一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，該方法為：一、將原料煤破碎至粒度不大于0.125mm；二、將直徑為3mm～5mm的氧化鋯球和破碎后的原料煤置于微波攪拌球磨機內；三、開啟微波攪拌球磨機的攪拌器進行球磨，在球磨過程中向球磨桶內加入改性藥劑1～6次，并進行微波輻射；四、待球磨結束后，取出微波攪拌球磨機內的物料，室溫下冷卻后去除氧化鋯球，得到改性后的煤料。本發(fā)明通過在球磨過程中向原料煤中加入改性藥劑，并結合微波輻射對原料煤進行改性，擴大煤巖鏡質組和惰質組的可浮性差異，從而提高鏡質組份和惰質組份的浮選分離效果，從根本上解決了煤巖顯微組分可浮性差異小，浮選分離效果差的難題。
【專利說明】一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤表面改性【技術領域】，具體涉及一種用于煤巖組分分選的改性預處理 方法。

【背景技術】
[0002] 根據煤巖學方法，可將煤顯微組分分為鏡質組、惰質組和殼質組。煤中各顯微組 分的結構和性質不同，其在煤炭加工利用中的地位和用途也不同，如鏡質組可較大比例 用于配煤煉焦、液化等工業(yè)；惰質組的粘結性、成漿性、液化性等較差，它卻是制備石墨、 活性炭等碳材料的優(yōu)質原料。煤巖顯微組分對煤煉焦工業(yè)、煤液化工業(yè)、煤燃燒、水煤漿 工業(yè)、煤的氧化和氣化以及原生沉積礦床和生物成礦等領域都有影響（RachelW(Rachel W,MariaM.Functionalgroupandindividualmaceralchemistryofhighvolatile bituminouscoalsfromsouthernIndiana:controlsoncoking[J].International JournalofCoalGeology，2004,58:181-191)、DasTK(DasTK.Thermogravimetric characterisationofmaceralconcentratesofRussiancokingcoals[J]. Fuel，2001，80:97-106)、DaiH(DaiH.Statusofdirectcoalliquefactionresearch inChina[J].Energy，1986, 11:1225-1229)、SoniaH(SoniaH，AlfredoG，Guillermo A,XimenaG,ClaudiaU.Coalblendcombustion:linkbetweenunburntcarboninfly ashesandmaceralcomposition[J].FuelProcessingTechnology，2003,80:209-223)、 祁威（祁威，舒新前，王袓訥，朱書全，傅曉恒.神府煤制水煤漿的研究[J].煤炭科學 技術，2003, 31 (7) :34-35))。因此，有效進行煤巖組分的分選、發(fā)展煤巖組分的分級利用是 促進煤炭綜合、高效利用的有效途徑。
[0003] 煤巖組分的分離方法主要有比重法、浮選法、靜電選及化學氧化法等，但這些方法 目前都尚處于實驗室研究階段。其中，基于煤巖組分表面潤濕性差異的浮選分離方法是最 有可能實現(xiàn)工業(yè)生產的一種方法，但由于煤巖組分的表面可浮性差異較小，致使浮選分離 的效果較差。為了擴大煤巖組分間的可浮性差異，從而提高煤巖單組份的富集率，有研究者 (HonakerRQ(HonakerRQ,MohantyMK,CrellingJC.Coalmaceralseparationusing columnflotation.MineralsEngineering[J], 1996,9(4) :449_464)、林治穆（林治穆?煤 顯微組分的浮選法分離及富集物燃燒性能[J].山東礦業(yè)學院學報，1990, 9(1) :74)、Shu XQ(ShuXQ,WangZN,XuJQ.SeparationandpreparationofmaceralsinShenfucoals byflotation[J].Fuel, 2002, 81 (4) :495-501>HowerJC(HowerJC,KuehnKff,Parekh BK,PetersWJ.Maceralsandmicrolithotypebeneficiationincolumnflotationat thePowellMountainCoalMayflowerPreparationPlant,LeeCounty,Virginia[J]. FuelProcessingTechnology, 2000, 67:23-33))在分選設備的改革、工藝制度的調整和浮 選藥劑的開發(fā)上進行了部分研究，一定程度上提高了煤巖組分的浮選分離效果。由于煤巖 組分間的可浮性差異較小，致使浮選藥劑的選擇極為困難，相應的藥劑制度不能明確，目前 還未找到統(tǒng)一、可行的浮選分離藥劑和方法。
[0004] 煤巖組分表面結構和性質的差異使得浮選法分離煤巖組分成為可能，但由于煤的 表面性質極其復雜、煤巖組分表面性質的差異較小又使得浮選法分離煤巖組分難度增大。 以煤巖組分的表面結構為基礎，采用合適的改性預處理方法選擇性地改變煤巖組分的表面 結構，從而擴大組分間的可浮性差異是解決上述問題的一種新思路。目前，關于煤巖組分表 面改性的研究很少，特別是通過改性預處理擴大煤巖組分可浮性差異的研究尚未見報道。 以上論述可見，開發(fā)一種有效的用于煤巖組分浮選分離的改性預處理方法對于煤巖組分的 分選具有十分重要的意義。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于煤巖組 分分選的改性預處理方法。該方法通過在球磨過程中向原料煤中加入改性藥劑，并結合微 波輻射對原料煤進行改性，擴大煤巖鏡質組和惰質組的可浮性差異，從而提高鏡質組份和 惰質組份的浮選分離效果，從根本上解決了煤巖顯微組分可浮性差異小，浮選分離效果差 的難題。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種用于煤巖組分分選的改性 預處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0007] 步驟一、將原料煤破碎至粒度不大于0. 125mm;
[0008] 步驟二、將直徑為3mm?5mm的氧化鋯球和步驟一中破碎后的原料煤置于微波攪 拌球磨機內；所述微波攪拌球磨機包括一端開口的球磨桶、攪拌器和微波發(fā)生器，所述球磨 桶的開口端設置有用于密封球磨桶的密封蓋板，所述攪拌器從密封蓋板的中心開口插入球 磨桶內，所述密封蓋板上設置有與球磨桶內部相通的加藥口，所述微波發(fā)生器的能量輸出 口與球磨桶的外壁相連接；
[0009] 步驟三、開啟步驟二中所述微波攪拌球磨機的攪拌器，在轉速為150rpm?250rpm 的條件下進行球磨，在球磨過程中向球磨桶內加入改性藥劑1?6次，并在每次加完改性藥 劑lmin?lOmin后打開微波發(fā)生器，在功率為300W?900W的條件下對微波攪拌球磨機內 的物料微波福射〇. 5min?5min;所述球磨的時間為20min?60min;所述改性藥劑為甲醇、 乙醇、乙醚或丙酮，每次加入改性藥劑的質量為破碎后原料煤質量的0. 5%?5% ;
[0010] 步驟四、待步驟三中球磨結束后，取出微波攪拌球磨機內的物料，室溫下冷卻后去 除氧化鋯球，得到改性后的煤料。
[0011] 上述的一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，其特征在于，步驟二中所述氧 化鋯球與破碎后的原料煤的體積比為（3?5) : 1。
[0012] 上述的一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，其特征在于，步驟三中第一次 加入改性藥劑的方式為：在開啟攪拌器的同時或開啟攪拌器后lOmin內開始通過加藥口向 球磨桶內加入改性藥劑，并控制改性藥劑的加入時間為lmin?5min。
[0013] 上述的一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，其特征在于，當步驟三中微波 輻射結束后需要再次加入改性藥劑時，控制微波輻射結束與再次加入改性藥劑之間的時間 間隔為lmin?5min。
[0014] 上述的一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，其特征在于，再次加入改性藥 劑時控制改性藥劑的加入時間為lmin?5min。
[0015] 上述的一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，其特征在于，步驟四中所述冷 卻的時間為0. 5h?6h。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：
[0017] 1、本發(fā)明通過在球磨過程中向原料煤中加入改性藥劑，并結合微波輻射對原料煤 進行改性，擴大煤巖鏡質組和惰質組的可浮性差異，從而提高鏡質組份和惰質組份的浮選 分離效果，從根本上解決了煤巖顯微組分可浮性差異小，浮選分離效果差的難題。
[0018] 2、本發(fā)明是在原料煤球磨破碎過程中進行的一種微波改性處理。通過機械研磨實 現(xiàn)了煤巖組分的彼此解離，在破碎的過程中及時進行改性處理，避免了原料煤的破碎斷面 與空氣接觸而發(fā)生氧化，保證了改性處理的效果。
[0019] 3、本發(fā)明利用微波對煤巖組分進行改性處理，通過微波極化煤巖組分和改性藥 齊IJ，誘導改性藥劑在煤巖組分表面發(fā)生反應，從而改變煤巖組分表面親水基團含量，根據煤 巖鏡質組和惰質組對微波改性的差異，達到增大煤巖組分可浮性差異的效果。該過程具有 速度快、操作簡單、改性效果可控等優(yōu)點。
[0020] 4、本發(fā)明是對煤巖組分進行的一種適度和輕度的改性處理，即通過本發(fā)明的方 法，只是改變了煤巖組分表面的部分官能團含量，對煤巖組分的加工利用性能幾乎沒有影 響。
[0021] 下面結合實施例和附圖，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明微波攪拌球磨機的結構示意圖。
[0023] 附圖標記說明：
[0024] 1-球磨桶； 2-攪拌器； 2-1-攪拌軸；
[0025] 2-2-攪拌棒； 3-微波發(fā)生器； 4 一密封蓋板；
[0026]5-加藥口； 6-能量輸出口。

【具體實施方式】
[0027] 本發(fā)明以陜西某煤礦煤樣為試驗對象，該煤樣的顯微組分組成為鏡質組53. 3%， 惰質組36. 2 %，殼質組6. 8 %，礦物質3. 7 %。
[0028] 本發(fā)明采用如圖1所示的微波攪拌球磨機對煤樣進行改性預處理，微波攪拌球磨 機包括一端開口的球磨桶1、攪拌器2和微波發(fā)生器3,所述球磨桶1的開口端設置有用于 密封球磨桶1的密封蓋板4,所述攪拌器2從密封蓋板4的中心開口插入球磨桶1內，所述 密封蓋板4上設置有與球磨桶1內部相通的加藥口 5,所述微波發(fā)生器3的能量輸出口 6與 球磨桶1的外壁相連接；所述攪拌器2包括攪拌軸2-1，所述攪拌軸2-1上位于球磨桶1內 的部位安裝有多個與攪拌軸2-1垂直的攪拌棒2-2,所述球磨桶1、攪拌器2和密封蓋板4 的材質均可選擇剛玉或其他微波絕緣材料。
[0029] 實施例1
[0030] 步驟一、將原料煤破碎至粒度不大于0. 125mm ;
[0031] 步驟二、將直徑為3mm的氧化鋯球和步驟一中破碎后的原料煤置于實施例1的微 波攪拌球磨機內；所述氧化鋯球與破碎后的原料煤的體積比為3:1 ;
[0032] 步驟三、開啟微波攪拌球磨機的攪拌器2,在轉速為200rpm的條件下進行球磨，在 開啟攪拌器2的同時開始通過加藥口 5向球磨桶1內加入質量為破碎后原料煤質量的1% 的改性藥劑甲醇，并控制改性藥劑的加入時間為lmin;加完改性藥劑lmin后打開微波發(fā)生 器3,在功率為550W的條件下對微波攪拌球磨機內的物料微波輻射0. 5min，然后關閉微波 發(fā)生器3;
[0033] 步驟四、待步驟三中關閉微波發(fā)生器lmin后，通過加藥口 5向球磨桶1內加入質 量為破碎后原料煤質量的1%的改性藥劑甲醇，并控制改性藥劑的加入時間為2min;加完 改性藥劑lmin后打開微波發(fā)生器3,在功率為550W的條件下對微波攪拌球磨機內的物料微 波輻射〇. 5min，然后關閉微波發(fā)生器3,繼續(xù)球磨直至球磨總時間達到20min;
[0034] 步驟五、待步驟四中球磨結束后，取出微波攪拌球磨機內的物料，室溫下冷卻0. 5h 后去除氧化鋯球，得到改性后的煤料。
[0035] 實施例2
[0036] 步驟一、將原料煤破碎至粒度不大于0. 125mm;
[0037] 步驟二、將直徑為5mm的氧化鋯球和步驟一中破碎后的原料煤置于實施例1的微 波攪拌球磨機內；所述氧化鋯球與破碎后的原料煤的體積比為4:1;
[0038] 步驟三、開啟微波攪拌球磨機的攪拌器2,在轉速為250rpm的條件下進行球磨，在 開啟攪拌器2后lOmin，開始通過加藥口 5向球磨桶1內加入質量為破碎后原料煤質量的 4%的改性藥劑丙酮，并控制改性藥劑的加入時間為5min;加完改性藥劑lmin后打開微波 發(fā)生器3,在功率為600W的條件下對微波攪拌球磨機內的物料微波輻射2min，然后關閉微 波發(fā)生器3;
[0039] 步驟四、待步驟三中關閉微波發(fā)生器2min后，通過加藥口 5向球磨桶1內加入質 量為破碎后原料煤質量的2%的改性藥劑丙酮，并控制改性藥劑的加入時間為2. 5min;力口 完改性藥劑lmin后打開微波發(fā)生器3,在功率為600W的條件下對微波攪拌球磨機內的物料 微波福射2min，然后關閉微波發(fā)生器3;
[0040] 步驟五、重復步驟四1次后繼續(xù)球磨，直至球磨總時間達到60min;
[0041] 步驟六、待步驟五中球磨結束后，取出微波攪拌球磨機內的物料，室溫下冷卻3h 后去除氧化鋯球，得到改性后的煤料。
[0042] 實施例3
[0043] 步驟一、將原料煤破碎至粒度不大于0. 125mm;
[0044] 步驟二、將直徑為5mm的氧化鋯球和步驟一中破碎后的原料煤置于實施例1的微 波攪拌球磨機內；所述氧化鋯球與破碎后的原料煤的體積比為5:1;
[0045] 步驟三、開啟微波攪拌球磨機的攪拌器2,在轉速為150rpm的條件下進行球磨，在 開啟攪拌器2后5min，開始通過加藥口 5向球磨桶1內加入質量為破碎后原料煤質量的5% 的改性藥劑乙醚，并控制改性藥劑的加入時間為5min;加完改性藥劑lOmin后打開微波發(fā) 生器3,在功率為450W的條件下對微波攪拌球磨機內的物料微波輻射5min，然后關閉微波 發(fā)生器3 ;繼續(xù)球磨直至球磨總時間達到30min;
[0046] 步驟四、待步驟三中球磨結束后，取出微波攪拌球磨機內的物料，室溫下冷卻lh 后去除氧化鋯球，得到改性后的煤料。
[0047] 實施例4
[0048] 步驟一、將原料煤破碎至粒度不大于0. 125mm;
[0049] 步驟二、將直徑為4mm的氧化鋯球和步驟一中破碎后的原料煤置于實施例1的微 波攪拌球磨機內；所述氧化鋯球與破碎后的原料煤的體積比為4:1;
[0050] 步驟三、開啟微波攪拌球磨機的攪拌器2,在轉速為200rpm的條件下進行球磨，在 開啟攪拌器2后lmin，開始通過加藥口 5向球磨桶1內加入質量為破碎后原料煤質量的 0. 5%的改性藥劑乙醇，并控制改性藥劑的加入時間為lmin;加完改性藥劑lmin后打開微 波發(fā)生器3,在功率為300W的條件下對微波攪拌球磨機內的物料微波輻射2min，然后關閉 微波發(fā)生器3;
[0051] 步驟四、待步驟三中關閉微波發(fā)生器2min后，通過加藥口 5向球磨桶1內加入質 量為破碎后原料煤質量的〇. 5%的改性藥劑乙醇，并控制改性藥劑的加入時間為lmin;力口 完改性藥劑lmin后打開微波發(fā)生器3,在功率為300W的條件下對微波攪拌球磨機內的物料 微波福射2min，然后關閉微波發(fā)生器3;
[0052] 步驟五、重復步驟四4次后繼續(xù)球磨，直至球磨總時間達到60min;
[0053] 步驟六、待步驟五中球磨結束后，取出微波攪拌球磨機內的物料，室溫下冷卻6h 后去除氧化鋯球，得到改性后的煤料。
[0054] 實施例5
[0055] 步驟一、將原料煤破碎至粒度不大于0. 125mm;
[0056] 步驟二、將直徑為3mm的氧化鋯球和步驟一中破碎后的原料煤置于實施例1的微 波攪拌球磨機內；所述氧化鋯球與破碎后的原料煤的體積比為5:1;
[0057] 步驟三、開啟微波攪拌球磨機的攪拌器2,在轉速為200rpm的條件下進行球磨，在 開啟攪拌器2后lOmin，開始通過加藥口 5向球磨桶1內加入質量為破碎后原料煤質量的 2. 5%的改性藥劑丙酮，并控制改性藥劑的加入時間為3min;加完改性藥劑5min后打開微 波發(fā)生器3,在功率為900W的條件下對微波攪拌球磨機內的物料微波輻射lmin，然后關閉 微波發(fā)生器3;
[0058] 步驟四、待步驟三中關閉微波發(fā)生器5min后，通過加藥口 5向球磨桶1內加入質 量為破碎后原料煤質量的2. 5%的改性藥劑丙酮，并控制改性藥劑的加入時間為5min;力口 完改性藥劑lOmin后打開微波發(fā)生器3,在功率為900W的條件下對微波攪拌球磨機內的物 料微波福射lmin,然后關閉微波發(fā)生器3;繼續(xù)球磨直至球磨總時間達到50min;
[0059] 步驟五、待步驟四中球磨結束后，取出微波攪拌球磨機內的物料，室溫下冷卻2h 后去除氧化鋯球，得到改性后的煤料。
[0060] 對比例
[0061] 按照實施例1的球磨轉速，對實施例1中破碎后的原料煤球磨30min，球磨結束后 室溫下冷卻2h，然后去除氧化鋯球，得到改性后的煤料。
[0062] 對本發(fā)明實施例1至實施例5以及對比例改性后的煤料進行浮選試驗：通過XFD 0. 75L單槽浮選機進行浮選分離，葉輪轉速為1800±10r/min，刮板轉速為30r/min，充氣量 為0. 15 ±0. 0125m3Am2 ^化），礦漿濃度為90g/L;以十二烷基三甲基溴化銨為捕收劑，添加 量為1. 2kg/t;以HC1為調整劑，調節(jié)礦漿pH值為3;礦漿攪拌時間為3min，刮泡時間3min; 回收浮選分離的浮物和沉物，依次經洗滌、過濾、脫水和干燥后，分別檢測浮物中鏡質組含 量和沉物中惰質組含量。結果列于下表：
[0063] 表1煤巖組分浮選分離結果
[0064]

【權利要求】
1. 一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 步驟一、將原料煤破碎至粒度不大于0. 125mm ; 步驟二、將直徑為3mm?5mm的氧化鋯球和步驟一中破碎后的原料煤置于微波攪拌球 磨機內；所述微波攪拌球磨機包括一端開口的球磨桶（1)、攪拌器（2)和微波發(fā)生器（3)，所 述球磨桶（1)的開口端設置有用于密封球磨桶（1)的密封蓋板（4)，所述攪拌器（2)從密封 蓋板（4)的中心開口插入球磨桶（1)內，所述密封蓋板（4)上設置有與球磨桶（1)內部相 通的加藥口（5)，所述微波發(fā)生器（3)的能量輸出口（6)與球磨桶（1)的外壁相連接； 步驟三、開啟步驟二中所述微波攪拌球磨機的攪拌器（2)，在轉速為150rpm?250rpm 的條件下進行球磨，在球磨過程中向球磨桶（1)內加入改性藥劑1?6次，并在每次加完改 性藥劑lmin?lOmin后打開微波發(fā)生器（3)，在功率為300W?900W的條件下對微波攪拌球 磨機內的物料微波福射〇. 5min?5min ;所述球磨的時間為20min?60min ;所述改性藥劑 為甲醇、乙醇、乙醚或丙酮，每次加入改性藥劑的質量為破碎后原料煤質量的0. 5%?5% ; 步驟四、待步驟三中球磨結束后，取出微波攪拌球磨機內的物料，室溫下冷卻后去除氧 化鋯球，得到改性后的煤料。
2. 根據權利要求1所述的一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，其特征在于，步 驟二中所述氧化鋯球與破碎后的原料煤的體積比為（3?5) : 1。
3. 根據權利要求1所述的一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，其特征在于， 步驟三中第一次加入改性藥劑的方式為：在開啟攪拌器（2)的同時或開啟攪拌器（2)后 lOmin內開始通過加藥口（5)向球磨桶⑴內加入改性藥齊[|，并控制改性藥劑的加入時間為 lmin ?5min〇
4. 根據權利要求1所述的一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，其特征在于，當 步驟三中微波輻射結束后需要再次加入改性藥劑時，控制微波輻射結束與再次加入改性藥 劑之間的時間間隔為lmin?5min。
5. 根據權利要求4所述的一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，其特征在于，再 次加入改性藥劑時控制改性藥劑的加入時間為lmin?5min。
6. 根據權利要求1所述的一種用于煤巖組分分選的改性預處理方法，其特征在于，步 驟四中所述冷卻的時間為〇. 5h?6h。
【文檔編號】B03D1/00GK104437879SQ201410521803
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權日:2014年9月30日
【發(fā)明者】趙偉, 周安寧, 楊志遠 申請人:西安科技大學