基于微波能量與介質(zhì)協(xié)同作用的細(xì)粒煤磁選脫硫機(jī)理研究.pdf

1、隨著綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的大范圍推廣，我國(guó)原煤中細(xì)粒煤產(chǎn)率不斷上升，細(xì)粒煤脫硫降灰是選煤領(lǐng)域世界性難題和研究熱點(diǎn)之一；我國(guó)煤炭的2/3以上分布在西部干旱地區(qū)，難以采用耗水量大的濕法分選方法，-0.5mm細(xì)粒煤高效干法分選技術(shù)尚待研究。本文提出微波能量介質(zhì)協(xié)同強(qiáng)化細(xì)粒煤磁選脫硫技術(shù)，以6種不同地區(qū)-0.5mm細(xì)粒煤為研究對(duì)象，結(jié)合磁場(chǎng)靜態(tài)模擬與先進(jìn)測(cè)試方法，分析了微波能量介質(zhì)強(qiáng)化過(guò)程中高硫煤中煤系黃鐵礦、有機(jī)硫和有害元素的強(qiáng)化和反應(yīng)演化機(jī)理

2、，獲取電磁參數(shù)和吸波特性信息，從強(qiáng)化微波吸收和黃鐵礦磁性分析了介質(zhì)對(duì)細(xì)粒煤脫硫的作用機(jī)制。探討了微波磁選脫硫中微波能量損耗、介質(zhì)強(qiáng)化吸收、次生梯度效應(yīng)、磁性強(qiáng)化和表面氧化機(jī)理，得出了以下結(jié)論：
　　揭示了細(xì)粒煤微波能量響應(yīng)的電磁特征參數(shù)的分布特征及吸波特性。針對(duì)6種煤樣進(jìn)行了工業(yè)分析、元素分析、硫元素形態(tài)分析并采用（XPS）和FT-IR對(duì)硫元素進(jìn)行表征。細(xì)粒原煤復(fù)介電常數(shù)整體虛部均較小，微波強(qiáng)化主要是屬于自然共振損耗機(jī)制。反射系數(shù)

3、RL值綜合電磁參數(shù)和微波頻率等參數(shù)來(lái)表征細(xì)粒煤的微波吸收能力，建立不同微波頻率與微波反射系數(shù)的關(guān)系。
　　建立了細(xì)粒煤的電磁參數(shù)有效介質(zhì)理論方程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，針對(duì)渭南細(xì)粒煤中12種有害微量元素微波處理響應(yīng)進(jìn)行分析和表征，在微波能量作用下-CH2-SH結(jié)構(gòu)中C-S含硫基團(tuán)和砜基（O=S=O）和C=S鍵的含硫基團(tuán)的響應(yīng)明顯。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立細(xì)粒煤復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部電磁參數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，建立了細(xì)粒煤的電磁參數(shù)

4、有效介質(zhì)理論方程。
　　初步探討了細(xì)粒煤中煤系黃鐵礦磁性強(qiáng)化、表面氧化和磁性弱化機(jī)理。原煤的比磁化率增加比率量與比磁化率數(shù)值大小關(guān)系相反，對(duì)于微波時(shí)間的敏感程度與煤中黃鐵礦的含量正相關(guān)。通過(guò)穆斯堡爾譜效應(yīng)研究原子周?chē)瘜W(xué)環(huán)境的變化引起的物相變化規(guī)律，微波處理后，潞安煤中黃鐵礦含量下降，產(chǎn)生轉(zhuǎn)化為磁黃鐵礦和隕硫鐵，渭南煤中黃鐵礦向磁黃鐵礦和白鐵礦結(jié)構(gòu)物相轉(zhuǎn)化。
　　提出磁性介質(zhì)強(qiáng)化微波吸收機(jī)理模型，闡明煤系黃鐵礦和磁介質(zhì)含量與

5、吸波特性的關(guān)系。磁介質(zhì)顆粒的磁化弛豫特征峰引起由原因?yàn)樽匀还舱袼穑Ц衽c強(qiáng)離子一致進(jìn)動(dòng)的共振交互作用，直接吸收微波能量而產(chǎn)生熱能。通過(guò)反射系數(shù)綜合分析介質(zhì)對(duì)細(xì)粒煤的微波能量吸收強(qiáng)化機(jī)理，提出介質(zhì)強(qiáng)化微波能量的吸收物理機(jī)理模型，揭示介質(zhì)強(qiáng)化細(xì)粒煤微波能量吸收規(guī)律。添加磁性介質(zhì)可提高動(dòng)態(tài)介電極化弛豫和磁化弛豫的能量損耗，通過(guò)熱傳導(dǎo)和輻射向細(xì)粒煤傳遞能量。添加磁性介質(zhì)通過(guò)提高電磁參數(shù)來(lái)提高微波吸收性能，有效提高能量損耗；拓寬煤樣的吸收頻寬

6、，提高煤樣微波預(yù)處理的適應(yīng)性；磁性介質(zhì)有利于煤樣吸收峰向低頻區(qū)域移動(dòng)。
　　基本闡釋了強(qiáng)磁顆粒鏈及鏈群產(chǎn)生次生梯度的強(qiáng)化及介質(zhì)協(xié)同效應(yīng)。強(qiáng)磁顆粒的磁化飽和強(qiáng)度低，易于磁化飽和，內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度出現(xiàn)定值并遠(yuǎn)低于背景磁場(chǎng)，磁鐵礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦顆粒接觸界面的磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量方向均與背景磁場(chǎng)方向保持一致；顆粒內(nèi)部的磁化強(qiáng)度和顆粒接觸的界面及附近的磁場(chǎng)強(qiáng)度與相鄰相對(duì)磁導(dǎo)率值負(fù)相關(guān)。由于多強(qiáng)磁顆粒的交互作用下，顆粒內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度低于背景磁場(chǎng)，顆粒接

7、觸界面磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度均強(qiáng)于背景磁場(chǎng)和內(nèi)部磁場(chǎng)。磁性顆粒內(nèi)部某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度與距離磁性顆粒邊界距離負(fù)相關(guān)，磁性顆粒附近磁場(chǎng)強(qiáng)度某點(diǎn)與距離磁性顆粒邊界距離正相關(guān)。強(qiáng)磁顆粒鏈相互作用強(qiáng)化相鄰近磁性顆粒退磁場(chǎng)。
　　提出細(xì)粒高硫煤微波介質(zhì)強(qiáng)化磁選脫硫的新方法，采用稀土強(qiáng)磁輥式磁選機(jī)，潞安煤和渭南煤微波處理最佳時(shí)間分別為180s和240s，精煤硫分為2.15％和2.92%，產(chǎn)率分別為92.10%和91.97%，綜合考慮微波時(shí)間操作區(qū)域在18