選礦與加工技術及煤的綜合利用

(一) 煤炭加工利用 通過一系列加工工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)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(chuàng)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(zhì)的不同加工篩選煤，分選出低灰分精煤及其他各種規(guī)格的產(chǎn)品。根據(jù)分選介質(zhì)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(yè)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(huán)節(jié)。這些工藝環(huán)節(jié)相互配合，構成種種不同的工藝流程。
2.選煤產(chǎn)品 根據(jù)不同用途，對選煤產(chǎn)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(chǎn)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(fā)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(fā)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(fā)分大于6.5，發(fā)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(nèi)的6～50mm混塊，發(fā)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(huán)保和節(jié)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(yè)型煤要求具有一定發(fā)熱量，較少的灰分及硫分，較高的灰熔點，燃燒時對環(huán)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(yè)用型煤發(fā)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(zhì)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(chǎn)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(jié)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(huán)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(fā)電鍋爐內(nèi)燃燒，作到變廢為寶。
(二) 煤的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為可燃氣體。目前，已工業(yè)化的氣化有四類：固定床氣化(包括常壓、加壓、固態(tài)排灰和液態(tài)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(zhì)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(zhì)的固定床煤氣化爐生產(chǎn)的煤氣，熱值低。水煤氣：在空氣鼓風中加入水蒸氣，產(chǎn)生混合發(fā)生爐煤氣，為生產(chǎn)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(zhì)，強化了氣化爐的生產(chǎn)能力，簡化了煤氣凈化步驟。
2.液化
由固體煤生產(chǎn)潔凈液體燃料和化工原料的煤炭轉(zhuǎn)化技術。可分為直接液化、間接液化兩大類。直接液化已開發(fā)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(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)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(jīng)過高溫干餾生產(chǎn)焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油，并回收其他化工產(chǎn)品的煤炭轉(zhuǎn)化技術。焦化最主要的產(chǎn)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(chǎn)品是煤焦油，經(jīng)工業(yè)部門進行分離和提純后，是醫(yī)藥、染料、炸藥工業(yè)的原料。焦爐煤氣和化學產(chǎn)品如氨、精苯、硫、硫氰化合物是煤氣凈化過程中的產(chǎn)品，經(jīng)過凈化的煤氣為中熱值煤氣，發(fā)熱量為17500MJ/m3左右，每噸煤可產(chǎn)煉焦煤氣300～400m3，是鋼鐵工業(yè)的氣體燃料，經(jīng)過分離還可以生產(chǎn)氫氣及甲烷。
(三) 潔凈煤技術
泛指比傳統(tǒng)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(nèi)容，即燃燒前、燃燒中、燃燒后以及轉(zhuǎn)化技術。
1.燃燒前潔凈技術
主要指選煤。它是提高煤炭質(zhì)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(zhì)的差別分離出和煤物理性質(zhì)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(nèi)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(chǎn)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(qū)上方注入少量天然氣，造成一個缺氧區(qū)，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(zhuǎn)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(tài)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(yōu)質(zhì)、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(fā)的瓦斯量即有60億m3。
2.煤矸石
煤矸石產(chǎn)出量約占原煤20%，不僅占用土地，還嚴重污染環(huán)境。但煤矸石可以利用，化害為利，其中發(fā)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(chǎn)建筑材料；含Al2O3較高的可生產(chǎn)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(qū)回填或覆土造田。
3.伴生礦產(chǎn) 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(fā)利用。
4.腐殖酸
在低煤階煤中提取腐殖酸，可廣泛應用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)及許多工業(yè)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(yè)制品。

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