选矿与加工技术及煤的综合开发利用

(一) 煤炭加工利用 通过一系列加工工艺，提高产品质量，生产出适应使用部门不同需求的煤炭品种，为煤炭资源能够效率高、洁净创造条件。

1.选煤 包括筛分和选煤。原煤先进行筛分，按粒度大小进行分级，并排除大块矸石和杂物。然后利用煤炭与其他矿物的密度，沉降速度和表面张力等性质的不同加工筛选煤，分选出低灰分精煤及其他各种规格的产品。根据分选介质的不同，将选煤分为湿法选煤及干法选煤，以前者为主。其所包括的作业有破碎、筛分、跳汰选、重介选、浮选、特殊选、煤泥水处理、脱水、除尘、干燥等环节。这些工艺环节相互配合，构成种种不同的工艺流程。

2.选煤产品 根据不同用途，对选煤产品有不同的要求。

(1) 冶金炼焦用精煤所用原煤牌号有气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、1/3焦煤、1/2中粘煤、气肥煤、贫瘦煤等。产品主要指标为灰分小于5.5%～12.5%，硫分小于0.5%～2.5%，水分小于12%。合成氨用煤，以无烟块煤为原料，主要指标为挥发分小于10%，固定碳56%～75%及大于75%，硫分小于0.5%～2.0%，灰熔点大于1 250～1 350℃。一般中型化肥厂供应大于25mm级的无烟块煤，小化肥厂供应13～25mm的无烟小块煤。

(2) 发电用煤要求粒度小于13mm的末煤，煤种不限，烟煤、无烟煤、褐煤均可。主要指标有挥发分大于6.5，发热量大于11.7～20.9MJ/kg，硫小于1%～3%，灰熔点大于1 350℃等。

(3) 蒸汽机车用煤适用煤种为长烟煤、弱粘煤和非炼焦气煤。粒度为25～50mm的中块，13～50mm的混中块以及包括粒煤在内的6～50mm混块，发热量大于21MJ/kg，灰熔点大于1 200℃。

(4) 民用煤应不烧散煤，普及燃用型煤。

3.型煤 以粉煤为主体，配加粘结剂，加压成型的块状燃料，具有环保和节能的双重作用。按制备工艺分为冷压及热压两种，以前者为主，只要求机械设备的耐磨性。在粘结剂方面包括有机及无机两类，有机粘结剂分疏水性粘结剂，如焦油沥青、石油沥青等，及亲水性粘结剂，如淀粉、亚硫酸纸浆废液、酿酒废液等；无机粘结剂有水溶性水玻璃和非水溶性的石灰、水泥及粘土等。工业型煤要求具有一定发热量，较少的灰分及硫分，较高的灰熔点，燃烧时对环境污染较小等。此外还要求型煤光整，无裂纹，机械强度高，型煤抗压强度应大于600～800N，自1.85m高度自由落下三次后大于13mm块度的量所占比率称型煤落下强度，应达95%左右。目前我国民用型煤1995年占民用煤的80%，工业用型煤发展较晚，2000年仅达40%左右。

4.水煤浆 将低灰分的洗精煤研磨成微细煤粉，按煤70%，水30%，加少量化学添加剂配制而成的煤水混合物。易于储运，可以雾化燃烧，燃烧效率高，为低污染洁净燃料。水煤浆质量取决于煤种、磨矿粒级配合及添加剂三个要素。制备工艺要通过磨矿粒级配合使水洗精煤煤料达到较佳的粒度分布，使煤的大小颗粒间能有较高的堆积效率，常用的方法有湿法磨矿，高浓度磨制和中浓度磨制。所使用的化学添加剂有阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和高分子化合物及无机盐类。目前已建成安徽淮南和北京延庆两处添加剂厂，年生产3 000t。水煤浆的应用效益显著，先是代油效益，1.8～2.1t水煤浆可代替1t燃料油。其次为节能效益，其燃烧效率比粉煤提高5%～10%，同时SO2和NOX排放量减少20%～30%，具有环保效益。此外用煤泥和浮选尾煤可以制出中高灰分、中低浓度的煤泥水煤浆，用于取暖及在矸石发电锅炉内燃烧，作到变废为宝。

(二) 煤的转化技术

1.气化 在一定温度、压力条件下，用气化剂对煤进行热加工，将煤转化为可燃气体。目前，已工业化的气化有四类：固定床气化(包括常压、加压、固态排灰和液态排灰)、流化床气化(常压和加压)、气流床气化(常压和加压)和熔融床气化(常压)。如按气化介质的不同而进行的分类，包括以下几种：

(1) 空气煤气以空气为气化介质的固定床煤气化炉生产的煤气，热值低。水煤气：在空气鼓风中加入水蒸气，产生混合发生炉煤气，为生产合成氨、甲醇提供原料气的技术。

(2) 煤加氢气化为了增加煤气中的甲烷含量，在加压条件下以氢气为气化介质，强化了气化炉的生产能力，简化了煤气净化步骤。

2.液化 由固体煤生产洁净液体燃料和化工原料的煤炭转化技术。可分为直接液化、间接液化两大类。直接液化已开发出几十种方法，比较好的工艺有溶剂精炼油法(SRC-1，SRC-2)、供氢溶剂法(EOS)、氢煤法等。间接液化有由甲醇转变为优质汽油的Mobil法，以及由合成气合成汽油的一段和二段工艺技术等。液化技术在我国尚处于研究试验阶段。

3.焦化 以煤为原料，经过高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油，并回收其他化工产品的煤炭转化技术。焦化较主要的产品是焦炭，用于高炉炼铁，还可用于铸造、有色金属冶炼、制取碳化钙、二硫化碳、元素磷。其次产品是煤焦油，经工业部门进行分离和提纯后，是医药、染料、炸药工业的原料。焦炉煤气和化学产品如氨、精苯、硫、硫氰化合物是煤气净化过程中的产品，经过净化的煤气为中热值煤气，发热量为17 500MJ/m3左右，每吨煤可产炼焦煤气300～400m3，是钢铁工业的气体燃料，经过分离还可以生产氢气及甲烷。

(三) 洁净煤技术 泛指比传统燃煤过程能降低二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)和微尘污染的多种用煤技术，也专指燃煤电厂更清洁、更有效的先进燃煤技术。包括四方面内容，即燃烧前、燃烧中、燃烧后以及转化技术。

1.燃烧前洁净技术 主要指选煤。它是提高煤炭质量、合理利用煤炭资源、减少无效运输，降低污染的重要措施。物理选煤是靠密度及表面性质的差别分离出和煤物理性质不同的物体，如矸石和硫化铁等。通常可除去30%～50%的硫化合物及60%的灰分，但不能分出有机硫和氮化物。化学选煤是通过化学方法去掉煤中的有机硫，一般用熔融碱浸析法获得低灰、低硫的洁净煤。生物选煤是利用细菌、酶和微生物脱除煤中硫的技术，目前尚处于试验阶段。

2.燃烧中洁净技术 采用降低燃烧温度的流化床锅炉和提高燃烧温度的结渣式锅炉，来减少SO2和NOX的排放量或提高热交换率。在流化床锅炉中，煤粉和石灰粉末一起悬浮在气流中形成床层，燃烧中释出的硫和石灰起化学反应或被吸附，形成含硫的石灰粉作为干废渣排出。结渣式锅炉是通过旋流式燃烧器，使煤在锅炉外的燃烧室内燃烧，然后再引进锅炉进行热交换，防止灰渣在锅炉管道中集结，从而提高了热交换率。

3.燃烧后的洁净技术  主要是脱除燃烧后产生的SO2和NOX。采用选择性催化剂除氮技术(SCR)来脱除烟气中的NOX含量，可使氮排放量减少50%～80%。另一技术称为天然气再燃技术，在燃烧区上方注入少量天然气，造成一个缺氧区，使其不能形成NOX。将石灰石喷射到烟道管，采用线式喷射吸附法生成含硫颗粒，在下风口收集，可除去50%～70%的SO2。 4.转化洁净技术 即煤的气化、液化和焦化。

(四) 煤的综合利用

1.煤层气 为以吸附、游离状态赋存于煤层及围岩中以甲烷为主的天然气。它一方面涌入矿井后是煤矿安全的严重威胁，同时排入大气后又成为一种强烈的温室气体，可以破坏臭氧层。但煤层甲烷又是一种优质、效率高、洁净的能源，燃烧时没有二氧化硫气体和烟尘的排出。按热值计算，1 000m3甲烷可相当1t标准煤，由于前者热效率高，实际250 m3甲烷即可顶替1t标准煤。我国煤层气资源丰富，仅以每年因采煤而散发的瓦斯量即有60亿m3。

2.煤矸石 煤矸石产出量约占原煤20%，不仅占用土地，还严重污染环境。但煤矸石可以利用，化害为利，其中发热量高于6MJ/kg的可作沸腾炉燃料；热值很低的可用以筑路或生产建筑材料；含Al2O3较高的可生产聚合铝、氯化铝；含硫较高的可回收硫化物；含碳很低的可用于井下采区回填或覆土造田。

3.伴生矿产 包括高岭土、耐火粘土、膨润土、硅藻土、石墨、硫铁矿等，均可进行综合开发利用。

4.腐殖酸 在低煤阶煤中提取腐殖酸，可广泛应用于农业、畜牧业及许多工业部门。此外，可在褐煤中提取褐煤蜡，还可以煤为原料，制造非燃料利用的工业制品。