超純煤分選技術(shù)的研究進(jìn)展

劉靜宇

（黑龍江工業(yè)學(xué)院 環(huán)境工程系， 雞西 158100）

0 引言

我國雖然煤炭資源豐富，但低灰、低硫且化學(xué)結(jié)構(gòu)特殊的特種煤炭資源（如太西無煙煤）并不豐富，這種煤炭資源在國家政策上屬保護(hù)性開發(fā)；同時，加強(qiáng)其作為一種特殊原料煤的提純和轉(zhuǎn)化技術(shù)儲備研究，以滿足一些特殊領(lǐng)域的新技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)的需要[1]。其中超純煤應(yīng)用研究受到廣泛關(guān)注。一是用超純煤生產(chǎn)高檔活性炭；二是用超純煤制造精細(xì)水煤漿，替代柴油做柴油機(jī)的燃料。已有的研究結(jié)果表明，固體含量為50%的油煤漿可用作低速和中速柴油機(jī)燃料，同時為了減少泵、活塞、噴嘴及渦輪片的磨損和排渣困難，均要求使用超純超細(xì)的原料煤，例如：精細(xì)水煤漿要求煤的灰分＜1%；內(nèi)燃機(jī)燃料要求煤的灰分＜0.5%甚至要＜0.1%，并且要求粒度小于10μm。因此，研究和開發(fā)超純煤的制備技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展低炭能源技術(shù)和開發(fā)高性能新型煤基材料亟待解決的關(guān)鍵問題。

煤炭超純化技術(shù)對微細(xì)煤和超微細(xì)煤的深度物理加工技術(shù)要求日益提高，由此細(xì)粒煤分選成為超純煤制備技術(shù)發(fā)展的重要突破點(diǎn)。本文就對國內(nèi)為常用地方分選技術(shù)做簡單描述[2-4]。

1 濕法分選技術(shù)

1.1 浮選方法

目前浮選方法主要包括浮選機(jī)和浮選柱兩大技術(shù)。浮選柱近些年廣泛的應(yīng)用于細(xì)粒煤處理較有效而且處理量也較大。在這種大環(huán)境影響下，出現(xiàn)了一批各具特色的浮選柱，如：美國的VPI浮選柱、澳大利亞的詹姆斯浮選柱、加拿大的CFCC浮選柱以及我國的新結(jié)構(gòu)充填式浮選柱等。劉炯天[5]教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組用浮選柱進(jìn)行了煤炭超純制備研究并基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；中國礦業(yè)大學(xué)[6]用溶氣式浮選柱處理府谷煤和白芨溝煤，經(jīng)一次浮選得到灰分小于1%的超純煤。

1.2 重介旋流器

分選細(xì)粒煤除選用小直徑的重介旋流器外，還要調(diào)節(jié)操作參數(shù)和調(diào)整懸浮液流變特性，來強(qiáng)化作用于礦粒上的離心力和有效的分離速度?，F(xiàn)階段重介旋流器的最佳粒度下限為 0.5mm。中國礦業(yè)大學(xué)楊建國[7]開發(fā)了兩段圓筒重介旋流器，在對徐州夏橋礦煤樣和太西煤樣進(jìn)行的分選實(shí)驗(yàn)研究過程中，曾獲得灰分2.00%左右的超純煤產(chǎn)品。

1.3 螺旋分選機(jī)

螺旋分選機(jī)通過固體顆粒大小及比重的不同，使其在液體中按不同速度沉降。但作為一種傳統(tǒng)的細(xì)粒分選設(shè)備，因其分選精度低、效率低，正逐漸被淘汰。

1.4 離心分選機(jī)

離心分選是在離心力場中進(jìn)行的，它的特點(diǎn)是利用微細(xì)礦粒在離心力場中所受離心力大大超過重力，從而加速了礦粒的沉降，擴(kuò)大了不同密度礦粒沉降速度的差別，從而強(qiáng)化了重選過程。Falcon 離心分選機(jī)在分選中煤或黃鐵礦含量高的細(xì)粒煤時比當(dāng)前所用工藝（如浮選）更經(jīng)濟(jì)有效，是處理氧化的細(xì)粒煤唯一經(jīng)濟(jì)有效的方法，但處理-0.037mm煤泥時降灰效果并不明顯，需采用脫泥設(shè)備或浮選來進(jìn)一步降灰從而獲得低灰精煤[8]。

雖然目前的細(xì)粒物料分選裝備與技術(shù)在功能的實(shí)現(xiàn)上各有特點(diǎn)，但仍然沒有形成較為合適的細(xì)粒超純煤分選機(jī)制。

2 干法分選技術(shù)

干法分選技術(shù)以氣相為主體介質(zhì)，其分選過程中煤粒與煤粒、煤粒與礦物顆粒及礦物顆粒之間不會因水的作用而團(tuán)聚在一起，使顆粒間更加分散，作用力更加均勻。同時，物料越細(xì)，煤與礦物的解離程度越高，有利于實(shí)現(xiàn)超純煤的分選制備。

2.1 摩擦電選法

摩擦電選法適用于灰分較高的原煤降灰，不需煤泥水處理系統(tǒng)、運(yùn)行成本低、污染小，目前處于工業(yè)化研究階段。安振連等[9]通過摩擦電選技術(shù)對原煤灰分約 20%、粒度小于74μm、礦物質(zhì)充分解離的微粉煤進(jìn)行干法分選實(shí)驗(yàn)，獲得灰分 10.73%的精煤。王海鋒[10]結(jié)合摩擦荷電荷質(zhì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對煤和礦物質(zhì)顆粒在靜電場中運(yùn)動軌跡進(jìn)行模擬，研究表明 250～74μm 粒級顆粒最易于分選。

2.2 復(fù)合式干選

在干法分選技術(shù)中，以單相空氣作為分選介質(zhì)時主要用于易選煤的高密度排矸，不能進(jìn)行低密度分選，且分選效率較低。在我國得到比較廣泛應(yīng)用的此類型干法分選設(shè)備是 FX 型風(fēng)力搖床和FGX 型復(fù)合式干選機(jī)，適合于易選及中等可選性煤炭的分選，但對 0-6mm 細(xì)粒級粉煤分選效果不理想[11]。

2.3 流化床分選

目前用于 6-50mm 粒級粗粒煤分選的空氣重介質(zhì)流化床屬于鼓泡床，由于氣泡的存在而引起固體加重質(zhì)有一定程度的返混，所以分選粒度下限較高，無法滿足＜6mm 煤炭的高效分選要求。中國礦業(yè)大學(xué)使用振動流化床對＜6mm 煤炭的分選技術(shù)進(jìn)行了一定的基礎(chǔ)研究工作，其研究的分選下限可達(dá)到0.5mm；同時認(rèn)為 1-6mm 細(xì)粒煤炭在磁穩(wěn)定流化床中進(jìn)行低密度分選是可行的。但總體來講，振動流化床和磁穩(wěn)定流化床在礦物加工領(lǐng)域的研究和應(yīng)用還不十分成熟。

3 展望

煤材料化研究的前提條件是對煤進(jìn)行超純化處理，即煤炭的超純制備技術(shù)是制約煤基材料發(fā)展的瓶頸問題。目前，細(xì)粒煤的干法分選技術(shù)研究尚處于起步階段，特別是超純煤的干法制備技術(shù)和設(shè)備方面，研究成果還很少。由此，以實(shí)現(xiàn)細(xì)粒煤（超純煤）高效分選的干法分選技術(shù)研發(fā)就顯得尤為重要，在此基礎(chǔ)上研發(fā)克服現(xiàn)行干法分選弊端的關(guān)鍵技術(shù)及裝備將對我國選煤工業(yè)及潔凈煤技術(shù)發(fā)展起到積極的推動作用，將使寶貴的礦產(chǎn)資源得到更加合理、有效的利用。

[1] 肖驍，張國旺.微細(xì)粒礦物的選擇性解離強(qiáng)化分選技術(shù)[J].中國礦業(yè)，2010，19(12):62-64.

[2] 付曉恒，李萍，劉虎，等.煤的超細(xì)粉碎與超凈煤的分選[J].煤炭學(xué)報，2005，30(2):219-223.

[3]李侃社，周安寧.煤基材料研究進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程，2001，17(4):19-22.

[4] 徐建文，吳松.淺談我國細(xì)粒煤分選技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].山西焦煤科技，2010，1(1):1-4.

[5]劉炯天.旋流靜態(tài)微泡浮選柱及潔凈煤制備研究[D].北京:中國礦業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，1999，5:101-124.

[6]何為軍.用溶氣式浮選柱制備超凈煤的研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)，2001:77-104.

[7]楊建國.兩段圓筒型重介旋流器的研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)，1992，67-84.

[8]陶有俊，陶東平，劉炯天.Falcon 離心分選機(jī)對細(xì)粒煤的脫硫試驗(yàn)研究[J].金屬山，2004(2):98-99.

[9]謝國龍，俞和勝.粗煤泥分選設(shè)備及其應(yīng)用分析[J].煤礦機(jī)械，2008，29(3):117-119.

[10]安振連，陳清如，章新喜.摩擦靜電選制備超低灰煤的研究[J].選煤技術(shù)，1997(8):7-9.

[11]王海峰. 摩擦電選過程動力學(xué)及微粉煤強(qiáng)化分選研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)，2010:45-75.