CN104437879A - 一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，该方法为：一、将原料煤破碎至粒度不大于0.125mm；二、将直径为3mm～5mm的氧化锆球和破碎后的原料煤置于微波搅拌球磨机内；三、开启微波搅拌球磨机的搅拌器进行球磨，在球磨过程中向球磨桶内加入改性药剂1～6次，并进行微波辐射；四、待球磨结束后，取出微波搅拌球磨机内的物料，室温下冷却后去除氧化锆球，得到改性后的煤料。本发明通过在球磨过程中向原料煤中加入改性药剂，并结合微波辐射对原料煤进行改性，扩大煤岩镜质组和惰质组的可浮性差异，从而提高镜质组份和惰质组份的浮选分离效果，从根本上解决了煤岩显微组分可浮性差异小，浮选分离效果差的难题。

Description

一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法

技术领域

本发明属于煤表面改性技术领域，具体涉及一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法。

背景技术

根据煤岩学方法，可将煤显微组分分为镜质组、惰质组和壳质组。煤中各显微组分的结构和性质不同，其在煤炭加工利用中的地位和用途也不同，如镜质组可较大比例用于配煤炼焦、液化等工业；惰质组的粘结性、成浆性、液化性等较差，它却是制备石墨、活性炭等碳材料的优质原料。煤岩显微组分对煤炼焦工业、煤液化工业、煤燃烧、水煤浆工业、煤的氧化和气化以及原生沉积矿床和生物成矿等领域都有影响(Rachel W(RachelW,Maria M.Functional group and individual maceral chemistry of highvolatile bituminous coals from southern Indiana:controls on coking[J].International Journal of Coal Geology,2004,58:181-191)、Das TK(Das TK.Thermogravimetric characterisation of maceral concentrates of Russian cokingcoals[J].Fuel,2001,80:97-106)、Dai H(Dai H.Status of direct coalliquefaction research in China[J].Energy,1986,11:1225-1229)、Sonia H(Sonia H,Alfredo G,Guillermo A,Ximena G,Claudia U.Coal blendcombustion:link between unburnt carbon in fly ashes and maceralcomposition[J].Fuel Processing Technology,2003,80:209-223)、祁威(祁威,舒新前,王祖讷,朱书全,傅晓恒.神府煤制水煤浆的研究[J].煤炭科学技术,2003,31(7):34-35))。因此，有效进行煤岩组分的分选、发展煤岩组分的分级利用是促进煤炭综合、高效利用的有效途径。

煤岩组分的分离方法主要有比重法、浮选法、静电选及化学氧化法等，但这些方法目前都尚处于实验室研究阶段。其中，基于煤岩组分表面润湿性差异的浮选分离方法是最有可能实现工业生产的一种方法，但由于煤岩组分的表面可浮性差异较小，致使浮选分离的效果较差。为了扩大煤岩组分间的可浮性差异，从而提高煤岩单组份的富集率，有研究者(Honaker RQ(Honaker RQ,Mohanty MK,Crelling JC.Coal maceral separation usingcolumn flotation.Minerals Engineering[J],1996,9(4):449-464)、林治穆(林治穆.煤显微组分的浮选法分离及富集物燃烧性能[J].山东矿业学院学报,1990,9(1):74)、Shu XQ(Shu XQ,Wang ZN,Xu JQ.Separation andpreparation of macerals in Shenfu coals by flotation[J].Fuel,2002,81(4):495-501、Hower JC(Hower JC,Kuehn KW,Parekh BK,Peters WJ.Maceralsand microlithotype beneficiation in column flotation at the Powell MountainCoal Mayflower Preparation Plant,Lee County,Virginia[J].Fuel ProcessingTechnology,2000,67:23-33))在分选设备的改革、工艺制度的调整和浮选药剂的开发上进行了部分研究，一定程度上提高了煤岩组分的浮选分离效果。由于煤岩组分间的可浮性差异较小，致使浮选药剂的选择极为困难，相应的药剂制度不能明确，目前还未找到统一、可行的浮选分离药剂和方法。

煤岩组分表面结构和性质的差异使得浮选法分离煤岩组分成为可能，但由于煤的表面性质极其复杂、煤岩组分表面性质的差异较小又使得浮选法分离煤岩组分难度增大。以煤岩组分的表面结构为基础，采用合适的改性预处理方法选择性地改变煤岩组分的表面结构，从而扩大组分间的可浮性差异是解决上述问题的一种新思路。目前，关于煤岩组分表面改性的研究很少，特别是通过改性预处理扩大煤岩组分可浮性差异的研究尚未见报道。以上论述可见，开发一种有效的用于煤岩组分浮选分离的改性预处理方法对于煤岩组分的分选具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法。该方法通过在球磨过程中向原料煤中加入改性药剂，并结合微波辐射对原料煤进行改性，扩大煤岩镜质组和惰质组的可浮性差异，从而提高镜质组份和惰质组份的浮选分离效果，从根本上解决了煤岩显微组分可浮性差异小，浮选分离效果差的难题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将原料煤破碎至粒度不大于0.125mm；

步骤二、将直径为3mm～5mm的氧化锆球和步骤一中破碎后的原料煤置于微波搅拌球磨机内；所述微波搅拌球磨机包括一端开口的球磨桶、搅拌器和微波发生器，所述球磨桶的开口端设置有用于密封球磨桶的密封盖板，所述搅拌器从密封盖板的中心开口插入球磨桶内，所述密封盖板上设置有与球磨桶内部相通的加药口，所述微波发生器的能量输出口与球磨桶的外壁相连接；

步骤三、开启步骤二中所述微波搅拌球磨机的搅拌器，在转速为150rpm～250rpm的条件下进行球磨，在球磨过程中向球磨桶内加入改性药剂1～6次，并在每次加完改性药剂1min～10min后打开微波发生器，在功率为300W～900W的条件下对微波搅拌球磨机内的物料微波辐射0.5min～5min；所述球磨的时间为20min～60min；所述改性药剂为甲醇、乙醇、乙醚或丙酮，每次加入改性药剂的质量为破碎后原料煤质量的0.5％～5％；

步骤四、待步骤三中球磨结束后，取出微波搅拌球磨机内的物料，室温下冷却后去除氧化锆球，得到改性后的煤料。

上述的一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，步骤二中所述氧化锆球与破碎后的原料煤的体积比为(3～5):1。

上述的一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，步骤三中第一次加入改性药剂的方式为：在开启搅拌器的同时或开启搅拌器后10min内开始通过加药口向球磨桶内加入改性药剂，并控制改性药剂的加入时间为1min～5min。

上述的一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，当步骤三中微波辐射结束后需要再次加入改性药剂时，控制微波辐射结束与再次加入改性药剂之间的时间间隔为1min～5min。

上述的一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，再次加入改性药剂时控制改性药剂的加入时间为1min～5min。

上述的一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，步骤四中所述冷却的时间为0.5h～6h。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过在球磨过程中向原料煤中加入改性药剂，并结合微波辐射对原料煤进行改性，扩大煤岩镜质组和惰质组的可浮性差异，从而提高镜质组份和惰质组份的浮选分离效果，从根本上解决了煤岩显微组分可浮性差异小，浮选分离效果差的难题。

2、本发明是在原料煤球磨破碎过程中进行的一种微波改性处理。通过机械研磨实现了煤岩组分的彼此解离，在破碎的过程中及时进行改性处理，避免了原料煤的破碎断面与空气接触而发生氧化，保证了改性处理的效果。

3、本发明利用微波对煤岩组分进行改性处理，通过微波极化煤岩组分和改性药剂，诱导改性药剂在煤岩组分表面发生反应，从而改变煤岩组分表面亲水基团含量，根据煤岩镜质组和惰质组对微波改性的差异，达到增大煤岩组分可浮性差异的效果。该过程具有速度快、操作简单、改性效果可控等优点。

4、本发明是对煤岩组分进行的一种适度和轻度的改性处理，即通过本发明的方法，只是改变了煤岩组分表面的部分官能团含量，对煤岩组分的加工利用性能几乎没有影响。

下面结合实施例和附图，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明微波搅拌球磨机的结构示意图。

附图标记说明：

1—球磨桶；      2—搅拌器；        2-1—搅拌轴；

2-2—搅拌棒；    3—微波发生器；    4—密封盖板；

5—加药口；      6—能量输出口。

具体实施方式

本发明以陕西某煤矿煤样为试验对象，该煤样的显微组分组成为镜质组53.3％，惰质组36.2％，壳质组6.8％，矿物质3.7％。

本发明采用如图1所示的微波搅拌球磨机对煤样进行改性预处理，微波搅拌球磨机包括一端开口的球磨桶1、搅拌器2和微波发生器3，所述球磨桶1的开口端设置有用于密封球磨桶1的密封盖板4，所述搅拌器2从密封盖板4的中心开口插入球磨桶1内，所述密封盖板4上设置有与球磨桶1内部相通的加药口5，所述微波发生器3的能量输出口6与球磨桶1的外壁相连接；所述搅拌器2包括搅拌轴2-1，所述搅拌轴2-1上位于球磨桶1内的部位安装有多个与搅拌轴2-1垂直的搅拌棒2-2，所述球磨桶1、搅拌器2和密封盖板4的材质均可选择刚玉或其他微波绝缘材料。

实施例1

步骤一、将原料煤破碎至粒度不大于0.125mm；

步骤二、将直径为3mm的氧化锆球和步骤一中破碎后的原料煤置于实施例1的微波搅拌球磨机内；所述氧化锆球与破碎后的原料煤的体积比为3:1；

步骤三、开启微波搅拌球磨机的搅拌器2，在转速为200rpm的条件下进行球磨，在开启搅拌器2的同时开始通过加药口5向球磨桶1内加入质量为破碎后原料煤质量的1％的改性药剂甲醇，并控制改性药剂的加入时间为1min；加完改性药剂1min后打开微波发生器3，在功率为550W的条件下对微波搅拌球磨机内的物料微波辐射0.5min，然后关闭微波发生器3；

步骤四、待步骤三中关闭微波发生器1min后，通过加药口5向球磨桶1内加入质量为破碎后原料煤质量的1％的改性药剂甲醇，并控制改性药剂的加入时间为2min；加完改性药剂1min后打开微波发生器3，在功率为550W的条件下对微波搅拌球磨机内的物料微波辐射0.5min，然后关闭微波发生器3，继续球磨直至球磨总时间达到20min；

步骤五、待步骤四中球磨结束后，取出微波搅拌球磨机内的物料，室温下冷却0.5h后去除氧化锆球，得到改性后的煤料。

实施例2

步骤一、将原料煤破碎至粒度不大于0.125mm；

步骤二、将直径为5mm的氧化锆球和步骤一中破碎后的原料煤置于实施例1的微波搅拌球磨机内；所述氧化锆球与破碎后的原料煤的体积比为4:1；

步骤三、开启微波搅拌球磨机的搅拌器2，在转速为250rpm的条件下进行球磨，在开启搅拌器2后10min，开始通过加药口5向球磨桶1内加入质量为破碎后原料煤质量的4％的改性药剂丙酮，并控制改性药剂的加入时间为5min；加完改性药剂1min后打开微波发生器3，在功率为600W的条件下对微波搅拌球磨机内的物料微波辐射2min，然后关闭微波发生器3；

步骤四、待步骤三中关闭微波发生器2min后，通过加药口5向球磨桶1内加入质量为破碎后原料煤质量的2％的改性药剂丙酮，并控制改性药剂的加入时间为2.5min；加完改性药剂1min后打开微波发生器3，在功率为600W的条件下对微波搅拌球磨机内的物料微波辐射2min，然后关闭微波发生器3；

步骤五、重复步骤四1次后继续球磨，直至球磨总时间达到60min；

步骤六、待步骤五中球磨结束后，取出微波搅拌球磨机内的物料，室温下冷却3h后去除氧化锆球，得到改性后的煤料。

实施例3

步骤一、将原料煤破碎至粒度不大于0.125mm；

步骤二、将直径为5mm的氧化锆球和步骤一中破碎后的原料煤置于实施例1的微波搅拌球磨机内；所述氧化锆球与破碎后的原料煤的体积比为5:1；

步骤三、开启微波搅拌球磨机的搅拌器2，在转速为150rpm的条件下进行球磨，在开启搅拌器2后5min，开始通过加药口5向球磨桶1内加入质量为破碎后原料煤质量的5％的改性药剂乙醚，并控制改性药剂的加入时间为5min；加完改性药剂10min后打开微波发生器3，在功率为450W的条件下对微波搅拌球磨机内的物料微波辐射5min，然后关闭微波发生器3；继续球磨直至球磨总时间达到30min；

步骤四、待步骤三中球磨结束后，取出微波搅拌球磨机内的物料，室温下冷却1h后去除氧化锆球，得到改性后的煤料。

实施例4

步骤一、将原料煤破碎至粒度不大于0.125mm；

步骤二、将直径为4mm的氧化锆球和步骤一中破碎后的原料煤置于实施例1的微波搅拌球磨机内；所述氧化锆球与破碎后的原料煤的体积比为4:1；

步骤三、开启微波搅拌球磨机的搅拌器2，在转速为200rpm的条件下进行球磨，在开启搅拌器2后1min，开始通过加药口5向球磨桶1内加入质量为破碎后原料煤质量的0.5％的改性药剂乙醇，并控制改性药剂的加入时间为1min；加完改性药剂1min后打开微波发生器3，在功率为300W的条件下对微波搅拌球磨机内的物料微波辐射2min，然后关闭微波发生器3；

步骤四、待步骤三中关闭微波发生器2min后，通过加药口5向球磨桶1内加入质量为破碎后原料煤质量的0.5％的改性药剂乙醇，并控制改性药剂的加入时间为1min；加完改性药剂1min后打开微波发生器3，在功率为300W的条件下对微波搅拌球磨机内的物料微波辐射2min，然后关闭微波发生器3；

步骤五、重复步骤四4次后继续球磨，直至球磨总时间达到60min；

步骤六、待步骤五中球磨结束后，取出微波搅拌球磨机内的物料，室温下冷却6h后去除氧化锆球，得到改性后的煤料。

实施例5

步骤一、将原料煤破碎至粒度不大于0.125mm；

步骤二、将直径为3mm的氧化锆球和步骤一中破碎后的原料煤置于实施例1的微波搅拌球磨机内；所述氧化锆球与破碎后的原料煤的体积比为5:1；

步骤三、开启微波搅拌球磨机的搅拌器2，在转速为200rpm的条件下进行球磨，在开启搅拌器2后10min，开始通过加药口5向球磨桶1内加入质量为破碎后原料煤质量的2.5％的改性药剂丙酮，并控制改性药剂的加入时间为3min；加完改性药剂5min后打开微波发生器3，在功率为900W的条件下对微波搅拌球磨机内的物料微波辐射1min，然后关闭微波发生器3；

步骤四、待步骤三中关闭微波发生器5min后，通过加药口5向球磨桶1内加入质量为破碎后原料煤质量的2.5％的改性药剂丙酮，并控制改性药剂的加入时间为5min；加完改性药剂10min后打开微波发生器3，在功率为900W的条件下对微波搅拌球磨机内的物料微波辐射1min，然后关闭微波发生器3；继续球磨直至球磨总时间达到50min；

步骤五、待步骤四中球磨结束后，取出微波搅拌球磨机内的物料，室温下冷却2h后去除氧化锆球，得到改性后的煤料。

对比例

按照实施例1的球磨转速，对实施例1中破碎后的原料煤球磨30min，球磨结束后室温下冷却2h，然后去除氧化锆球，得到改性后的煤料。

对本发明实施例1至实施例5以及对比例改性后的煤料进行浮选试验：通过XFD 0.75L单槽浮选机进行浮选分离，叶轮转速为1800±10r/min，刮板转速为30r/min，充气量为0.15±0.0125m³/(m²·min)，矿浆浓度为90g/L；以十二烷基三甲基溴化铵为捕收剂，添加量为1.2kg/t；以HCl为调整剂，调节矿浆pH值为3；矿浆搅拌时间为3min，刮泡时间3min；回收浮选分离的浮物和沉物，依次经洗涤、过滤、脱水和干燥后，分别检测浮物中镜质组含量和沉物中惰质组含量。结果列于下表：

表1煤岩组分浮选分离结果

实例	浮物镜质组含量w/％	沉物惰质组含量w/％
			实施例1	78.3	52.0
实施例2	91.1	68.5
			实施例3	77.4	58.7
实施例4	86.4	61.9
			实施例5	89.6	63.6
对比例	69.3	47.4

通过浮选分离，煤岩镜质组富集于浮物中，惰质组富集于沉物中。从表1可以看出，采用本发明的方法对原料煤进行改性预处理，可以明显提高煤岩组分浮选分离的富集效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将原料煤破碎至粒度不大于0.125mm；

步骤二、将直径为3mm～5mm的氧化锆球和步骤一中破碎后的原料煤置于微波搅拌球磨机内；所述微波搅拌球磨机包括一端开口的球磨桶(1)、搅拌器(2)和微波发生器(3)，所述球磨桶(1)的开口端设置有用于密封球磨桶(1)的密封盖板(4)，所述搅拌器(2)从密封盖板(4)的中心开口插入球磨桶(1)内，所述密封盖板(4)上设置有与球磨桶(1)内部相通的加药口(5)，所述微波发生器(3)的能量输出口(6)与球磨桶(1)的外壁相连接；

步骤三、开启步骤二中所述微波搅拌球磨机的搅拌器(2)，在转速为150rpm～250rpm的条件下进行球磨，在球磨过程中向球磨桶(1)内加入改性药剂1～6次，并在每次加完改性药剂1min～10min后打开微波发生器(3)，在功率为300W～900W的条件下对微波搅拌球磨机内的物料微波辐射0.5min～5min；所述球磨的时间为20min～60min；所述改性药剂为甲醇、乙醇、乙醚或丙酮，每次加入改性药剂的质量为破碎后原料煤质量的0.5％～5％；

步骤四、待步骤三中球磨结束后，取出微波搅拌球磨机内的物料，室温下冷却后去除氧化锆球，得到改性后的煤料。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，步骤二中所述氧化锆球与破碎后的原料煤的体积比为(3～5):1。

3.根据权利要求1所述的一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，步骤三中第一次加入改性药剂的方式为：在开启搅拌器(2)的同时或开启搅拌器(2)后10min内开始通过加药口(5)向球磨桶(1)内加入改性药剂，并控制改性药剂的加入时间为1min～5min。

4.根据权利要求1所述的一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，当步骤三中微波辐射结束后需要再次加入改性药剂时，控制微波辐射结束与再次加入改性药剂之间的时间间隔为1min～5min。

5.根据权利要求4所述的一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，再次加入改性药剂时控制改性药剂的加入时间为1min～5min。

6.根据权利要求1所述的一种用于煤岩组分分选的改性预处理方法，其特征在于，步骤四中所述冷却的时间为0.5h～6h。