矿物加工工程在煤炭中的应用

矿物加工技术在煤炭中的应用学生：卢先春学号：10612075矿产的分类矿产的分类有多种方式:按产出状态可分为气体矿产、液体矿产、固体矿产三种。按矿产的性质及工业用途可分为金属矿产、非金属矿产、可燃有机矿产等。其中可燃有机矿产是指可提供能源的地下资源。它们在国民经济中占有重要位置。可燃有机矿产按产出状态可分：（1）固态的：如煤、油页岩等。（2）液态的：如石油。（3）气态的：如天然气等。煤石油天然气选煤的过程选煤一般都包括三个最基本的工艺过程：①分选前的准备作业。包括原煤的破碎、筛分、磨矿、分级等工序。本过程的目的是使有用矿物与脉石矿物单体分离，此外，这一过程还为下一步的选矿分离创造适宜的条件。②分选作业。借助于重选、磁选、电选、浮选和其他选矿方法将有用矿物同脉石分离，并使有用矿物相互分离获得最终选矿产品(精矿、尾矿、有时还产出中矿)。③分选后产品的处理作业。包括各种精矿、尾矿产品的脱水，细粒物料的沉淀浓缩、过滤、干燥和洗水澄清循环复用等。第1章煤炭液化（l）选煤制样：选取北宿，柴里，兴隆庄三种烟煤，水平摊开晾干，数次用四分法，各分得煤样约1000克。然后将煤样粉碎至1-3mm左右，加入球磨机磨碎至100目以下。（2）干燥：105℃下，干燥80min后，放入干燥器待用。（3）溶胀：干燥后的原煤用吡啶溶胀后，干燥脱除溶剂，待用。（4）称量：将试验用煤、溶剂、助催化剂、擦试用脱纸棉、圆形滤纸筒分别在干燥条件下称量，并记录其质量，精度为0.0001g。（5）装釜：将称好的煤样、溶剂、催化剂混合放入釜中搅匀。（6）气体置换:氮气吹扫反应器三次；再用氢气吹扫三次后，充入10MPa的氢气。（7）温度控制仪表的设定。（8）反应的升温，恒温，降温。（9）分离反应产物：反应结束，将反应器中物料全部转移至烘干纸筒中，用四氢呋喃冲洗内壁，共下一次使用，分析分离反应产物。1.1煤液化产物分离流程液体产物圆筒滤纸过滤全部回收（包括灰分及残煤、催化剂等）未反应物液化油沥青烯和前沥青烯四氢呋喃萃取环己烷萃取滤渣（不溶）滤液（可溶）不溶物可溶物可溶物不溶物萃取时间48小时，温度约90℃萃取时间48小时，温度约80℃四氢萘及液化油等煤的结构模型根据煤的各种结构参数进行推断和假想，以表示煤平均化学结构的分子的结构模型。其中，以Given等人1986年提出的两相模型最具代表。大分子网络为固定相，小分子则为流动相。这一模型指出了煤中的分子既有共价键结合(交联)，也有物理缔合(分子间力)。实验仪器及装置行星式球磨机（南京大学第二代变频行星式球磨机，型号ND2）高压反应釜（大连第四仪表厂生产的支腿式高压反应釜）温度控制仪（新型箱式数字显示精密温控仪）煤的低温干馏仪（葛金低温干馏仪）超声波辐射仪（昆山市超声仪器有限公司KQ-500B型）热重分析仪（上海天平仪器厂WRT型）液化中的实验参数1.温度2.反应时间3.氢气压力4.供氢溶剂5.催化剂1.2磨矿在煤液化中的应用磨矿机的磨矿作用在磨矿过程中，磨矿机以一定转速旋转，处在筒体内的研磨介质由于旋转时产生离心力，致使它与简体之间产生定摩擦力。摩擦力使研磨介质随着筒体旋转，并到达一定的高度。当研磨介质的自身重力大于离心力时，研磨介质就脱离筒体抛射下落，从而击碎矿石。几种典型的球磨机磨矿机按研磨介质的形状和有无研磨介质分：（l）球磨机行星式球磨机卧式行星球磨机低温行星球磨机高速振动球磨机（2）棒磨机（3）砾石磨机（4）自磨机半自磨机各种球磨罐与耗材行星球磨机的工作原理行星式球磨机是混合、匀化、细磨、小样制备、实验室快速分批将研究试样研磨到胶状细度（最小可达0.1μm）的必备装置。工作原理：转盘转动时，4个球磨罐在绕转盘轴公转的同时又绕自身轴反向作行星式自转运动，磨球在高速运动中相互碰撞、摩擦，达到粉碎、研磨、混和与分散样品的目的。传动方式：1.齿轮传动2.皮带传动。工作方式：两个或四个球磨罐同时工作。最大装样量：球磨罐容积的三分之二。进料粒度：土壤料≤10mm,其他料≤3mm。出料粒度：最小可达0.1μm（即1.0×10-4mm）。1.3煤与稻草、废塑料共液化(1)制样：神华上湾三层煤、稻草、废塑料，取样后经干燥、破碎、研磨至60目；干燥后粉碎至60目。(2)油产率的影响因素：催化剂、温度、煤油比、真空度、升温速率等。(３)催化剂：硫酸亚铁（FeSO4•7H2O）、重油催化裂化催化剂。(４)溶剂：四氢萘、煤焦油（蒽油）由济南钢铁厂提供。(５)反应温度和时间：升温速率5℃／ｍｉｎ，当温度达到400℃时，常压反应30分钟，然后抽真空至0.09ＭＰ，并使温度升至600℃，保持20分钟，然后停止加热。实验流程简图1.4从煤焦油中分离、-甲基萘本课题采用高真空精馏的技术实现、-甲基萘的分离，主要研究内容如下：（1）甲基萘分离的条件；（2）喹啉和吲哚的多级逆流脱除；（3）-甲基萘的高真空精密精馏;（4）-甲基萘的高真空精密精馏。工业甲基萘的主要组份①α－甲基萘：244.6℃②β－甲基萘：241.0℃③萘：218.0℃④联苯：255.2℃⑤喹啉：237.5℃⑥吲哚：254.7℃CH3CH3α-甲基萘β-甲基萘N喹啉吲哚萘联苯NH喹啉和吲哚的连续脱除工艺甲基萘储槽萃取塔酸储槽滴管流量计蠕动泵萃取剂阀门排液阀门液位控制器水相阀门油相收集瓶水相收集瓶废液瓶高真空精馏装置流程图1，反应塔釜；2，1米塔节（裸管），塔径30mm；3，电加热带；4，水银温度计；5，回流比控制器；6，自制连续采样器；7，球形冷凝管；8，高位槽；9，流量控制器；10，缓冲瓶；11，SHB-Ⅲ型循环水多用真空泵；12，塔釜加热套；13，调压变压器。-甲基萘产品第2章筛分作业在选煤中的应用2.1筛分工具1.标准筛标准筛是一套筛孔尺寸大小有一定比例的、筛孔边长及筛丝直径均按有关标准制造的筛子。标准筛都有筛底和筛盖，分别用以收集筛下产品和防止物料溅失。2.非标准筛非标准筛并非是随意制作的，一般对某些主要特征都作出规定。如煤炭工业规定筛孔尺寸依次为100mm、50mm、25mm、13mm、6mm、3mm、0.5mm，必要时可以增减筛孔尺寸。通常标准筛用于筛分细物料，非标准筛用于筛分粗物料。另外，标准筛的筛框为较小的圆形金属框，筛面由铜、不锈钢、尼龙等编织而成，非标准筛的筛框为较大的长方形木质(薄钢板焊接)框，筛面由低碳钢丝编织或用薄钢板冲孔而成。2.2筛分作业的分类筛分作业广泛用于选煤厂、筛选厂等。按照筛分作业在生产工艺中担负的任务不同。筛分作业可分为以下几种：1.独立筛分当筛分产品作为最终产品供给用户使用时，称为独立筛分。对于煤炭工业，主要是指筛选厂生产不同粒级商品煤的筛分。商品煤的粒级要根据煤质、煤的粒度组成和用户要求来确定，动力用煤的粒级见表：2.准备筛分当筛分是为分选作业提供不同粒级的矿物时，称为准备筛分。煤炭工业中各种选煤设备都应供给适宜粒级的原煤。过粗的大块不能分选，过细的微粒难以回收。3.预先筛分与检查筛分当筛分和破碎作业配合进行时，若在破碎前把合格粒级预先筛出叫预先筛分；若用在破碎后以控制破碎产品的粒度则叫检查筛分。许多情况下，一个筛分作业能同时起预先筛分和检查筛分的作用，如图所示。4.脱水与脱泥筛分为达到一定的工艺目的，将伴水或伴泥的碎散物料作为筛分原料，脱除其中水或泥的筛分。例如湿法选煤生产，都需要在水介质中进行，精、尾煤中含有大量的水，脱水筛分，一方面可以提高产品质量，便于贮存和运输，减少运输量及解决高寒地区冬季装、卸车的困难，另一方面可以回收水，以便循环使用。5.选择性筛分在某些情况下，筛分可将散料按物性不同分离，如选煤生产中按灰分分离，这种筛分称为选择性筛分。例如，很多块煤的脆性比混杂其中的矸石块脆性大，用滚筒碎选机边破碎边筛分，就能使低灰分的筛下物和高灰分的筛上物分离，通过筛分可降低某一筛分产品的灰分。2.4筛分机械的类型筛分机械俗称筛子，一般按筛面的结构形式和运动形式，将其分为以下类型。1．固定筛2．滚筒筛3．振动筛4．其他筛分机第3章破碎作业在选煤中的应用3.1概述破碎是在外力作用下使大块物料变成小块物料的过程。它是用外力施加于被破碎的物料上，克服物料分子间的内聚力，使大块物料分裂成若干小块的过程。破碎与磨碎在使用的方法及产物粒度上有所不同，破碎产物的粒度较大，而磨碎产物的粒度细小。3.2破碎作业在选煤中的应用破碎作业在选煤生产中都占有重要地位。破碎作业在选煤厂生产中的作用主要是满足选煤机械对入选物料最大入选粒度的要求。例如，我国入选原煤粒度一般在50mm以下，而从煤矿运来的原煤最大粒度可达300mm，所以，应对大块原煤进行破碎；井下和露天开采的矿石的粒度分别可达600mm与1500mm，也需破碎。3.3破碎作业的分类破碎作业按在选煤工艺中的作用不同可分为：准备破碎(分选前)；最终破碎(分选后)。破碎作业按破碎产物的粒度不同分为：粗碎、中碎、细碎与粉碎，见表：破碎作业按其消耗的能量形式不同分为：机械能破碎；非机械能破碎，即应用电能、热能等进行破碎。选煤厂主要是采用机械能破碎。机械能破碎有五种基本方式：a挤压破碎;b劈裂破碎;c折断破碎;d研磨破碎;e冲击破碎选煤常用的破碎工艺流程煤矿运到选煤厂的原煤的最大粒度可达300mm。采用跳汰与重介质选煤，入选粒度一般要小于50mm，所以先进行破碎，使其粒度小于最大允许入选粒度。为满足这一粒度要求，有两种常用破碎系统，一种是带有准备筛分的开路系统，如图(a)；另一种是带有检查筛分的闭路系统，如图(b)。闭路破碎系统的优点是能保证产品粒度小于规定尺寸；缺点是设备较多，流程复杂，破碎机的负荷量应考虑检查筛分的筛上物料量。3.4破碎机械设备及工作原理破碎设备按破碎的粒度范围分为破碎机与磨碎机两大类。两者根本区别：破碎机的破碎部件在工作中不直接接触，破碎面之间总有一间隙，破碎物料就夹在这些间隙中；磨碎机的工作部件(或介质)相互接触，工作时可能被物料隔开。破碎机按工作原理和结构特征分：颚式破碎机、圆锥破碎机、锤式破碎机、辊式破碎机和冲击式破碎机等。各类破碎机械设备与耗材1）颚式破碎机及鄂板2）锤式破碎机和转子及齿形、环形锤锤头3）冲击式破碎机4）圆锥破碎机5）辊式破碎机6）圆锥球磨机3.5破碎效果评定选煤时，破碎作业一般应满足以下两方面要求：1)破碎产品达到规定粒度，或排料中大于规定粒度的煤块尽可能少。2)尽量避免过粉碎。因为过粉碎产品的含量多，会给分选作业带来困难，降低精煤产率，同时增加煤泥量，加大煤泥回收和洗水澄清设备的负荷。过粉碎还将加快设备的磨损和增加无谓的功耗。谢谢老师、同学!!!参考文献1、《矿石学基础》周乐光主编，冶金工业出版社，北京：19902、《矿石学》，陈祖荫主编，武汉工业大学出版社，19873、《非金属矿物原料特性与应用》，古阶详主编，武汉工业大学出版社，19904、《非金属矿产开发利用》，郭守国、何斌主编，中国地质大学出版社，19915、《矿物颗粒分选工程》，卢寿慈主编，冶金工业出版社，北京：19906、《选矿手册》第三卷第一分册，冶金工业出版社，北京：19937、《煤化学》,陶著主编，冶金工业出版社19848、《煤化学》(第1版),虞继舜主编冶金工业出版社2000年,8～2019、王村彦,黄慕杰,吴春来,煤直接液化催化剂的研究与开发动向,煤炭科学技术,1998(04):24～2610、申峻,王志忠,煤直接液化催化剂研究的新进展,煤炭转化,199901,6～911、李好管,煤直接液化技术进展及前景分析,煤化工,2002,(03),8～1212、、、