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煤炭洗选处理技术

发布时间: 2011-03-31     来源:

 

选煤工艺可分为四类:筛分、物理选煤、化学选煤、细菌脱硫。筛分是把煤分成不同的粒度。物理选煤目前普遍使用的方法有跳汰、重介质选煤和浮选三种。跳汰选煤是在上下波动的变速脉冲水流中,使相对密度不同的煤和矸石分开。重介质选煤是用磷铁矿粉等配制的重介质悬浮液(其相对密度介于煤与矸石之间),将煤与矸石等杂质分开。浮选是利用煤和矸石表面湿润性的差异,洗选粒度小于0.5mm的煤。
选煤按工艺也分为两大类:干法和湿法。湿法包括定筛跳汰选煤,熏介选煤、水介选煤、浮游选等。干法包括复合式风选,空气重介选、选择性破碎等。其中,以重介选煤、跳汰选煤和浮游选煤应用较为普遍,重介选煤是利用煤中不同密度的矿物颗粒在介质中的上浮和沉降以达到分选的目的,跳汰选煤是利用各种密度、粒度的物料在流体介质中的上下运动以达到分选目的的,浮游选煤是利用各种矿物质的不同物理化学特征,从矿浆中浮出某些矿物的分选方法。
选煤的目的在于排矸降灰和降硫,以重介选煤为倒,所选用的介质密度处于高、低矿物质的密度之间,矸石的密度明显高于煤而下沉,质量好的煤因密度小而上浮,另一方面,煤中的硫主要以FeS2的形式存在,FeS2的密度明显高于煤而下沉,因此,能达到降灰和降硫的目的。1亿t原煤通过选煤之后可减少S02排放量100~150t,而且,其成本只有烟气脱硫的1/10
1.         筛分
筛分过程指粒度小于筛孔的细粒物质经筛孔透过筛面,与粒度大于筛孔而留在筛面上的粗粒物料实现分离的过程。为了使粗、细物料经筛面实现分离,物料和筛面之间必须有相对运动,才能使物料呈现出松散状态。分离过程由物料分层和细粒透筛两个阶段构成,分层和透筛相互交错同时进行。现主要采用抛射式筛分法,筛面在垂直的纵平面内做谐振动或准谐振动,筛面运动轨迹呈直线、圆形或椭圆形,物料在垂直的纵平面上被抛射前进。并根据筛分原理确定合适的筛孔尺寸和物料相对筛面运动方向。
常用的筛分设备有圆振动筛(结构简单、维修量较小,多用于筛分粗粒级物料)、直线振动筛(利用同步异步向旋转的双不平衡重激振器,又较大加速度,适合于煤炭中、细粒级的脱水、脱泥和脱介,以及中、细粒级物料的分级)、椭圆振动筛(筛箱运动轨迹轨迹为椭圆,长轴强化物料输送,短轴促进被筛物料松散,物料运送速度大料层薄,颗粒不易堵塞筛孔,用于中、小粒级煤的干式或湿式筛分)等。
2.         重介选煤
在密度大于1g/cm的介质中,按颗粒密度的的大小差异进行选煤,叫做重介质选煤或重介选煤。选煤所用的重介质有重液和重选浮液两类。重介选煤的主要优点是分选效率高与其它选煤方法;入选力度范围宽,分选机入料粒为1000-6mm。重介选煤的缺点是生产工艺复杂,生产费用高,设备磨损快,维修量大。
重介质选煤的基本原理是阿基米德原理,即浸没在液体中的颗粒所受到的浮力等于颗粒所排开的同体积的液体的质量。因此,如果颗粒的密度大于悬浮液密度,则颗粒下沉;颗粒密度小于悬浮液密度,颗粒上浮;颗粒密度等于悬浮液密度,颗粒处于悬浮状态。当颗粒在悬浮液中运动时,除受重力和浮力作用外,还将受到悬浮液的阻力。对最初相对悬浮液做加速运动的颗粒,最终将以其末速度相对悬浮液运动。颗粒越大,相对末速度越大、分选速度越快、分选效率越高。重介质选煤是严格按照密度分选的,颗粒粒度和形状只影响分选的速度。
重介选煤一般都分级入选。分选块煤一般在重力作用下用重介质分选机进行;分选沫煤在离心力作用下用重介质漩流器进行。我国使用的重介质分选机主要为斜轮重介质分选机、立轮重介质分选机。斜轮重介质分选机优点是分选精度高;选粒度范围宽,分选粒度上限为200~300mm,最大可达1000mm,下限为6-8mm;处理量大,槽宽1m的分选机,处理量为50-80t/h;所选悬浮液循环量少,约0.7-1.0m3/h入料;分选槽内介质比较稳定,分选效果良好。其缺点是外形尺寸大、占地面积大、出两种产品。立轮重介质分选机的优点是入选上限大,分选效果好,设备结构简单,运转可靠。其缺点是立轮高度较大,当采用下降介质流时,悬浮液的循环量较大。重介质旋流器的优点是结构简单,处理量大,分选效率高,适合于处理难选煤,分选下限低,其有效分选下限可达0.3-0.5mm。其缺点是入料上限一般只在25-13mm,粒度太大会造成堵卡现象,影响生产;同时悬浮液的循环量大,每吨煤需要3-5m3的悬浮液,因而动力消耗大。
3.         跳汰选煤
跳汰法的基本原理是:煤层在脉动的液体中,由于液体周期性的上下运动,交替的膨胀和收缩,导致煤粒按密度由顶至底逐渐增加的顺序进行分层,从而达到分选的目的。脉动液体通常为水,应用空气或活塞来产生脉动。目前使用的跳汰机大多是用固体筛来支承煤层,用空气来产生脉动。
跳汰机是利用跳汰分选原理将入选原料按密度大小分选为精煤、中煤和矸煤等产品设备。典型的跳汰机设有如下系统:产生和控制周期性上冲-下降运行的机械系统;原煤的输送和喂入系统;净煤和废渣的分离和运出系统。目前跳汰机大致可分为三类:一是活塞式,跳汰机活塞室中活塞的往复运动引起水的运动;二是动筛式,将有煤层的跳汰箱在静止水中上下运动;三是无活塞式(空气脉动式),将机体制成“U”形,通过对“U”形的封闭端压入或放出压缩空气而引起水的往复运动。最常用的是无活塞式,因为改变脉动式空气排放速度的控制方法易于调节和实现。
跳汰选煤可以适用于各种不同可选性的原煤,对宽筛分获窄筛分均可,快煤、末煤也适用,流程简单,投资少,设备操作检修维护方便,有很强的处理能力,成本低,在一定条件下有足够的分选精度。
4.         浮游选煤
浮游选煤(简称浮选),是依据矿物表面物理化学性质的差别及对水呈现不同的润湿性分选细煤粒,浮选是在气、固、液三相的系统中完成的,他能有效处理的物理粒度范围恰是一般重力选煤方法效率低、分选速度慢甚至无效果的粒度范围。
将煤与水混合成煤浆,并按一定的方式将气泡鼓入到煤浆中。亲水性很强的矿物质,气相无法排开液相;而亲水性很弱的煤,气相可以排开液相。在实际洗选过程中,由于煤浆中煤和矿物质各自的湿润特性,当煤粒与气泡发生碰撞时,气泡易于排开其表面薄且容易破裂的水化膜,使煤烊黏附到气泡的表面,从而进入泡沫产品;矿物质表面与气泡碰撞时,颗粒表面的水化膜很难破裂,气泡很难附着到矿物质颗粒的表面上。因此矿物质留在矿浆中,从而实现了煤粒与矿物质分离。
目前使用的浮选设备很多,主要包括机械搅拌式浮选和无无机械搅拌式浮选两种。为了提高煤的可浮性、扩大煤与矿物质润湿性的差别、促使空气在矿浆中弥散、形成小而稳定且不易兼并的气泡,通常在浮选过程中加入药剂,如起泡剂、捕收剂和调整剂。
5.         化学选煤
化学法可以脱除煤中的有机硫。煤炭含的有机硫的主要官能团为硫醇、硫化物、二硫化物和噻吩。煤炭的无机部分是由大量的、呈现分散块状、而且常常与煤炭有机基体紧密结合的矿物质所组成。脱除有机硫的方法可以有溶剂分解法、热分解法、酸碱中和法、还原法、氧化法和亲核取代法。上述方法中关键是要加入脱硫剂,这些脱硫剂除了硫化合物外,与煤炭的其他组分应无明显反应,且可再生、可溶、挥发性,可将煤炭中的有机硫变成小的、可溶的或可挥发的、含有绝大部分硫的分子而脱除。目前国内外正在研究的主要方法有熔融苛性碱浸提脱硫法、化学氧化脱硫法、溶剂萃取脱硫法和热解脱硫法。
6.         细菌脱硫
常温常压下,利用微生物新陈代谢的氧化还原反应达到脱硫的目的。
微生物脱除无机硫主要采用无机化能自养菌——氧化亚铁硫杆菌脱除煤炭中黄铁矿。首先微生物的生化反应有助于硫化物在水中溶解,称为细菌浸出脱硫,利用某些嗜酸耐热菌在生长过程消化吸收二氧化硫的作用促进黄铁矿氧化分解与脱硫;其次微生物可改变矿物表面性质使黄铁矿溶于水中,称为微生物助浮脱硫,利用许多细菌能自行的吸附在固体表面,或是因为表面提供了营养成分,或仅是简单的吸附以防止被水冲走,细菌一般吸附在矿物的晶格凹陷处,细菌的表面化学性质与矿物差别悬殊,强烈影响矿物在处理过程中的行为,且选择性地吸附在矿石和黄铁矿表面,则可通过浮选从煤中脱硫。