超净煤制备工艺及影响因素分析

（一）HF-HC脱灰法

所谓HF-HC脱灰法，其实就是原料煤在经过氢氟酸处理的基础上，在将盐酸作用于其中，分别经过洗涤、过滤、干燥这三个过程，这样就可以得到超净煤，并且这种超净煤的灰度都比1%还要低。其实正是因为氢氟酸具备优异的渗透性，这也就决定了它能够与深埋后的矿物发生反应，进而可以形成可溶性氟化物，并且可以和纯煤区别开，所以说氢氟酸的脱灰效果是很明显。而且硅的氧化物及硅酸盐在氢氟酸的作用下也可以基本都消除。这样像是Al、Mg、Mn、Ti、Fe、Ca、Na、K甚至S等成分也会产生氟化物而被除去。其中，主要的反应公式如下：

原煤在通过氢氟酸处理之后，仍然会存在一些还为去除干净的像是MgO、Fe2O3、MnO2等这样的金属氧化物，但是这些遗存的金属氧化物会通过进一步的盐酸处理后，进而基本去除。缺点是腐蚀设备、污染环境。为了探索这种方法的脱灰工艺，我们曾用四种煤做了实验，煤的入料粒度为60目，将其中三种煤的灰分降到1%以下，可见用氢氟酸降灰只要掌握合适条件，降灰效果基本上不受粒度的影响。

（二）NaOH-HCl脱灰法

NaOH-HCl脱灰法首先需要先将研磨到一定程度的原煤进行苛性钠溶液处理，其次再经过盐酸处理，最后经过洗涤、过滤、干燥这三个步骤就可以完成了。并且按照这样的方法进行脱灰基本都能保证所得的产品都在1%之下，有的甚至可以达到0.2%之下。

其实，含硅化合物就是煤里面存在最多的成分。游离SiO2和大部分硅酸盐在苛性钠的作用之下，可以产生可溶性硅酸钠，进而可以被去除。其实，高岭土类化合物和一些硅酸盐放在一起后，再和碱发生作用，进而使一些不溶于碱但溶于酸像是Na2O·Al2O3·1.8SiO2·1.5H2O的衍生物产生，事实上，很多金属氧化物和碳酸盐都能够溶于酸，再经过碱和酸这两方面的作用，已经可以将一部分的黄铁矿除掉，下面就是上述的化学反应式：

碱处理：

酸处理：

苛性钠法较氢氟酸法污染小，相对来说这个方法不仅仅成本低而且更加有利于治理。然而，化学方法相对物理的方法来说价钱都是贵的。因此，为了节约成本，我们可以在进行化学处理之前，先进行物理处理，这样先用物理处理的方式脱灰，然后再用化学方法进行脱灰，进而可以更加能够深度的进行脱灰。

用苛性钠法已将两种煤的灰分分别降到0.2%和0.5%，两种煤包括年老烟煤和年轻烟煤。我们发现影响苛性钠脱灰的主要因素有：碱洗温度、碱洗时间、碱的浓度、酸洗温度、酸洗时间酸的浓度煤水比和煤的粒度等，并成功地将两种超净煤制成合格的精细水煤浆。

（三）油团聚脱灰法

所谓油团聚脱灰法，其实就是一个高非极性油用量的分选过程，而且是一种物理脱灰的办法。通过这种方法得到的微粒聚团一般都具有颗粒大、牢固的结构、光滑的表面的特征。目前，由于它具备高脱灰率和高可燃体回收率的特性，已经收到广泛的重视并且广泛应用于煤的净化。

事实上，油团聚脱灰法主要是为了生成相对适应的粒度和强度的煤粒聚团，而这些煤粒聚团必须是在煤粒悬浮体中加入烃类化合物或非极性油而获得的，并且需要强力的搅拌悬浮体才能获得。其实，这些细粒的矿物质还大多是分散颗粒，一般情况下需要进行筛选。

这其中，为了将烃类化合物进行回收再利用，要求它的用量需要达到30%，并且这种化合物的沸点很低。主要是因为这些烃类化合物易燃易爆，所以在将使煤粒球团中的烃类化合物蒸发成气体而后又回到液态的一系列过程中，全部需要在密闭的环境中进行。

我们在油团聚脱灰方面做了很多工作选择了10种有代表性的煤样作为原料煤，已将其中三种煤的灰分降到1%以下，它们是温家梁煤、神木煤和美国taggart煤。开始意识到对于那些氧化程度高的煤粒，要想进行油团聚的方法进行脱灰，首先需要加入少量的醇类进行表面疏水。

其实油团聚的进行受很多方面的影响，其中主要受煤的粒度、油的种类和用量、煤种以及搅拌的时长和矿浆的浓度等因素的影响。所以，为了更有效地降低精煤的灰分需要进行多次的油团、加酸油团磨矿时加药，这样才可以更好地进行脱灰。

除此之外，影响油团聚的这种降灰方法的还有煤的结构特性，而且影响也很大，尤其是含氧官能团的更是影响油团聚。如果包含的氧分比较大的话，想要进行油团聚就必须加入少量的调整剂，进而可以使煤的表面得到改善，只有这样才能运用油团聚的方法进行有效的降灰。

其实，影响煤的脱灰的因素还有煤表层所浸出的钙、镁离子，想要解决这一问题，需要加入一些碳酸钠以及少量的酸，这样可以有效地改善这一现象。煤中矿物质的嵌布情况对油团聚降灰的影响很大，若矿物质嵌布粗，则这种煤易选，若煤中的矿物质嵌布细，则需要将煤磨得很细，使矿物质与煤充分解离，才能将煤中的灰分降到1%以下。

不仅如此，油团聚的磨矿方式也会对降灰造成很大的影响。主要分为以下两种情况：第一，假设用铁球磨矿的话，那么煤的表层就会出现铁，这样会大大升高精煤的含灰成分；第二，假设用瓷球磨矿的话，因为瓷球主要的构成成分就是刚玉，这就决定了它很亲水，所以就不太容易的吸附在煤的表面，一般情况下不会使精煤受到污染，进而降低精煤的灰分。

除此之外，油团聚降灰还会被煤的变质程度和煤水界面张力所影响。其中，油水界面张力大的话就会取得更好的筛选效果，进而得到含灰成分很低的精煤。而煤的变质程度也对油团聚造成很大的影响，变质程度深意味着煤表面疏水这样就会更加有利于团聚；相反，变质程度浅的话就意味着煤表面亲水，就需要另外加上醇类调整剂，进而改变煤的表层性质，使其疏水，这样就能够进行团聚。

（四）选择性絮凝脱灰法

选择性絮凝是一种先进的物理一化学分选法。在选择性絮凝中，煤絮凝并迅速地沉降到容器的底部，而矿物质和黄铁矿仍然是分散的。这与使煤疏水然后矿化的浮选过程相反。选择性絮凝过程可分为四个阶段煤悬浮物的分散、絮凝剂的吸附和絮凝物的形成、絮凝物的调节、絮凝物的分离。它的特点是对细粒和超细粒的煤有效，减少了药剂用量，高脱灰率，有效地脱除黄铁矿，精煤易于分散便于制浆。这种方法特别适用于制备水煤浆用煤的精选。它与选择性聚团的不同之处是絮凝剂使用的是有机聚合物。

微细颗粒或胶体颗粒在水中形成聚团的几种类型。

1.电解质凝聚(www.xing528.com)

由于向体系中添加电解质，使颗粒表面电位的绝对值降到很小，甚至为零，导致颗粒间相互排斥的趋势骤减甚至消失从而产生颗粒之间的聚团。

2.高分子絮凝

向体系中添加高分子絮凝剂，其中当高分子絮凝剂浓度较低的时候，高分子长链不仅仅吸附在颗粒表面还吸附在另一颗粒表面上，进而通过“搭桥”的形式把两个或多个质点搭在一起，从而导致颗粒之间的强烈聚团。如在水处理中加入聚丙烯酰胺，使水中悬浮的微细颗粒迅速絮凝。

3.磁絮凝

置于外磁场中的磁性颗粒被磁化后，在颗粒之间存在着磁相互作用，导致它们之间互相靠拢聚集成团的现象。如磁铁矿微粒在一低场强磁场中，就可产生强烈的聚团。

4.疏水絮凝

一些悬浮在水中的疏水性颗粒会因为互相之间存在的疏水作用进而发生吸引聚集成团的现象。颗粒表面的疏水性是导致颗粒在水中产生疏水絮凝的主要原因。根据颗粒表面疏水化的起因疏水絮凝可分为两类。

（1）天然疏水絮凝

它是指天然疏水颗粒在水中产生聚团的现象。如石墨微粒和煤微粒悬浮体在水中的疏水絮凝。这类疏水絮凝可在不添加任何药剂的情况下发生。

（2）诱导疏水絮凝

由表面活性剂分子在颗粒表面的吸附导致疏水化的颗粒被称为疏水颗粒；而由诱导疏水颗粒在水中产生的聚团现象称为诱导疏水絮凝。在诱导疏水絮凝过程中，必须添加一定量的适当的表面活性剂到微粒悬浮体中。

（五）选择性聚团脱灰法

事实上，选择性聚团脱灰法主要就是先将在矿物悬浮体中存在着的一种或者多种具有相似性质的矿物微粒选择性地进行聚团，然后另外的那些矿物微粒还是分散的，一般情况下就会采用一般的筛选的方法将聚团和分散的微粒进行分离。

选择性聚团脱灰法具有很多的优势，比如：a.和油团聚脱灰法相比，这种方法的药耗时比较低，并且是一种物理的分选方法；b.工艺设备也相对简单；c.具有较好的分选效果；d.造成的环境污染小等等。因此，这种方法在脱灰技术这一方面是具备很强的优越性的，也具有很强的利用价值。

其实，选择性聚团法和选择性絮凝法存在着很大的区别：首先，用于选择性聚团法的聚团剂是烃类油，而选择性絮凝所用絮凝剂则是高分子化合物。其次，选择性聚团法是聚团形成之后再进行分离过程，而选择性絮凝法是在絮团形成之后下沉再进行分离。

宋少先博士在选择性聚团脱灰方面做了很多工作，主要研究团聚剂用量、调浆搅拌时间煤粒粒度和调整剂的用量对降灰的影响他认为，在团聚剂用量较低时，疏水团聚分选结果不佳；随着团聚剂用量的增加，精煤的可燃体回收率急剧提高。精煤灰分含量随团聚剂用量增加的曲线，在团聚剂用量为30kg/t时出现极小值，而过大过小的团聚剂用量都会使精煤灰分升高。

随着调浆搅拌时间的延长，精煤的可燃体回收率显著增加，而精煤的灰分含量也有所下降。随着煤粒粒度变粗，精煤的灰分含量随之升高，精煤的可燃体回收率升高。宋少先已能将三种煤的灰分降到1%以下，但是团聚剂的用量较高（20kg/t～30kg/t）。他认为非极性油强化微粒悬浮体疏水絮凝的机理主要体现在以下两个方面。

一方面非极性油珠黏附在疏水性颗粒上，然后适度地分散在其表面，以进一步增强颗粒表面的疏水性，进而使颗粒悬浮液的絮凝行为不断加强。

另一方面在两个疏水颗粒中间形成非极性油桥，并且两者之间构成紧密的连接关系，进而可以很大程度上使聚团的抗破碎能力得到有效的提高，还可以使聚团能够在稳定的环境上继续生长。程丛礼主要研究兖州北宿和鹤壁两种煤，他认为乳化絮团浮选为细粒煤的深度加工开辟了一条切实可行的途径，极易在现有的选煤设施的基础上加以改造扩建，具有广阔的应用前景。

由于此种方案能获得低灰低硫的超纯煤，它将是生产洁净煤产品的先进高效的工艺手段。当然，乳化絮团浮选法选煤还有许多工作要做，加快工业化进程是这一领域主要解决的问题。

他通过大量实验得出如下结论用乳化絮团浮选的方法分选难选的气煤，在非极性油用量为3%的情况下，可以获得灰分为1.22%无机硫分为0.23%的超纯煤，脱硫率高达84.11%。矿浆pH值对絮团有明显的影响（pH=13时，精煤产率为8.33%；pH=7时精煤产率为86.43%；H=1时，精煤产率为74.23%）。碱性强烈地抑制絮团的形成；中性条件最好；在酸性条件下，虽然煤粒表面由于矿浆中的氢离子的吸附使静电斥能下降（电动电位绝对值从17.6mV降到0.8mV），但同时也阻碍了一部分非极性油的吸附所以总的效果是絮团在酸性条件下比在中性条件下差。他认为搅拌机转速的提高对乳化絮团有利。

当搅拌机转速从2 100r/min上升到8 000r/min，精煤产率从69.85%增加到86.43%。温度的升高对聚团不利，当温度从20℃升到80℃，精煤产率从86.43%下降到20.22%。因为温度的升高造成了非极性油的挥发及其黏度的降低。表面活性剂在乳化聚团中的作用有两方面：一方面是负面效应，使煤的亲水性增强（润湿热从3.944J/g上升到5 418J/g）；另一方面积极作用是降低了非极性油的表面张力使非极性油在水中能充分分散，增加了非极性油与煤粒的附着机会。