超純半焦小論文

1、超純煤制備技術(shù)的研究馬礪1，2，秦曉陽1（1.西安科技大學(xué) 能源學(xué)院，陜西 西安 710054；2. 西部礦井開采及災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054）摘要：半焦俗稱蘭炭，它是褐煤、低變質(zhì)煤等在中低溫條件下干餾所得的產(chǎn)物。主要產(chǎn)自于我國的西北地區(qū)。所謂的超純半焦指的是灰分含量小于4%的超低灰半焦。本研究是主要通過浮選加工脫灰法和化學(xué)脫灰法來提高半焦的品質(zhì)，增加半焦的附加值，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，還可以延長以低變質(zhì)煤熱解分質(zhì)高效轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少半焦利用過程中對(duì)環(huán)境的影響和破壞。另外有利于促進(jìn)半焦產(chǎn)業(yè)發(fā)展、打造能源化工基地。這對(duì)增加政府財(cái)政收入和改善環(huán)境污染有著重要

2、的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵字：超純半焦，浮選脫灰，化學(xué)脫灰，循環(huán)經(jīng)濟(jì)，半焦末Ultra-pure coal preparation technology researchMA LI1,2 QIN Xiao-yang1(1.College of Energy Science and Engineering，Xian University of Science and Technology，Xian Shaanxi 710054，China; 2. Ministry of Education Key Laboratory of Western Mine Exploration and Hazard Prev

3、ention，Xian University of Science and Technology，Xian Shaanxi 710054,China）Abstrct: Carbocoal commonly known as charcoal, it is low metamorphic coal and lignite and under the condition of low temperature in the distillation of the proceeds of the product. Mainly come from the northwest of our countr

4、y. The so-called ultrapure carbocoal refers to the ash content is less than 4% of the low ash carbocoal. This research mainly through flotation processing de-ashing method and chemical de-ashing method to improve the quality of the carbocoal, increase the added value of carbocoal, increase enterpris

5、e economic benefits. At the same time, also can extend the points with a low metamorphic coal pyrolysis efficiently convert the industrial chain, the development of circular economy and reduce the carbocoal using the impact on the environment and damage in the process. In addition to promoting carbo

6、coal industry development, makes the energy chemical industry base. To increase government revenues and improve the environment pollution has important practical significance.Keywords: Ultrapure carbocoa；Flotation deashing；Chemical deashing；The circular economy；At the end of the carbocoal引言目前，我國半焦生產(chǎn)

7、所面臨的現(xiàn)狀是普遍開工不足，半焦的實(shí)際產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際的半焦生產(chǎn)能力。經(jīng)分析可以得出造成企業(yè)普遍開工不足的原因是:半焦生產(chǎn)鏈條較短、資源浪費(fèi)和環(huán)境污染比較嚴(yán)重；半焦的利用途徑有限，受下游工業(yè)的影響很大，銷售困難的同時(shí)價(jià)格也很低，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。半焦末是半焦里粒度最小的一部分篩分產(chǎn)品。用中、塊煤為原料的氣體載熱體立式爐熱解技術(shù)生產(chǎn)的半焦，其半焦末產(chǎn)量約占半焦產(chǎn)量的1015?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)隨著采煤機(jī)械化程度的提高，粉煤量隨之提高，因此導(dǎo)致塊煤售價(jià)明顯高于末煤，從而半焦生產(chǎn)原料成本增加，企業(yè)的盈利能力進(jìn)一步減弱。目前，正在開發(fā)的以小粒度煤為原料的固體熱載體熱解技術(shù)、回轉(zhuǎn)爐熱解技術(shù)、帶式爐熱解技術(shù)等

8、一些技術(shù)正處于實(shí)驗(yàn)化階段，一旦粉煤技術(shù)得以普及，半焦末的產(chǎn)量就會(huì)急劇增加。由于半焦末粒度很小，從而灰分高，所以它的用途也遭到進(jìn)一步的限制，主要用于民用燃料和發(fā)電，附加值低，用途非常有限。因此制備高質(zhì)量，高純度的半焦是非常有意義的。1浮選實(shí)驗(yàn)浮選是細(xì)粒物料分選的很有效的辦法。泡沫浮選過程的原理為：將需要分選的礦物首先粉碎成特定的的粒度，然后加水制成一定濃度的礦漿。為了提高浮選效果，在浮選過程中分別向浮選過程中加入捕收劑、抑制劑和起泡劑以及pH調(diào)整劑等浮選藥劑。由于要浮選礦物和雜質(zhì)礦物的表面電性、疏水性等的差異，在礦漿激烈的運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)發(fā)生無數(shù)次的碰撞，捕收劑充分吸附在目的礦物表面使其疏水性增強(qiáng)，

9、而捕收劑對(duì)于非目的性礦物則無任何作用，進(jìn)而兩者表面性質(zhì)差異變大。加入起泡劑并充氣后，礦漿中會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，疏水性強(qiáng)的礦物會(huì)粘附在氣泡上完成礦化過程，親水性強(qiáng)的非目的礦物則會(huì)繼續(xù)留在礦漿中。礦化了的氣泡又會(huì)進(jìn)一步形成絮團(tuán)，浮選過程中礦化了的氣泡和絮團(tuán)會(huì)逐漸上浮到礦漿表面形成泡沫層，泡沫層通過刮泡裝置刮出形成精礦（目的礦物）。而非目的礦物仍留在礦漿中形成尾礦。通過這樣的過程就使得目的礦物和非目的礦物得到有效的分離。2化學(xué)脫灰所謂的化學(xué)脫灰法指的是利用化學(xué)藥劑和半焦中的雜質(zhì)反應(yīng)使半焦中的雜質(zhì)溶于水中，最后清洗半焦。從而達(dá)到半焦脫灰的效果。常見的化學(xué)脫灰的藥劑都有：鹽酸、硝酸、氫弗酸、NaOH等等。

10、化學(xué)脫灰法的優(yōu)點(diǎn)是脫灰徹底、適用面比較廣泛，因此在超純煤制備工藝方面應(yīng)用十分的廣泛且有著十分重要的地位?；瘜W(xué)脫灰的缺點(diǎn)是：工藝比較復(fù)雜、成本較其它脫灰方法高。常見的化學(xué)脫灰法有氫氟酸法、鹽酸法、硫酸法等等。本工藝主要是對(duì)比氫氟酸、鹽酸、硫酸的脫灰效果，通過他們的各自不同的效果來選出最佳的脫灰工藝。3實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)所用的原料為陜西省神木縣生產(chǎn)的半焦。實(shí)驗(yàn)開始采用四分法縮分試樣，先采用顎式破碎機(jī)適度破碎，然后用球磨機(jī)進(jìn)行粉碎，最后將粉碎后的半焦用0.5mm、0.25mm、0.125mm、0.074mm的篩子依次篩分，不能透過0.5mm篩子的半焦進(jìn)一步破碎，直到確保所有試樣都能通過篩子。為了確定出半焦

11、的各種性質(zhì)，為實(shí)驗(yàn)的開始做好準(zhǔn)備。使半焦可以充分合理地利用，一般情況下需要對(duì)半焦進(jìn)行合理的工業(yè)分析。其中工業(yè)分析包括水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳四項(xiàng)。元素分析主要目的是為了了解原料的有機(jī)質(zhì)組成，包括碳、氫、氧、氮、硫等元素含量的測(cè)定。對(duì)實(shí)驗(yàn)半焦進(jìn)行工業(yè)分析和元素分析的結(jié)果如表3.1所示：表3.1原料半焦的工業(yè)分析和元素分析樣品工業(yè)分析(%)元素分析(%)3.7012.6812.9372.8177.521.920.533.290.36半焦MadAadVadFCadCadHadNadOadSad從表3.1可以看出，所給原料半焦的灰分是12.68%，灰分偏高，直接利用的途徑很大程度上受限，通過浮選和化

12、學(xué)處理有希望獲得高產(chǎn)率的超低灰半焦，從而實(shí)現(xiàn)半焦末的綜合利用。3.1工藝流程圖化學(xué)脫灰半焦半焦性質(zhì)研究工業(yè)分析元素分析紅外光譜分析粒度小于0.5mm浮選精礦尾礦脫水灰分測(cè)定3.2浮選實(shí)驗(yàn)浮選被廣泛的應(yīng)用于選礦中，主要是因?yàn)樗芡ㄟ^在浮選過程中添加浮選藥劑靈活、有效地控制浮選過程，成功的將礦物按人們的要求加以分開，使資源得到綜合利用。本實(shí)驗(yàn)所用藥劑如表3.2 所示：表3.2試驗(yàn)所用到的藥品藥品名稱規(guī)格生產(chǎn)廠家0#柴油仲辛醇分析純國藥集團(tuán)化學(xué)藥劑有限公司十二烷基三甲基溴化銨分析純天津市福晨化學(xué)試劑廠十二烷基硫酸鈉分析純中國醫(yī)藥上?；瘜W(xué)試劑公司曲拉通X-100分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司實(shí)驗(yàn)用浮選機(jī)的

13、參數(shù)為：浮選槽容積 1.5L，浮選機(jī)轉(zhuǎn)速 1800r/min，充氣量 0.21m3/h。捕收劑用0#柴油，起泡劑選仲辛醇，采用一次選別流程，流程如圖 3.1所示。圖3.1浮選試驗(yàn)流程圖半焦捕收表面活性劑起泡劑稀釋尾礦精礦精礦脫水十二烷基苯磺酸鈉的浮選效果如下表3.3所示：表3.3十二烷基苯磺酸鈉用量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響十二烷基苯磺酸鈉精礦產(chǎn)率（%）尾礦產(chǎn)率（%）精礦灰分（%）尾礦灰分（%）入料灰分（%）02.8697.149.4112.6312.8720036.7355.276.5417.1112.9040044.1747.836.4318.2912.8960047.9744.036.3918.111

14、2.8780050.1141.896.4418.9312.83100050.7441.266.2118.9912.87120053.2138.797.1018.3412.86140053.9238.087.2719.1212.64160051.7440.167.4319.4713.19180050.3241.687.5620.6213.00200049.8742.137.8918.5313.06由上表可以清晰的得出當(dāng)加入陰離子型表面活性劑時(shí)，浮選效果變好，且隨著藥劑用量的加大，精礦產(chǎn)率和可燃體回收率越來越大，超過一定藥劑用量范圍時(shí)，精礦產(chǎn)率和可燃體回收率又逐漸減少。當(dāng)十二烷基苯磺酸鈉的用量達(dá)到

15、 1000g/t 時(shí)，半焦的浮選效果最好，最大精礦產(chǎn)率為 50.74%，此時(shí)精礦的灰分為 6.21%。表面活性劑曲拉通 X-100的浮選效果如下表3.4所示：表3.4曲拉通的用量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響曲拉通X-100精礦產(chǎn)率（%）尾礦產(chǎn)率（%）精礦灰分（%）尾礦灰分（%）入料灰分（%）02.8697.149.4112.6312.8720034.3457.666.9612.6612.8340049.7842.226.7719.5512.8660058.4633.547.3821.1412.8780061.5830.427.5218.8913.01100057.2834.727.6918.2712.8912

16、0057.1834.828.2219.5712.97140050.9741.038.0119.5112.93160049.8142.198.2019.1112.83180047.3744.638.9116.6312.81200044.7547.258.2617.6613.11從上表和圖可以看出：當(dāng)在浮選過程中加入非離子型表面活性劑曲拉通X-100時(shí)，精礦產(chǎn)率迅速增加到34.34%，且隨著藥劑用量的增加，精礦產(chǎn)率越來越大，當(dāng)曲拉通 X-100的用量達(dá)到800g/t 時(shí)，浮選效果最好，精礦產(chǎn)率達(dá)到最大，分別為61.58%，此時(shí)精礦的灰分為7.52%。隨著藥劑用量的繼續(xù)增加，浮選效果又變差，精礦產(chǎn)率

17、逐漸下降。綜上結(jié)果所述得，表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，其浮選效果達(dá)到最好時(shí)的藥劑用1600g/t 時(shí)，此時(shí)的精礦產(chǎn)率為 54.74%，精礦的灰分為7.43%；表面活性劑曲拉通X-100 浮選效果達(dá)到最好時(shí)的藥劑用量為 800g/t，此時(shí)精礦產(chǎn)量為61.58%，精礦灰分為7.52%。通過本次試驗(yàn)選取不同的表面活性劑對(duì)原料半焦來說，浮選效果理論上最好的是表面活性劑曲拉通X-100，其次是表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，考慮到經(jīng)濟(jì)成本的原因，在后面的進(jìn)一步試驗(yàn)中選擇會(huì)非離子型表面活性劑曲拉通X-100和陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉分別來進(jìn)行研究。4化學(xué)實(shí)驗(yàn)酸堿侵取脫灰的基本原理是，先用堿性溶液對(duì)原

18、料進(jìn)行侵蝕，使堿溶液在特定的條件下和煤中的硅酸鹽、硅鋁酸鹽、石英、粘土等礦物質(zhì)反應(yīng)，從而生成溶于水的硅酸鈉或酸溶性的硅鋁酸鈉。而黃鐵礦則會(huì)反應(yīng)生成酸溶性的氫氧化鐵和硫化鈉。煤中的碳酸鹽類、金屬氧化物等礦物以及堿性溶液中形成的酸溶性化合物與酸反應(yīng)后溶于溶液中，最后經(jīng)過濾、洗滌與煤中的有機(jī)質(zhì)分離開。把上述原理翻譯成化學(xué)方程式如下：堿侵泡SioO2+2NaOH 2Na2SiO3+H2OAl2O3+NaOH+H2O 2Na(Al(OH)4)FeS2+2NaOH Fe(OH)2+NaS2 Fe(OH)2 O2 Fe(OH)3酸處理CaCO3+2HCL CaCl+CO2 +H2OFeCO3+2HCl Fe

19、Cl+CO2+H2OAl2O3+2HCl AlCl2+3H2ONa2S2+2HCl NaCl+H2S+SFe(OH)2+3HCl FeCl3+3H2O4.1工藝流程化學(xué)脫灰試驗(yàn)流程圖如下圖所示過濾浮選精礦脫水堿處理過濾濾餅酸溶液酸處理濾液精礦化學(xué)脫灰的影響因素主要包括以下幾個(gè)方面：反應(yīng)時(shí)間、溫度、壓力、侵取液濃度、液固比、煤的粒度、灰分等等。下面從化學(xué)反應(yīng)時(shí)間、煤的濃度、酸的種類幾方面來進(jìn)行平行和正交試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中保證溫度是室溫，壓力為大氣壓，灰分相同。鹽酸的濃度對(duì)脫灰的影響表3.12鹽酸濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響礦漿濃度g/l堿侵時(shí)間min酸的濃度%產(chǎn)率%灰分%4010053.945.61401

20、01060.134.3040102069.373.954020052.245.3940201060.453.9740202069.594.544030051.294.9140301068.933.740302070.134.124040050.344.7840401065.493.8340402067.344.32從上表可以看出當(dāng)堿侵的時(shí)間為30min、鹽酸的濃度為10%時(shí)最終的脫灰效果最佳，此時(shí)尾礦灰分為3.7%。此時(shí)的產(chǎn)率為68.93%。下面探究硝酸的濃度對(duì)化學(xué)脫灰的最終影響，試驗(yàn)如下表礦漿濃度g/l堿侵時(shí)間min酸的濃度%產(chǎn)率%灰分%40102060.935.0240103063.285

21、.0040104063.195.0140202064.384.9440203064.994.7840204065.224.7940302065.394.5340303066.784.2140304068.114.7840402060.314.9340403060.124.9940404057.345.01表3.12硝酸濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響從上表可以看出當(dāng)堿侵的時(shí)間為30min、硝酸的濃度為30%時(shí)最終的脫灰效果最佳，此時(shí)尾礦灰分為4.21%。此時(shí)的產(chǎn)率為66.78%。下面探究氫氟酸的濃度對(duì)化學(xué)脫灰的最終影響，試驗(yàn)如下表表3.13氫氟酸濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響礦漿濃度g/l堿侵時(shí)間min酸的濃度%產(chǎn)

22、率%灰分%4010053.945.3440101060.134.3940102069.944.984020053.475.1940201061.453.1940202069.394.734030050.345.2940301051.914.7940302061.374.834040050.435.3440401061.374.8440402059.294.76由試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)表格可以看出，當(dāng)堿侵時(shí)間20min，氫氟酸的濃度為10%時(shí)，化學(xué)脫灰的效果最佳，此時(shí)精礦的灰分為3.19%。精礦產(chǎn)率為61.45%。綜合上述的化學(xué)脫灰的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：脫灰效果最好的是鹽酸和氫氟酸，其鹽酸最好的脫灰結(jié)果是3.

23、2%，氫氟酸的脫灰效果最好為3.19%。但是由于市場(chǎng)上氫氟酸的價(jià)格比較貴，且危險(xiǎn)性比較高，腐蝕性比較大，儲(chǔ)存比較困難。因此化學(xué)脫灰選擇浮選效果相對(duì)好的鹽酸進(jìn)行脫灰試驗(yàn)。5結(jié)論本論文的目的是通過化學(xué)、物理等的方法來降低半焦中的灰分，使半焦的灰分達(dá)到超純的水平（4%以下）。在浮選工藝階段主要探究了陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑對(duì)浮選效果的影響。在化學(xué)脫灰工藝階段探索的是各種不同的酸堿對(duì)浮選后的半焦進(jìn)一步脫灰效果的探索，得到以下結(jié)論：1由浮選試驗(yàn)結(jié)果可知：非離子型表面活性劑曲拉通 X-100 的浮選效果最好，其次是陰離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉。2通過化學(xué)脫灰的處理，半焦的品質(zhì)基本上達(dá)到

24、了超純的級(jí)別。對(duì)比化學(xué)脫灰所用的三種酸，其中效果最好的是氫氟酸，其次為鹽酸，最后為硝酸。但是由于氫氟酸市場(chǎng)價(jià)格的限制，不利于大規(guī)模的使用，且氫氟酸具有非常強(qiáng)的氧化性，因此化學(xué)脫灰選擇鹽酸。在脫灰之前先用NaOH對(duì)物料進(jìn)行堿處理。使其內(nèi)部的硅酸鹽、粘土等雜質(zhì)和堿反應(yīng)。最后溶于酸。參考文獻(xiàn)：1 孫會(huì)青,曲思建,王立斌. 半焦生產(chǎn)加工利用現(xiàn)狀J. 煤炭燃燒, 2008, 14(6) : 62-65. 2 張波. 煤泥浮選的影響因素與生產(chǎn)操作要領(lǐng)J.選煤技術(shù),2011(4) : 39-40. 3 徐虎彪,王成師,楊潤全,等. 煤顆粒密度和粒度及濃度對(duì)浮選效果的影響研究J.選煤技術(shù),2013(1) :1

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