選礦與加工技術及煤的綜合開發利用

選礦與加工技術及煤的綜合開發利用
(一) 煤炭加工利用 通過一系列加工工藝，提高產品質量，生產出適應使用部門不同需求的煤炭品種，為煤炭資源能夠高效、潔凈創造條件。
1.選煤
包括篩分和選煤。原煤先進行篩分，按粒度大小進行分級，并排除大塊矸石和雜物。然后利用煤炭與其他礦物的密度，沉降速度和表面張力等性質的不同加工篩選煤，分選出低灰分精煤及其他各種規格的產品。根據分選介質的不同，將選煤分為濕法選煤及干法選煤，以前者為主。其所包括的作業有破碎、篩分、跳汰選、重介選、浮選、特殊選、煤泥水處理、脫水、除塵、干燥等環節。這些工藝環節相互配合，構成種種不同的工藝流程。
2.選煤產品 根據不同用途，砂石生產線對選煤產品有不同的要求。
(1)冶金煉焦用精煤所用原煤牌號有氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、1/3焦煤、1/2中粘煤、氣肥煤、貧瘦煤等。產品主要指標為灰分小于5.5%～12.5%，硫分小于0.5%～2.5%，水分小于12%。合成氨用煤，以無煙塊煤為原料，主要指標為揮發分小于10%，固定碳56%～75%及大于75%，硫分小于0.5%～2.0%，灰熔點大于1250～1350℃。一般中型化肥廠供應大于25mm級的無煙塊煤，小化肥廠供應13～25mm的無煙小塊煤。
(2)發電用煤要求粒度小于13mm的末煤，煤種不限，煙煤、無煙煤、褐煤均可。主要指標有揮發分大于6.5，發熱量大于11.7～20.9MJ/kg，硫小于1%～3%，灰熔點大于1350℃等。
(3)蒸汽機車用煤適用煤種為長煙煤、弱粘煤和非煉焦氣煤。粒度為25～50mm的中塊，13～50mm的混中塊以及包括粒煤在內的6～50mm混塊，發熱量大于21MJ/kg，灰熔點大于1200℃。
(4)民用煤應不燒散煤，普及燃用型煤。
3.型煤
以粉煤為主體，配加粘結劑，加壓成型的塊狀燃料，具有環保和節能的雙重作用。按制備工藝分為冷壓及熱壓兩種，以前者為主，只要求機械設備的耐磨性。在粘結劑方面包括有機及無機兩類，有機粘結劑分疏水性粘結劑，如焦油瀝青、石油瀝青等，及親水性粘結劑，如淀粉、亞硫酸紙漿廢液、釀酒廢液等；無機粘結劑有水溶性水玻璃和非水溶性的石灰、水泥及粘土等。工業型煤要求具有一定發熱量，較少的灰分及硫分，較高的灰熔點，燃燒時對環境污染較小等。此外還要求型煤光整，無裂紋，機械強度高，型煤抗壓強度應大于600～800N，自1.85m高度自由落下三次后大于13mm塊度的量所占比率稱型煤落下強度，應達95%左右。目前我國民用型煤1995年占民用煤的80%，2000年可占100%。工業用型煤發展較晚，2000年僅達40%左右。
4.水煤漿
將低灰分的洗精煤研磨成微細煤粉，按煤70%，水30%，加少量化學添加劑配制而成的煤水混合物。易于儲運，可以霧化燃燒，燃燒效率高，為低污染潔凈燃料。水煤漿質量取決于煤種、磨礦粒級配合及添加劑三個要素。制備工藝要通過磨礦粒級配合使水洗精煤煤料達到最佳的粒度分布，使煤的大小顆粒間能有最高的堆積效率，常用的方法有濕法磨礦，高濃度磨制和中濃度磨制。所使用的化學添加劑有陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑和高分子化合物及無機鹽類。目前已建成安徽淮南和北京延慶兩處添加劑廠，年生產3000t。水煤漿的應用效益顯著，首先是代油效益，1.8～2.1t水煤漿可代替1t燃料油。其次為節能效益，其燃燒效率比粉煤提高5%～10%，同時SO2和NOX排放量減少20%～30%，具有環保效益。此外用煤泥和浮選尾煤可以制出中高灰分、中低濃度的煤泥水煤漿，用于取暖及在矸石發電鍋爐內燃燒，作到變廢為寶。
(二) 煤的轉化技術
1.氣化
在一定溫度、壓力條件下，用氣化劑對煤進行熱加工，將煤轉化為可燃氣體。目前，已工業化的氣化有四類：固定床氣化(包括常壓、加壓、固態排灰和液態排灰)、流化床氣化(常壓和加壓)、氣流床氣化(常壓和加壓)和熔融床氣化(常壓)。如按氣化介質的不同而進行的分類，包括以下幾種：
(1)空氣煤氣以空氣為氣化介質的固定床煤氣化爐生產的煤氣，熱值低。水煤氣：在空氣鼓風中加入水蒸氣，產生混合發生爐煤氣，為生產合成氨、甲醇提供原料氣的技術。
(2)煤加氫氣化為了增加煤氣中的甲烷含量，在加壓條件下以氫氣為氣化介質，強化了氣化爐的生產能力，簡化了煤氣凈化步驟。
2.液化
由固體煤生產潔凈液體燃料和化工原料的煤炭轉化技術。可分為直接液化、間接液化兩大類。直接液化已開發出幾十種方法，比較著名的工藝有溶劑精煉油法(SRC-1，SRC-2)、供氫溶劑法(EOS)、氫煤法等。間接液化有由甲醇轉變為優質汽油的Mobil法，以及由合成氣合成汽油的一段和二段工藝技術等。液化技術在我國尚處于研究試驗階段。
3.焦化
以煤為原料，經過高溫干餾生產焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油，并回收其他化工產品的煤炭轉化技術。焦化最主要的產品是焦炭，用于高爐煉鐵，還可用于鑄造、有色金屬冶煉、制取碳化鈣、二硫化碳、元素磷。其次產品是煤焦油，經工業部門進行分離和提純后，是醫藥、染料、炸藥工業的原料。焦爐煤氣和化學產品如氨、精苯、硫、硫氰化合物是煤氣凈化過程中的產品，經過凈化的煤氣為中熱值煤氣，發熱量為17500MJ/m3左右，每噸煤可產煉焦煤氣300～400m3，是鋼鐵工業的氣體燃料，經過分離還可以生產氫氣及甲烷。
(三) 潔凈煤技術
泛指比傳統燃煤過程能降低二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)和微塵污染的多種用煤技術，也專指燃煤電廠更清潔、更有效的先進燃煤技術。包括四方面內容，即燃燒前、燃燒中、燃燒后以及轉化技術。
1.燃燒前潔凈技術
主要指選煤。它是提高煤炭質量、合理利用煤炭資源、減少無效運輸，降低污染的重要措施。物理選煤是靠密度及表面性質的差別分離出和煤物理性質不同的物體，如矸石和硫化鐵等。通常可除去30%～50%的硫化合物及60%的灰分，但不能分出有機硫和氮化物。化學選煤是通過化學方法去掉煤中的有機硫，一般用熔融堿浸析法獲得低灰、低硫的潔凈煤。生物選煤是利用細菌、酶和微生物脫除煤中硫的技術，可除去90%～100%的硫分，目前尚處于試驗階段。
2.燃燒中潔凈技術
采用降低燃燒溫度的流化床鍋爐和提高燃燒溫度的結渣式鍋爐，來減少SO2和NOX的排放量或提高熱交換率。在流化床鍋爐中，煤粉和石灰粉末一起懸浮在氣流中形成床層，燃燒中釋出的硫和石灰起化學反應或被吸附，形成含硫的石灰粉作為干廢渣排出。結渣式鍋爐是通過旋流式燃燒器，使煤在鍋爐外的燃燒室內燃燒，然后再引進鍋爐進行熱交換，防止灰渣在鍋爐管道中集結，從而提高了熱交換率。
3.燃燒后的潔凈技術
重點是脫除燃燒后產生的SO2和NOX。采用選擇性催化劑除氮技術(SCR)來脫除煙氣中的NOX含量，可使氮排放量減少50%～80%。另一技術稱為天然氣再燃技術，在燃燒區上方注入少量天然氣，造成一個缺氧區，使其不能形成NOX。將石灰石噴射到煙道管中央，采用線式噴射吸附法生成含硫顆粒，在下風口收集，可除去50%～70%的SO2。
4.轉化潔凈技術 即煤的氣化、液化和焦化。
(四) 煤的綜合利用
1.煤層氣
為以吸附、游離狀態賦存于煤層及圍巖中以甲烷為主的天然氣。它一方面涌入礦井后是煤礦安全的嚴重威脅，同時排入大氣后又成為一種強烈的溫室氣體，可以破壞臭氧層。但煤層甲烷又是一種優質、高效、潔凈的能源，燃燒時沒有二氧化硫氣體和煙塵的排出。按熱值計算，1000m3甲烷可相當1t標準煤，由于前者熱效率高，實際250m3甲烷即可頂替1t標準煤。我國煤層氣資源豐富，僅以每年因采煤而散發的瓦斯量即有60億m3。
2.煤矸石
煤矸石產出量約占原煤20%，不僅占用土地，還嚴重污染環境。但煤矸石可以利用，化害為利，其中發熱量高于6MJ/kg的可作沸騰爐燃料；熱值極低的可用以筑路或生產建筑材料；含Al2O3較高的可生產聚合鋁、氯化鋁；含硫較高的可回收硫化物；含碳極低的可用于井下采區回填或覆土造田。
3.伴生礦產 包括高嶺土、耐火粘土、膨潤土、硅藻土、石墨、硫鐵礦等，均可進行綜合開發利用。
4.腐殖酸
在低煤階煤中提取腐殖酸，可廣泛應用于農業、畜牧業及許多工業部門。此外，可在褐煤中提取褐煤蠟，還可以煤為原料，制造非燃料利用的工業制品。

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