国家自然科学 基金 创新研究群体 项目 ( 50921002) 方向之 煤炭流态化干法分选理论与技术

1. 图3 错流磁稳定流化床分选模型机 图4错流磁稳定流化床模型机分选原理示意图 国家自然科学基金创新研究群体项目(50921002) 方向之 煤炭流态化干法分选理论与技术 • 5.外力场分选流化床形成及分选理论 • 4.新型低密度加重质特性及表面改性研究 • 引入外来能量，开发了错流磁稳定流化床模型机，其实物图及工作原理示意图分别如图3和图4所示。模型机包括电磁线圈组和错流流化床两部分，电磁线圈组由二个结构参数相同的线圈并联组成，错流流化床由床体、布风板和气室组成。在一定的操作条件下，用该模型机分别分选6-3mm、3-1mm、1-0.5mm细粒煤，所得可能偏差E值可达到0.07-0.095g/cm3，分选6-0.5mm细粒煤，所得E值为 0.07 -0.095g/cm3，分选效果良好。并应用颗粒沉降动力学及实验相结合的方法，研究了颗粒的沉降行为，提出了加速度的预测模型： 目前，磁铁矿粉因其具有磁性强、硬度大、流化性能好 等优点，是空气重介质流化床最为常用的一种加重质。但是在实际分选的过程中，由于待分选的原煤有一定的外在水分，而磁铁矿粉表面具有亲水性，这样，一方面，使得磁铁矿粉易与煤炭粘附，影响分选效果；另一方面，原煤表面的水分会传递给磁铁矿粉，使得流化效果恶化。因此，对磁铁矿粉表面进行改性，使其表面由亲水性改为疏水性，则能有效的放宽空气重介质流化床对原煤外在水分的要求。 采用油酸钠对磁铁矿粉进行第一层离子包覆，聚乙二醇-4000对已包覆油酸钠的磁铁矿粉进行第二层非离子性包覆。对改性前后的磁铁矿粉进行电子显微镜扫描，如图2所示。从图中可以看出，改性前磁铁矿粉表面凹凸不平；改性后磁铁矿粉表面有明显的白色包覆层。包覆层平滑了磁铁矿粉表面，使得在硫化过程中，改性后的磁铁矿粉间摩擦力小于改性前，床层黏度变小，活性增大，床层流化状态稳定，提高了流化床的分选性能。 图2 模块式空气重介质干法选煤系统 • 7.学术评价及成果 （1）国际著名选矿专家、《International Journal of Coal Preparation and Utilization》主编B. K. Parekh评价：“目前，中国是应用干式重介选煤工艺的领先者。”（International Journal of Coal Preparation and Utilization，2011，31） （2）瑞典学者R. K. Dwari和K. HanumanthaRao评价：“中国使用空气重介流化床进行干法选煤已取得了大量成果。”“第一座处理能力为50t/h、使用空气重介流化床分选50-6mm煤的干法选煤系统已建立。（Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, 2010, 28，（3）） （3）加拿大学者Hassan Katalambula和 Rajender Gupta评价：“中国第一座使用空气重介流化床处理50-6 mm煤炭的选煤系统已由中国矿业大学建成。同时也进行了300-0mm、>50mm、6-1mm以及<1 mm粒级煤炭分选的研究工作。”（Energy & Fuels, 2009, 23） （4）印度学者A. K. Sahu、S. K. Biswal和A. Parida评价：“与其他干法分选工艺相比，空气重介流化床分选是一种更有效的干法分选工艺。中国在发展高效干法选煤方面已做了很多工作。中国矿业大学选矿工程中心研制了一种干式分选技术—空气重介流化床分选机。”（International Journal of Coal Preparation and Utilization, 13 November 2009, 29，（4）） （5）本项目组发表在《International Journal of Coal Preparation and Utilization》的论文“L. G. Tang, Y. M. Zhao, Z. F. Luo, et al. The Effect of Fine Coal Particles on the Performance of Gas–Solid Fluidized Beds, 2009, 29(5)”在该杂志2008-2010年间10篇引用率最高的论文中位列第三。 （6）2011年6月，为了节约宝贵的水资源和煤炭资源，促进干法选煤在全世界的学术研究和工业应用。《International Journal of Coal Preparation and Utilization》出版了干法选煤研究专刊，包括中国矿业大学 的特邀论文，其它论文都引用了中国矿业大学的研究成果。 （International Journal of Coal Preparation and Utilization，2011，Vol：31，No：3） 干法选煤技术及其设备经过多年研发，已具备工业应用水平。先后荣获了教育部自然科学一等奖1 项，中国发明专利2项。 基于磁稳定流化床的散式流态化分离特性，建立了入料分选粒度下限模型： (a）改性前（b）改性后 图2 改性前后磁铁矿粉颗粒的SEM照片 对改性前后磁铁矿粉的流化特性进行研究，分别得到其最小流化气速的计算关联式。 改性前 应用颗粒沉降动力学及实验相结合的方法，研究了颗粒的沉降行为，提出了颗粒运动加速度的预测模型： • 改性后 在分析微细加重质流化床形成条件的基础上，提出引入振动能量激励床层活性的方法，提出了振动波在流化床中向加重质颗粒传递能量，振动和浓相高密度流化床能量正向叠加，振动抑制气泡生成长大的观点，并给出了消除气泡形成的临界振动频率公式： 对改性前后水分对磁铁矿粉流化特性进行研究。改性前，磁铁矿粉的临界水分为0.5%，改性后，临界水分为0.8%，提高了60%，放宽了对原煤外在水分的要求。在低密度和高密度两种分选条件下，进行了改性后磁铁矿粉的原煤分选试验，高密度分选的流化气速U=3.06cm/s，低密度分选的流化气速U=2.08cm/s，考查了改性后加重质的流化特性及分选性能。 图1-14分别为分选产品的浮沉试验结果和分配曲线。试验结果表明，高密度、低密度分选实际密度分别为为1.85g/cm3、1.58g/cm3时，所得可能偏差E值分别为为0.078 g/cm3、0.068g/cm3，系统的分选性能良好。 • 6.新型气固流化床分选机及模块式分选系统的研制 基于气固流态化分选理论的基础研究成果，为实现设备的大型化，开展了新型连续式气固流化床模型机的设计，并与唐山神州机械有限公司合作，研制了新型的40~60t/h气固流化床分选机，如图3所示。该分选机有以下特点：一、带有新型的加重质短距回流输送装置，使加重质循环量减小了80%；二、改进了气体分布器的结构，增强了布风板的抗堵孔、耐磨损性能（见图5），且发明了易更换的布风装置，拆卸时间较以往缩短了90%；三、优化了排料机构，增大了分选装置的处理量。