矿物加工工程学科的现状与发展

矿物加工工程学科的现状与发展
摘要我国是当今世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭产量连续几年位居各国之首，而且煤炭产量的80%以上直接用于燃烧，对大气造成了严重的污染，为了提高能源利用效率，节约能源，净化人类的生存环境，促进矿物加工工程学科及选煤事业的协调发展，要进一步开发各种高、新的选煤技术，以全面实现煤的脱硫降灰和洁净燃烧。

关键词矿物加工大气污染能源利用发展趋势
煤炭燃烧对大气造成了严重的污染，其中80%的烟尘和90%的SO2来做燃煤，作为温室效应原因之一的CO2排放量也大量来自燃煤，燃煤烧过程约有90%-95%的硫被氧化成SO2 ，排放到大气之中，它具有底浓度、长期污染的性质，对生态环境形成长期危害，形成酸雨，对森林、湖泊、农业、建筑及材料造成的危害极大。

酸雨是跨国界的污染问题，被称为“空中死神”，1985年美国和加拿大两国曾就两国之间跨国界的酸雨问题的解决途径进行谈判。

据1994年《中国环境状况公报》报道：在我国烟尘排放量为1414万t，燃煤约占90%；SO2排放量我1825万t，燃煤约占90%；全国CO2排放量约为629.6万t，燃煤约占85%，因此，大气污染的烟尘、酸雨和温室效应只要来自燃煤。

因此，煤炭工业的发展必须与国民经济发展速度相适应，必须下大力气开发洁净煤技术，基于中国的国情，解决能源利用与环境保护的矛盾，发展洁净煤技术是唯一可行的选择，洁净煤是中国能源的未来。

1 洁净煤技术
洁净煤技术是指在减少污染和提高利用效率为目的，是煤炭分选加工、燃烧、转化和烟气净化等一系列新技术的总称。

我国政府对洁净煤技术也十分重视，在煤炭洁净技术发展规划、项目组织协调、国际交流合作等方面进行了大量的工作。

在我国洁净煤技术开发推广领域，应立足国情，以提高煤炭利用效率、减少污染为目标，以煤炭分选为源头、煤炭气化为先导，以煤炭高效、洁净燃烧和洁净煤发电为核心的技术体系，包括以下技术领域：
（1）煤炭燃烧前的净化技术—选煤、型煤及水煤浆。

（2）煤炭燃烧中的净化技术—低污染燃烧、燃烧中固硫、流化床燃烧、涡流燃烧。

（3）燃烧后的净化技术—烟气净化、灰渣处理。

（4）煤转化技术—气化、液化、燃料电池、磁流体发电、煤气联合循环发电。

（5）矿区环境质量与综合利用—粉煤灰与煤矸石综合利用、煤层气开发利用、矿区污染治理等。

2 矿物加工工程
我国煤炭资源的一个显著特点是：难选、高硫、矿物质呈细粒堪布、地处缺水旱矿区，传统的以物理和表面化学为基础的重选。

浮选理论及其确定的工艺，正面临严重的挑战。

矿物加工工程学科的容应是选矿（煤）及其综合利用,能源开发和利用是我国现代化建设的战略重点之一，煤炭既是燃料,又是重要的
工业原料,我国的能源政策是开发与节约并重,煤炭的加工和综合利用对于节约能源、有效利用资源、保护生态环境、提高经济效益都有着举足轻重的影响。

在动力用煤方面,选煤是洁净煤技术的源头技术。

选煤是合理利用煤炭资源、保护环境的最佳和最有效的技术,它以物理方法为主,将原煤脱硫、降灰并加工成质量均匀、用途不同的各种商品煤的加工技术,是使电站和工业燃烧大大减少烟尘和SO2排放的最佳途径，煤炭在燃烧或制浆、气化和液化前,通过经济的选煤方法排除原煤中的大量灰分和硫分,为后续的深加工和转化创造了必要的前提,同时也为燃烧后昂贵的烟气净化和污染控制等减轻了负担。

因此国际上公认选煤是实现煤炭高效、洁净利用的首选方案。

目前我国常用的选煤方法有：
湿法跳汰——物料主要在垂直上升、下降的变速水流中按密度分选的过程,它具有系统简单、分选效率高、处理能力大等优点,对易选和中等易选煤种优先选用。

湿法重介—利用高密度的磁铁矿粉等配制的重介质悬浮液将煤与研石等杂质分开它是当前较先进的一种重力选煤方法,主要优点是可以严格地按密度分选,分选效率高,能有效地分选难选煤和极难选煤,对原煤的适应性强,入选粒度围宽。

浮游选煤—根据物料表面物理化学性质的差异,使煤和尾矿分离,是精选细粒煤泥的有效分选方法。

水煤浆制备也是煤炭燃烧前的洁净技术，水煤浆燃烧时排放的烟尘和SO2远低于烧原煤，而且,由于水煤浆燃烧时火焰中心温度较烧
煤和烧油低,NO x生成量较少,此外,水煤浆储运过程对环境的影响也比储运煤炭小得多。

2.1国选煤技术现状
我国的选煤技术在多年研究开发和消化引进的基础上已经取得了很大的进步。

自行研制的分选设备能满足生产能力400万t以下不同厂型的新厂建设和老厂技改的需要；研制成功的自动化仪表、计算机软件及自控装置能实现主要生产环节自动测控和全厂集中控制；研制成功的四辊破碎机、分级筛、跳汰机、浮选机、三产品重介质旋流器等已大量推广应用；在细粒煤脱水方面,自动加压过滤机、压滤机等也已研制成功。

目前,处于开发中的项目有用于干旱缺水地区煤炭分选的干法选煤技术、用于细粒煤分选的浮选柱及小直径重介旋流器、
用于超低灰煤制备的摩擦静电选、选择性絮凝以及高梯度磁选脱硫、化学脱硫技术等。

2.2 国外选煤的发展方向与趋势
2.2.1 国外选煤现状和发展趋势
近年来，世界选煤工业发展现状是：大型选煤厂；大型、高效、可靠的选煤设备；采用自动测控装置,实现全厂自动化；高效块煤选煤技术的开发。

此外,在选煤技术方面，重点开发以脱硫、降灰为目的的细粒和超细粒煤的分选工艺和设备，处于实验室研究阶段的新技术有摩擦静电
选煤、高梯度磁选、化学选煤和微生物选煤等，摩擦电选技术利用表面不同的电性质分选下限小于320目（0.043mm）的物料，这样细粒级的物料中矿物质已基本得到解离，因此该技术对微粉煤具有良好的脱硫降灰分选作用，可得到灰分﹤2%的超低灰煤。

高梯度磁选还原法脱硫是利用煤和硫铁矿的磁性差别进行分选的。

由于煤与矿物质的磁性较弱，必须在高梯度的强磁场中分选力才能显出作用，脱硫脱灰的效果很大程度上决定于场强，国外已出现多种较大型超导磁选机，场强超过3-4T，我国几年前也已有磁场强度达到5-6T的超导磁选装置.化学法和微生物法脱硫可以脱除煤中99%的矿物硫及90%的全硫(包括有机硫).化学法脱硫多数针对煤中有机硫,主要利用不同的化学反应,包括生物化学反应将煤中的硫转变为不同形态而使之分离,化学法脱硫有10几种不同的方法,如碱水液法、Fe2（SO4）3氧化法、氯解法、微波法、超临界醇抽提法、熔融碱法、全氯乙烷重力浮沉与抽提法、高能辐射法、快速热解法、生物氧化还原反应法、
重力法与碱熔相结合的碱液浮沉浸熔法和溶剂萃取法等。

相对而言,化学选煤法脱硫效率最高,而且还能去除有机硫,但其致命的弱点,一是多数化学法是在高温高压下进行,有的使用不同的氧化剂,二是反应条件较为强烈,可能使煤质发生变化,使煤的发热量、结焦性和膨胀性遭到破坏,使净化后的产品用途受到限制。

溶剂萃取法是在常湿常压下进行脱硫降灰,可避免上述化学法的弱点。

细菌脱硫技术的难度在于生物化学过程往往反应太慢,微生物要求温度又过于敏感,加上煤不
溶于水,迫使煤粒直径要求非常细,增加能耗,否则界面反应很困难。

如果解决了上述问题,化学法和微生物法脱硫技术还是有发展前途的。

2.2.2国选煤的发展方向和趋势
（1）发展方向我国能源政策以发电力为中心，以煤炭为基础。

煤炭指分选加工后比较洁净的煤炭，因此,应优先解决高灰、高硫动力煤的分选加工问题。

（2）发展趋势提高大型选煤设备的可靠性；开展细粒煤深度降灰脱硫的研究；开发智能化机电一体新设备；研制新型的选煤系统自动检测仪器、仪表；开发300 一0mm全粒级干法选煤新技术有300一0mm粒级深床型空气重介质流化床选煤技术；50一6mm 粒级大型化空气重介质流化床选煤技术；小于6mm粒级振动空气重介质流化床选煤技术；小于1 m m 粒级摩擦电选技术；5 0 一6 m m 粒级双密度层空气重介质流化床选煤技术；开展化学法和微生物脱硫技术的研究。

2.3学科前沿与热点问题
2.3.1学科前沿问题
当前，矿物加工工程学科的发展，要符合煤炭加工利用的生产需要，必须加强基础理论研究和工程实践，开拓跨学科的渗透，诸如：煤炭超细磨粉碎涉及煤田地质学、岩相学、断裂力学、选矿学等；近代选矿学理论涉及流体力学、流体动力学、多相流态化(液一固、气一固和气一液一固)、数学、物理学、化学及化学工程等；超低灰煤的制备、化学选煤、微生物选煤、电选、磁选、微泡浮选、选择性絮
凝、油团、浮选柱涉及化学工程、生物学、物理学、电磁学、电工学及选矿学等。

2.3.2 学科的热点问题
随着科学技术的发展,选煤绝不是传统的跳汰、重介和浮选法，因为这些技术不能完全解决当前和今后煤炭工业生产的需要。

石油较煤炭燃烧洁净,主要由于商品石油中所含的矿物杂质少。

煤炭要作为高质量的工业原料和洁净燃料,首先就要采用成本低、效率高的选煤方法将其中的大部分杂质(灰分和硫分) 脱除,因此,煤炭的脱硫降灰将是本学科的热点,从这一热点出发,各种高新的选煤技术将随之研究、开发出来。

参考文
1.福生.洁净煤技术.共同走向科学——百名院士科技系列报告集(下集).：新华，1997，92一102
2.石定环.洁净煤是中国能源的未来。

洁净煤技术，1995，1( 1 )：16一18
3.吴式瑜，叶大武.中国选煤的现状及发展.洁净煤技术,1996.2 ( 4 ):1 4 一1 5
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