礦物加工工程學(xué)科的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、. 礦物加工工程學(xué)科的現(xiàn)狀與開展摘要 我國是當(dāng)今世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國，煤炭產(chǎn)量連續(xù)幾年位居各國之首，而且煤炭產(chǎn)量的80%以上直接用于燃燒，對(duì)大氣造成了嚴(yán)重的污染，為了提高能源利用效率，節(jié)約能源，凈化人類的生存環(huán)境，促進(jìn)礦物加工工程學(xué)科及選煤事業(yè)的協(xié)調(diào)開展，要進(jìn)一步開發(fā)各種高、新的選煤技術(shù)，以全面實(shí)現(xiàn)煤的脫硫降灰和干凈燃燒。 關(guān)鍵詞 礦物加工 大氣污染 能源利用 開展趨勢 煤炭燃燒對(duì)大氣造成了嚴(yán)重的污染，其中80%的煙塵和90%的SO2來做燃煤，作為溫室效應(yīng)原因之一的CO2排放量也大量來自燃煤，燃煤燒過程約有90%-95%的硫被氧化成SO2 ，排放到大氣之中，它具有底濃度、長期污染的性質(zhì)

2、，對(duì)生態(tài)環(huán)境形成長期危害，形成酸雨，對(duì)森林、湖泊、農(nóng)業(yè)、建筑及材料造成的危害極大。酸雨是跨國界的污染問題，被稱為“空中死神，1985年美國和加拿大兩國曾就兩國之間跨國界的酸雨問題的解決途徑進(jìn)展談判。據(jù)1994年“中國環(huán)境狀況公報(bào)“報(bào)道：在我國煙塵排放量為1414萬t，燃煤約占90%；SO2排放量我1825萬t，燃煤約占90%；全國CO2排放量約為629.6萬t，燃煤約占85%，因此，大氣污染的煙塵、酸雨和溫室效應(yīng)只要來自燃煤。 因此，煤炭工業(yè)的開展必須與國民經(jīng)濟(jì)開展速度相適應(yīng)，必須下大力氣開發(fā)干凈煤技術(shù)，基于中國的國情，解決能源利用與環(huán)境保護(hù)的矛盾，開展干凈煤技術(shù)是唯一可行的選擇，干凈煤是中國

3、能源的未來。1 干凈煤技術(shù)干凈煤技術(shù)是指在減少污染和提高利用效率為目的，是煤炭分選加工、燃燒、轉(zhuǎn)化和煙氣凈化等一系列新技術(shù)的總稱。我國政府對(duì)干凈煤技術(shù)也十分重視，在煤炭干凈技術(shù)開展規(guī)劃、工程組織協(xié)調(diào)、國際交流合作等方面進(jìn)展了大量的工作。在我國干凈煤技術(shù)開發(fā)推廣領(lǐng)域，應(yīng)立足國情，以提高煤炭利用效率、減少污染為目標(biāo)，以煤炭分選為源頭、煤炭氣化為先導(dǎo)，以煤炭高效、干凈燃燒和干凈煤發(fā)電為核心的技術(shù)體系，包括以下技術(shù)領(lǐng)域：1煤炭燃燒前的凈化技術(shù)選煤、型煤及水煤漿。2煤炭燃燒中的凈化技術(shù)低污染燃燒、燃燒中固硫、流化床燃燒、渦流燃燒。3燃燒后的凈化技術(shù)煙氣凈化、灰渣處理。4煤轉(zhuǎn)化技術(shù)氣化、液化、燃料電池、磁

4、流體發(fā)電、煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。5礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量與綜合利用粉煤灰與煤矸石綜合利用、煤層氣開發(fā)利用、礦區(qū)污染治理等。2 礦物加工工程我國煤炭資源的一個(gè)顯著特點(diǎn)是：難選、高硫、礦物質(zhì)呈細(xì)?？安?、地處缺水旱礦區(qū)，傳統(tǒng)的以物理和外表化學(xué)為根底的重選。浮選理論及其確定的工藝，正面臨嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。礦物加工工程學(xué)科的容應(yīng)是選礦煤及其綜合利用,能源開發(fā)和利用是我國現(xiàn)代化建立的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一，煤炭既是燃料,又是重要的工業(yè)原料,我國的能源政策是開發(fā)與節(jié)約并重,煤炭的加工和綜合利用對(duì)于節(jié)約能源、有效利用資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效益都有著舉足輕重的影響。在動(dòng)力用煤方面,選煤是干凈煤技術(shù)的源頭技術(shù)。選煤是合理利用煤炭資源 、

5、保護(hù)環(huán)境的最正確和最有效的技術(shù),它以物理方法為主,將原煤脫硫 、降灰并加工成質(zhì)量均勻、用途不同的各種商品煤的加工技術(shù),是使電站和工業(yè)燃燒大大減少煙塵和SO2排放的最正確途徑 ，煤炭在燃燒或制漿、氣化和液化前,通過經(jīng)濟(jì)的選煤方法排除原煤中的大量灰分和硫分,為后續(xù)的深加工和轉(zhuǎn)化創(chuàng)造了必要的前提,同時(shí)也為燃燒后昂貴的煙氣凈化和污染控制等減輕了負(fù)擔(dān)。因此 國際上公認(rèn)選煤是實(shí)現(xiàn)煤炭高效、干凈利用的首選方案。目前我國常用的選煤方法有：濕法跳汰物料主要在垂直上升、下降的變速水流中按密度分選的過程,它具有系統(tǒng)簡單、分選效率高 、處理能力大等優(yōu)點(diǎn),對(duì)易選和中等易選煤種優(yōu)先選用。濕法重介利用高密度的磁鐵礦粉等配制

6、的重介質(zhì)懸浮液將煤與研石等雜質(zhì)分開 它是當(dāng)前較先進(jìn)的一種重力選煤方法,主要優(yōu)點(diǎn)是可以嚴(yán)格地按密度分選,分選效率高,能有效地分選難選煤和極難選煤,對(duì)原煤的適應(yīng)性強(qiáng),入選粒度圍寬。浮游選煤根據(jù)物料外表物理化學(xué)性質(zhì)的差異,使煤和尾礦別離,是精選細(xì)粒煤泥的有效分選方法。水煤漿制備也是煤炭燃燒前的干凈技術(shù)，水煤漿燃燒時(shí)排放的煙塵和SO2遠(yuǎn)低于燒原煤，而且,由于水煤漿燃燒時(shí)火焰中心溫度較燒煤和燒油低,NO*生成量較少,此外,水煤漿儲(chǔ)運(yùn)過程對(duì)環(huán)境的影響也比儲(chǔ)運(yùn)煤炭小得多。2.1國選煤技術(shù)現(xiàn)狀 我國的選煤技術(shù)在多年研究開發(fā)和消化引進(jìn)的根底上已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。自行研制的分選設(shè)備能滿足生產(chǎn)能力400萬t以下不

7、同廠型的新廠建立和老廠技改的需要；研制成功的自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)軟件及自控裝置能實(shí)現(xiàn)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié) 自動(dòng)測控和全廠集中控制；研制成功的四輥破碎機(jī)、分級(jí)篩、跳汰機(jī)、浮選機(jī)、三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器等已大量推廣應(yīng)用；在細(xì)粒煤脫水方面,自動(dòng)加壓過濾機(jī)、壓濾機(jī)等也已研制成功。目前,處于開發(fā)中的項(xiàng) 目有用于干旱缺水地區(qū)煤炭分選的干法選煤技術(shù)、用于細(xì)粒煤分選的浮選柱及小直徑重介旋流器、用于超低灰煤制備的摩擦靜電選、選擇性絮凝以及高梯度磁選脫硫、化學(xué)脫硫技術(shù)等。2.2 國外選煤的開展方向與趨勢 國外選煤現(xiàn)狀和開展趨勢近年來，世界選煤工業(yè)開展現(xiàn)狀是：大型選煤廠；大型、高效、可靠的選煤設(shè)備；采用自動(dòng)測控裝置,實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)

8、化；高效塊煤選煤技術(shù)的開發(fā)。此外,在選煤技術(shù)方面，重點(diǎn)開發(fā)以脫硫、降灰為目的的細(xì)粒和超細(xì)粒煤的分選工藝和設(shè)備，處于實(shí)驗(yàn)室研究階段的新技術(shù)有摩擦靜電選煤、高梯度磁選、化學(xué)選煤和微生物選煤 等，摩擦電選技術(shù)利用外表不同的電性質(zhì)分選下限小于320目0.043mm的物料，這樣細(xì)粒級(jí)的物料中礦物質(zhì)已根本得到解離，因此該技術(shù)對(duì)微粉煤具有良好的脫硫降灰分選作用，可得到灰分2%的超低灰煤。高梯度磁選復(fù)原法脫硫是利用煤和硫鐵礦的磁性差異進(jìn)展分選的。由于煤與礦物質(zhì)的磁性較弱，必須在高梯度的強(qiáng)磁場中分選力才能顯出作用，脫硫脫灰的效果很大程度上決定于場強(qiáng)，國外已出現(xiàn)多種較大型超導(dǎo)磁選機(jī)，場強(qiáng)超過3-4T，我國幾年前也

9、已有磁場強(qiáng)度到達(dá)5-6T的超導(dǎo)磁選裝置.化學(xué)法和微生物法脫硫可以脫除煤中 99%的礦物硫及90%的全硫(包括有機(jī)硫).化學(xué)法脫硫多數(shù)針對(duì)煤中有機(jī)硫,主要利用不同的化學(xué)反響,包括生物化學(xué)反響將煤中的硫轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌螒B(tài)而使之別離,化學(xué)法脫硫有10幾種不 同的方法,如堿水液法、Fe2SO43氧化法、氯解法 、微波法 、超臨界醇抽提法、熔融堿法 、全氯乙烷重力浮沉與抽提法、高能輻射法 、快速熱解法、生物氧化復(fù)原反響法、重力法與堿熔相結(jié)合 的堿液浮沉浸熔法和溶劑萃取法等。相對(duì)而言,化學(xué)選煤法脫硫效率最高,而且還能去除有機(jī)硫,但其致命的弱點(diǎn),一是多數(shù)化學(xué)法是在高溫高壓下進(jìn)展,有的使用不同的氧化劑,二是反響條

10、件較為強(qiáng)烈,可能使煤質(zhì)發(fā)生變化,使煤的發(fā)熱量、結(jié)焦性和膨脹性遭到破壞,使凈化后的產(chǎn)品用途受到限制。溶劑萃取法是在常濕常壓下進(jìn)展脫硫降灰,可防止上述化學(xué)法的弱點(diǎn)。細(xì)菌脫硫技術(shù)的難度在于生物化學(xué)過程往往反響太慢,微生物要求溫度又過于敏感,加上煤不溶于水,迫使煤粒直徑要求非常細(xì),增加能耗,否則界面反響很困難。如果解決了上述問題,化學(xué)法和微生物法脫硫技術(shù)還是有開展前途的。國選煤的開展方向和趨勢1開展方向 我國能源政策以發(fā) 電力為中心，以煤炭為根底。煤炭指分選加工后比擬干凈的煤炭，因此,應(yīng)優(yōu)先解決高灰、高硫動(dòng)力煤的分選加工問題。2開展趨勢提高大型選煤設(shè)備的可靠性；開展細(xì)粒煤深度降灰脫硫的研究；開發(fā)智能化

11、機(jī)電一體新設(shè)備；研制新型的選煤系統(tǒng)自動(dòng)檢測儀器、儀表；開發(fā)300 一0mm全粒級(jí)干法選煤新技術(shù)有300一0mm粒級(jí)深床型空氣重介質(zhì)流化床選煤技術(shù)；50一 6mm 粒級(jí) 大型化空氣重介質(zhì)流化床選煤技術(shù) ；小于6mm粒級(jí)振動(dòng)空氣重介質(zhì)流化床選煤技術(shù)；小于 1 m m 粒級(jí)摩擦電選技術(shù)； 5 0 一 6 m m 粒級(jí)雙密度層空氣重介質(zhì)流化床選煤技術(shù)； 開展化學(xué)法和微生物脫硫技術(shù)的研究。2.3學(xué)科前沿與熱點(diǎn)問題學(xué)科前沿問題當(dāng)前，礦物加工工程學(xué)科的開展，要符合煤炭加工利用的生產(chǎn)需要，必須加強(qiáng)根底理論研究和工程實(shí)踐，開拓跨學(xué)科的滲透，諸如：煤炭超細(xì)磨粉碎涉及煤田地質(zhì)學(xué)、巖相學(xué)、斷裂力學(xué)、選礦學(xué)等；近代選礦學(xué)理論涉及流體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、多相流態(tài)化(液一固、氣一固和氣一液一固)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)及化學(xué)工程等；超低灰煤的制備、化學(xué)選煤、微生物選煤、電選、磁選、微泡浮選、選擇性絮凝、油團(tuán)、浮選柱涉及化學(xué)工程、生物學(xué)、物理學(xué)、電磁學(xué)、電工學(xué)及選礦學(xué)等。 學(xué)科的熱點(diǎn)問題隨著科學(xué)技術(shù)的開展,選煤絕不是傳統(tǒng)的跳汰、重介和浮選法，因?yàn)檫@些技術(shù)不能完全解決當(dāng)前和今后煤炭工業(yè)生產(chǎn)的需要。石油較煤炭燃燒干凈,主要由于商品石油中所含的礦物雜質(zhì)少。煤炭要作為高質(zhì)量的工業(yè)原料和干凈燃料,首先就要采用本錢低、效率高的選煤方法將其中的大局部雜質(zhì) (灰分和硫分) 脫除,因此,煤炭的脫硫降