煤炭资源分质清洁利用研究 本文关键词：煤炭资源，清洁，利用，研究
煤炭资源分质清洁利用研究 本文简介：我国的煤炭资源丰富，但粗放式的煤炭开发、利用会导致一系列的环境问题。洁净煤技术是实现煤炭资源清洁利用的重要手段，煤炭利用之前，如果可以做到分质利用，这不仅提高了煤炭资源的利用效率，也减少了对环境的破坏，同时也可为洗中煤的二次开发与稀缺炼焦煤回收、燃煤过程中细颗粒物的排放控制技术提供科学指导。一、煤炭
煤炭资源分质清洁利用研究 本文内容：
我国的煤炭资源丰富，但粗放式的煤炭开发、利用会导致一系列的环境问题。洁净煤技术是实现煤炭资源清洁利用的重要手段，煤炭利用之前，如果可以做到分质利用，这不仅提高了煤炭资源的利用效率，也减少了对环境的破坏，同时也可为洗中煤的二次开发与稀缺炼焦煤回收、燃煤过程中细颗粒物的排放控制技术提供科学指导。
一、煤炭分质清洁利用的困难之处
煤炭分质清洁利用需要在源头上进行处理，深入研究源头（原煤）—加工（选煤）—利用（燃烧）三个环节研究微粒细矿物的赋存、演化与迁移特征，取得原煤中矿物对细粒度的贡献度，为细粒煤的分选－深度脱灰提供重要依据。但开展以上研究存在以下技术难题：煤中有机显微组分经济有效的分离方法；煤中三大有机显微组分的分质利用特性以及最优分质利用方案；煤中难选矿物与煤基质间的关系及其在洗选过程中的分配规律。
二、煤炭分质清洁利用研究进展
众多学者从不同角度对煤中矿物的属性进行了研究，并取得深入的认识。但由于微细粒矿物颗粒细小并受煤有机质的影响，煤中微细粒矿物与传统矿物学描述的矿物在物理化学性质上有较大差异，相关研究仍有不足，主要表现在：微细粒矿物与煤有机质本体的结构关系不清楚，在煤洗洗加工过程中的分配机制不清楚。
（一）煤岩显微组分的分离技术
煤岩显微组分的分离技术虽取得进展，但仅停留在实验室小规模研究阶段。Ｂａｒｒａｚａ等基于三大显微组分的疏水性规律，利用浮选柱顺利地分离了镜质组显微组分，为规模化利用显微组分奠定了基础。我国学者舒新前和王祖讷课题组也在煤岩显微组分的浮选技术方面做出了出色的研究工作，但目前重力分选法和浮选法是最具有使用潜力的方法。
（二）煤炭的分质分级利用方面
煤炭的分质分级利用研究取得一些进展，但仅限于低煤级煤的研究。张国昀对低阶煤分质利用进行了研究，认为相比高阶煤，低阶煤煤质松软，可以采用简单的中低温热解手段，对热解产物进行区别、有效的利用。王秀江采用低温干馏技术，最终获得１０％左右的煤焦油、１０％的天然气和６０％的煤气。李初福等则采用了一种煤分级冶炼的燃料系统，即以碎状煤为基本材料，采用固体热载体回转窑热解技术，初步获得煤热解中间产物，通过煤—气变化等加工手段，完成了清洁燃料的制备。总体来看，前人对低阶煤的研究成果虽较多，但大规模产业化的难度大。图１ 煤—化—电—热一体化利用设想图
（三）矿物在洗选中的分配行为研究方面
矿物在煤加工利用过程中分配行为的研究虽取得进展，但分配机理尚不清楚。自上世纪９０年代开始，美国已开始着手研究。Ｍａｎ等认为研磨后的煤样随着颗粒粒度变小，矿物成分反而增加，具有向小颗粒级聚集的现象。Ｓｅｎｉｏｒ等通过对比分析煤中元素与粒径、比重的关系，得出密度较低的煤中矿物粒径相对较小（＜２０μｍ），而高密度煤中的矿物粒径较大（＞４０μｍ）。国内一些研究者通过浮沉试验分析煤中微量元素与煤颗粒比重级的关系，主要开展元素亲和性方面的研究。也有一些学者通过洗选实验研究了煤洗选过程中微量（有害）元素在各粒级中的分布情况或脱除程度（谢宏等）。由于煤中粒径小的难选矿物很难与有机质分离，使得一般的煤质研究工作难以有效开展（刘春新等）。
三、煤炭分质清洁利用的总体研究思路与设想
（一）有机组分主线的研究思路
首先对研究对象进行认知，进行详细的测量和表征，然后对其多种方法的解离，包括：通过ＦＴＩＲ等手段进行定性与定量分析；选取较少的丝炭，开展元素和显微组分的定量研究；将原煤和精煤分级分离；采用超声波原理，探寻合理解离手段；开展煤样浮选试验，探究最佳可浮性条件；对获得的单显微组分分别按一定比例混合进行热解、气化、液化、制浆、分质实验，得到显微组分间的协同机理。
（二）无机组分主线的研究思路
通过浮选、浮沉实验选取浮煤或轻密度组分＋低温灰化法达到两者的分离；采用ＣＴ＋ＦＩＢ－ＳＥＭ手段，研究煤的孔隙特征；采用ＦＩＢ－ＳＥＭ＋ＥＤＸ分析矿物成分，两者结合就可以了解不同矿物在煤三维空间的赋存以及粒径分布。
（三）煤—化—电—热一体化利用模式设想
《煤炭清洁高效利用行动计划（２０１５～２０２０年）》提出了煤炭清洁高效利用目标，并鼓励煤—化—电—热一体化的开发设想。因此，需要综合研究有机显微组分的分质利用特性以及矿物在加工利用过程中的迁移行为，并考虑煤矿区的开采地质条件，进而建立煤—化—电—热一体化利用模式，如图１所示。
四、结语
通过对煤岩显微组分的有效分选，可以取得不同的富集组分，从而提高低变质程度煤在配煤中的配比，促进煤炭综合、高效利用。通过分析煤中难选矿物在利用中的迁移、富集方式，可为洗中煤的二次开发与稀缺炼焦煤回收、燃烧污染物的合理排放提供科学依据。煤—化—电—热一体化利用模式的建立既是国家战略需要，也是遵循循环经济、绿色开发等研究思路，更是煤炭资源综合高效利用的实际需要。
作者：胡广青 王文峰 单位：安徽省煤田地质局勘查研究院 安徽省非常规天然气工程技术研究中心 中国矿业大学资源与地球科学学院
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