將煤製成一定濃度的微細粒煤漿 , 加入團聚劑 , 經強烈攪拌 (高速剪下) 後 , 煤粒形成具有一定強度與粒度的聚團 , 礦物質則分散在水中 , 經篩分機脫水、洗滌 , 篩下水澄清復用。將篩上物 (煤粒聚團) 加熱蒸發、回收團聚劑 , 得到最終產品。
在國外一般採用沸點為 36 ℃短鏈烴戊烷作為橋連液。該法用短鏈烴戊烷作橋連液 , 選擇性好 , 不用高溫即可回收 , 能有效降低成本 , 能有效地製取超純煤 , 它的最大地問題是短鏈烴沸點低、易揮發和著火點低 , 整個過程需密封完成。
1.3.2 油團 - 浮選法
其主要流程是, 將煤製成一定濃度的微細粒煤漿 , 分別加入調整劑和橋連液 , 經高速攪拌後 , 形成疏水聚團 , 然後通過浮選分離煤粒聚團和礦物質。橋連液包括煤油、柴油、燃料油等常規長鏈烴或多環芳烴等。該法與 OTP工藝相比 , 能大幅度降低用油量 ,機械夾帶低 , 產品水分較低 , 可在不需大改動現有流程、設備的條件下 , 用於解決入料粒度過細、分選效果不佳的浮選問題 , 但其油耗太高 , 給其工業化帶來一定的障礙。
1.4　小結
(1) 物理或物理化學法與化學法相比工藝較簡單、成本較低 , 對煤的性質破壞較小 , 此外它也具有良好的脫灰效果 , 但是物理法中的濕法分選 , 由於粒度較細 , 產品脫水難度較大 , 需要進一步研究超細煤的脫水技術。
(2) 化學法雖然具有較好的脫灰效果, 但是工藝條件比較苛刻, 工藝複雜, 大多數有複雜的藥劑回收系統, 藥劑、操作成本昂貴, 此外一些化學法破壞了煤的性質, 給煤的質量和使用帶來很大的影響, 這些給它們的工業化及推廣帶來一定的限制。需開發溫和的化學製備法, 採取措施, 降低成本。
(3) 大多數煤在分選前需要超細粉碎 , 需要開發研究高效的磨礦設備及磨礦技術 , 降低能耗 , 同時要進一步研究煤經超細粉碎以及分選處理後 , 表面物理化學性質的變化。