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1、超纯煤制备意义及制备方法一，制备超纯煤的意义煤炭一直是中国的主要能源。煤炭的常规利用主要是作为一次能 源以及煤炭的转化。目前在煤炭利用中比较突出的是制备代油水煤浆 和煤基材料。水煤浆作为代油燃料，属于低污染洁净煤燃料，需要有很 高的热值，易于点火和排渣，高灰煤炭不仅影响热值，还会增加飞灰和 排渣量，并且加重设备的磨损，使燃烧系统复杂化，此外，灰成分直接 关系到灰熔点的高低，决定排渣方式的选用，所以在制备优质水煤浆, 尤其是替代柴油和天然气用于内燃机、燃气轮机、航空涡轮发动机等 的精细水煤浆时应选用灰分较低的煤（灰分小于1%）。通常情况下，煤 炭只是作为燃料，其附加值较低,而它用于制取煤基材料则
2、可增加其 附加值，提高煤炭经济效益。如制备活性炭，活性炭的灰分在活性炭发 生物理吸附，尤其是在催化领域使用时，有可能发生不必要的催化反 应,从而影响其吸附性能，同时由于灰分含量及灰分成分的差异，有时 比表面和孔隙结构类似的活性炭吸附能力差别很大，影响了活性炭的 使用，因此脱灰是改进活性炭质量的重要内容。此外，目前制备优质活 性炭的原料一般价格昂贵的木柴、果壳以及合成树脂和维，并且煤基 活性炭的质量远比木质活性炭低。用于制取碳材料，如碳纤维复合材 料、石墨质等,可用做电极、电极糊、甚至人工肾脏等,可以解决传统 制法中成本高的问题。由此可见,无论是代油水煤浆还是优质煤基材 料，对煤质，尤其是煤的灰
3、分有着很高的要求，超纯煤则可达到这些要 求，它有着广阔的应用前景和潜在的巨大的经济社会效益，超纯煤制 备的研究也越来越重要。二，制备超纯煤的方法2.1化学脱灰法2.1.1氢氟酸法氢氟酸法基本原理是用HF和H2S1F6与煤中的灰分进行化学反应, 使煤中的灰分转变为可以溶于HF溶液的金属氟化物或金属氟酸盐， 而SiO2转化为SiF4和水，从煤中除去4。氢氟酸法包括:酸化氟化 铉、氢氟酸一盐酸、盐酸一氢氟酸一盐酸等体系。该法能有效的去除 大多数矿物杂质，能适应各种类型的原煤,对粒度没有严格要求，有利 于简化磨碎工艺，降低能耗。但氢氟酸有剧毒,腐蚀和污染较严重。2. 1.2常规酸碱法常规酸碱法基本原理
4、是在一定的温度和压力下，在氢氧化钠的作用下, 煤中游离的SiO2和硅酸盐生成可溶行的硅酸盐被除去，高岭土类矿 物和某些硅酸盐与碱作用，生成不溶于碱但能溶于酸的衍生物 Na20 Al 203 - 18SW2 - 1.5H20,碳酸盐和多种金属氧化物能溶于酸, 经过酸碱两步处理，部分黄铁矿硫也能被除去它包括NaOHHC1, NaO H2S04, NaOHHC1HN03等体系，最常见的是NaOHHC1法。该法 脱灰效率高、适应面宽、精煤回收率高，但是工艺(尤其是后续的化学 药剂与副产物回收工艺)复杂，成本较高。2.1.3熔融沥滤法熔融沥滤法(MCL)主要原理是，将煤在反应炉用处于高温和高浓度状 态的
5、熔融的氢氧化钠或氢氧化钠与氢氧化钾沥滤，沥滤过程中煤中大 部分矿物转为可溶的碱金属盐，含硫成分转化为无机硫化物，多硫化 物以及其它可溶的含硫化合物，沥滤后用稀酸及水处理洗涤碱处理过 的煤，除去可溶性杂质即可。该法脱灰降硫效果好，能在使硫分降低 50%的前提下同时除去有机硫和无机硫。2.1.4化学煤化学煤的原理是利用煤的衍生物酚油和碱液作溶剂，在325345C和8.612.4MPa（C0表压）条件下，溶解并破坏煤中有机质，使 煤结构中C-C链断裂，大分子变成小分子，同时，用一氧化碳和水蒸气 的变换反应，产生活性氢覆盖在煤粒表面上，起到加氢的作用。然后将 溶解的有机物和不溶的残渣进行分离，接着再用
6、甲醇作反溶剂，从热 的有机物中沉淀出固体化学煤。该法脱灰效果好，适用于各种牌号的 煤，尤其是可以用褐煤、低阶煤或劣质烟煤为原料制备化学煤,这是其 它超纯煤技术无法相比的,但是工艺流程复杂、药剂成本高。2.2油团聚法2. 2.1油团-筛分法油团-筛分法也称为0TP工艺,其主要流程是，将煤制成一定浓度 的微细粒煤浆，加入团聚剂，经强烈搅拌（高速剪切）后,煤粒形成具有 一定强度与粒度的聚团,矿物质则分散在水中，经筛分机脱水、洗涤, 筛下水澄清复用。将筛上物（煤粒聚团）加热蒸发、回收团聚剂，得到 最终产品。在国外一般采用沸点为36C短链炷戊烷作为桥连液。该 法用短链炷戊烷作桥连液，选择性好，不用高温即
7、可回收，能有效降低 成本,能有效地制取超纯煤，它的最大地问题是短链炷沸点低、易挥发和着火点低，整个过程需密封完成。2. 2.2油团-浮选法其主要流程是，将煤制成一定浓度的微细粒煤浆，分别加入调整剂和桥连液，经高速搅拌后，形成疏水聚团，然后通过浮选分离煤粒聚 团和矿物质。桥连液包括煤油、柴油、燃料油等常规长链炷或多环芳 炷等。该法与OTP工艺相比,能大幅度降低用油量，机械夹带低，产品 水分较低，可在不需大改动现有流程、设备的条件下，用于解决入料粒 度过细、分选效果不佳的浮选问题，但其油耗太高，给其工业化带来一 定的障碍。2.3摩擦电选法摩擦电选法是利用煤中有机质具有的介电常数和电导率比煤中黄铁矿
8、和大部分矿物质低的特点来制取低灰煤的方法。主要原理是微 粉煤在强气流携带下，进入摩擦带电器,与摩擦带电器表面及相互之 间碰撞摩擦后，煤与矿物质带上极性相反的电荷，在强电场中，煤与矿 物质向相反方向运动，沉积在相反电极上，从而实现煤与矿物质的分 离。该法不须煤泥水处理系统、运行成本低、污染小。目前处于工业 化研究阶段。2.4选择性絮凝法选择性絮凝是一种利用矿物组分间不同的表面化学性质实现矿物分离的过程，其方,法是在含有2种以上组分的稳定悬浮液中加入絮 凝剂，由于不同组分的表面性质不同，这种絮凝剂产生有选择性的吸 附作用，通过“桥连作用”使其中某一组分产生絮凝，而其他组分仍分 散在悬浮液中，再将悬
9、浮液与絮凝物分离。选择性絮凝是物理方法中 分选细粒与超细粒矿物的一种很有效的方法之一。中国矿业大学选用 大武口煤进行试验获得灰分为1.82%的超纯煤,中国尚未见用此法制 取灰分低于1%的超纯煤的报导。该法投资低、操作成本低，可作为浮 选流程的预处理，单产品脱水较难。2.5常规物理方法浮选柱法，中国矿业大学北京校区用溶气式浮选柱处理府谷煤和 白其沟煤，经一次浮选得到灰分小于1%的超低灰煤。重介法，中国矿 业大学用精选型重介旋流器处理太西煤,分选出了平均灰分为1. 52% 超低灰煤。三结论(1) 化学法虽然具有较好的脱灰效果，但是工艺条件比较苛刻,工艺复 杂，大多数有复杂的药剂回收系统,药剂、操作成本昂贵，此外一些化 学法破坏了煤的性质，给煤的质量和使用带来很大的影响，这些给它 们的工业化及推广带来一定的限制。需开发温和的化学制备法，采取 措施，降低成本。(2) 物理或物理化学法与化学法相比工艺较简单、成本较低，对煤的性 质破坏较小，此外它也具有良好的脱灰效果，但是物理法中的湿法分 选，由于粒度较细，产品脱水难度较大，需要进一步研究超细煤的脱水 技术。(3) 大多数煤在分选前需要超细粉碎，需要开发研究高效的磨矿设备 及磨矿技术，降低能耗，同时要进一步研究煤经超细粉碎以及分选处 理后,表面物理化学性质的变化。
