怎样从废弃的煤矸石中分离出煤炭

煤的气化、液化和干馏是煤综合利用的主要方法。利用这些加工手段可以从煤中获得多种有机化合物。 煤的气化就是把煤转化为可燃性气体的过程。在高温下煤和水蒸气作用得到CO、H2、CH4等气体，生成的气体可作为燃料或化工原料气。 煤的液化是把煤转化为液体燃料的过程。在一定条件下，使煤和氢气作用，可以得到液体燃料，也可以获得洁净的燃料油和化工原料。煤气化生成的CO和H2（水煤气）在经过催化合成也可以得到液体燃料。用水煤气还可以合成液态碳氢化合物和含氧有机化合物。 煤干馏是将煤隔绝空气加强热，使其发生复杂的变化，得到焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水、粗苯等。从 煤干馏得到的煤焦油中可以分离出苯、甲苯、二甲苯等有机化合物。利用这些有机物可移制得染料、化肥、农药、洗涤剂、溶剂和多种合成材料。

煤中硫的脱除方法

按照脱硫工序在煤炭利用过程中所处阶段的不同，煤碳脱硫可以分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。

煤炭燃烧后脱硫又称烟道气脱硫（Flue Gas Desulphurization，简称FGD），是指对燃烧后产生的气体进行脱硫。按产物是否回收，烟道气脱硫可分为抛弃法和回收法；按照脱硫过程的干湿性质又可分为湿式脱硫、干式脱硫和半干式脱硫；按脱硫剂的使用情况，可分为再生法和非再生法。FGD法技术上比较成熟，属末端治理，经过小试和中试已投入工业运行。尽管脱硫率可高达90%，但工艺复杂，运转费用高，副产品难以处置。

煤炭燃烧中脱硫（固硫）是在采用低温沸腾床层燃烧（800～850℃）的过程中，向炉内加入固硫剂如CaCO3、CaO或MgO等粉末，使煤中的硫转化成硫酸盐，随炉渣排出，可脱除50%-60%的硫。其脱硫效率受到温度的限制，而且固硫剂的磨制过程中需要消耗大量的能量，燃烧后增加了锅炉的排灰量。采用该方法无法将所有的硫转化成硫酸盐，只能在一定程度上降低烟气中的硫含量，不能从根本上解决烟气的污染问题。此技术目前尚不成熟，而且存在易结渣、磨损和堵塞等难题，成本高。

煤炭燃烧前脱硫是在煤炭燃烧前就脱去煤中硫分，避免燃烧中硫的形态改变，减少烟气中硫的含量，减轻对尾部烟道的腐蚀，降低运行和维护费用。燃烧前脱硫较之另两种脱硫工艺有许多潜在的优势，而且符合“预防为主”的方针。因为众多家庭用煤、中小锅炉用煤量大，来源不一，不易控制，而在选煤厂就把硫脱除到一定范围，从源头进行控制。所以，燃烧前脱硫具有重要意义。

煤炭的燃烧前脱硫可以分为物理脱硫法、化学脱硫法和生物脱硫法等。

物理脱硫法利用煤和黄铁矿的性质（如表面性质、密度、电及磁性等）差异而使它们分离，包括重选、浮选、磁分离、油团聚等方法。该方法工艺较简单，投资少，可以脱除50％左右的黄铁矿，而对煤质中高度分散的黄铁矿作用不大，且不能脱除煤炭中的有机硫。

化学脱硫法是利用不同的化学反应，将煤炭中的硫转变为不同形态，而使它们从煤中分离出来。在众多的化学脱硫方法中，目前经济技术效果较好的，且颇具应用前景的主要是碱法脱硫和溶剂萃取脱硫工艺。新开发的温和的化学脱硫法主要有辐射法、电化学法等。化学脱硫方法虽然能脱除无机硫和一部分有机硫，但有两个致命缺点，一是大多数化学脱硫法是在高温、高压和强氧化-还原条件下进行的，并使用不同氧化剂，故设备及操作费用显著提高；二是由于在这样的反应条件下，煤的结构、煤的粘结性被破坏，热值损失大，因而使所净化煤的用途受到了限制，难于在工业上大规模应用。

煤炭的生物脱硫法是由生物湿法冶金技术发展而来的，是在极其温和的条件下（通常是温度低于100℃、常压），利用氧化-还原反应使煤中硫得以脱除的一种低能耗的脱硫方法。它不仅生产成本低，而且不会降低煤的热值，还能脱除煤中有机硫，从而引起了世界各国的广泛关注。尽管煤炭生物脱硫目前还处于试验阶段，但它在经济上很有竞争力，是一种很有前途的煤炭燃烧前脱硫方法。

国内目前对微生物煤炭脱硫研究较多的是脱除黄铁矿硫，且仅限于试验室小型试验，对大规模培养微生物研究得较少，而微生物如何及时供应也是影响煤炭脱硫的一个重要方面，对脱除有机硫的研究国内尚处于起步阶段。国外对微生物脱除煤中硫的研究，不仅进行了脱除黄铁矿硫的研究工作，在有机硫的脱除方面也取得了很大进展。

目前，常用的生物脱硫的方法有浸出法、表面氧化法和微生物絮凝法[7-9]等。

（1）生物浸出脱硫

生物浸出法就是利用微生物的氧化作用将黄铁矿氧化分解成铁离子和硫酸，硫酸溶于水后将其从煤炭中排除的一种脱硫方法。具体方法是将含有微生物的水浸透在煤中，实现微生物脱硫。

刘生玉、印海南等认为，FeS2脱除的基本反应[27-29]如下（下面反应都是在氧化酶的参与下进行的）：

2 FeS2 + 7O2+2H2O → 2FeSO4 + 2H2SO4 （1）

2FeSO4 + 0.5 O2+ H2SO4 → Fe2（SO4）3 +2 H2O （2）

FeS2 + Fe2（SO4）3 → 3FeSO4 + 2S （3）

2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 （4）

生物浸出脱硫目前常用的反应方式有堆浸法和浆态床流动法。堆浸法只需在煤堆上撒上含有微生物的水，通过水浸透，在煤中实现微生物脱硫，生成的硫酸在煤堆底部收集，从而达到脱硫的目的。浆态床流动法是将煤粉碎后与细菌、营养介质一起置于反应器内，在通气条件下进行煤的脱硫。

该法研究历史较长，技术较成熟。优点是装置简单、经济、不受场地限制、处理量大等。由于是将煤中硫直接代谢转化，当采用合适的微生物时，还能同时处理无机硫和有机硫，理论上有很大应用价值。其缺点是处理时间较长，一般需要数周；浸出的废液容易造成二次污染。

（2）微生物表面处理法

即表面改性浮选法。这是一种将微生物技术与选煤技术结合起来，开发出的一种微生物浮选脱硫技术。该法是将煤粉碎成微粒，与水混合，在其悬浮液下通入微细气泡，使煤和黄铁矿表面均附着气泡，在空气和浮力作用下，煤和黄铁矿一起浮到水面。但是，如果将微生物加入悬浮液中，由于微生物在黄铁矿表面，使黄铁矿表面由疏水性变成亲水性。与此同时微生物却难以附着在煤粒表面，所以煤表面仍保持疏水性。这样煤粒上浮，而黄铁矿则下沉从而将煤和黄铁矿分离，达到煤炭中脱除黄铁矿的目的。

该法优点是处理时间短，当采用对黄铁矿有很强专一性的微生物（如氧化亚铁硫杆菌）时，能在数秒钟之后就起作用，抑制黄铁矿上浮，整个过程几分钟就完成，脱硫率较高。该法缺点是煤炭回收率较低。

（3）微生物絮凝法

利用一种本身疏水的分歧杆菌的选择性吸附作用，在煤浆中有选择地吸附在煤表面，使煤表面的疏水性增强，结合成絮团，而硫铁矿和其它杂质吸附细菌，仍分散在矿浆中，从而实现脱硫。该法较新，应用较少，还有待于进一步研究和推广。

煤液化：煤气。

煤干馏：焦炉气、粗氨水、粗苯（主要成分：苯、甲苯、二甲苯）、煤焦油（主要成分：苯、甲苯、二甲苯、酚类、萘、沥青）、焦炭。

煤

煤是一种可燃的黑色或棕黑色沉积岩，这样的沉积岩通常是发生在被称为煤床或煤层的岩石地层中或矿脉中。因为后来暴露于升高的温度和压力下，较硬的形式的煤可以被认为是变质岩，例如无烟煤。煤主要是由碳构成，连同由不同数量的其它元素构成，主要是氢，硫，氧和氮。

煤炭的优缺点

优点：煤炭资源量丰富，且因世界各地都有煤炭矿藏，因此开采及供给皆很稳定，价钱也较石油及天然气便宜。

缺点：煤炭的发热量比石油或天然气小，煤炭在燃烧时，所排放出的二氧化碳量高于石油及天然气。产量有限，是不可再生能源。

用途

煤做为燃料

煤用于炼焦，可以产生煤焦油及氨水。焦碳是用于炼铁的重要原料。煤焦油可提取多种工业用的重要化合物。很多人以为煤气是从煤制造出来的，但事实是煤气是从原油提炼出来的石脑油再加以提炼而成的。煤也可以直接汽化，生成水煤气（一氧化碳和氢的混合物），直接用做清洁燃料。

煤，尤其是烟煤（任何挥发分较高的煤）直接作为燃料会冒出黑烟，浪费其中挥发分并造成大气污染，英国由于气候多雾，对污染尤其敏感，早在20世纪初即颁布法律禁止将原煤直接作为燃料，只能燃烧焦碳或半焦。

焦煤和焦炭利用

焦碳作为炼铁的重要原料，对生铁的质量有关键的作用，如果含硫和磷高，会严重降低生铁质量，灰分高会降低热值。因此用于炼焦的煤必须经过洗选，以降低其灰分和硫含量。炼出的焦碳必须选大块坚实的，不能在高炉中被压碎，以便可以通风。选出的碎焦只能做燃料，碎焦做燃料发热量大，不冒烟，是很好的燃料。

煤的气化

煤气化可用于产生合成气，这是一种一氧化碳(CO)和氢气(H2)气体的混合物。通常合成气被用于燃烧于燃气轮机产生电力，但是，通过费托合成工艺，合成气的通用性也允许它被转换成运输燃料如汽油和柴油。煤气化联合费托技术被南非的萨索尔化学公司使用，从煤和天然气生产汽车用的燃料。

煤的液化

煤液化被用来从煤生产液体合成燃料: 甲烷，和石油化工产品。煤液化分为直接液化和间接液化两种。直接液化意味着碳化和氢化。间接液化就是先把煤进行气化，生成水煤气，再合成乙烷、乙醇等燃料，也可以进一步合成燃油。

化工品的生产

煤炭是生产许多化肥及其它化工产品的重要原料。生产这些产品的主要途径是煤气化产生合成气。直接从合成气生产初级化学产品包括甲醇，氢气和一氧化碳，它们是化工产品的基本成分，从中可以继续生产衍生化学产品的整个化工产品频谱的制造，包括烯烃，乙酸，甲醛，氨，尿素等。作为初级化学品和高价值的衍生产品的前体，合成气的通用性提供了的一种选择，使用相对便宜的煤炭，以产生广泛的有高价值的商品。

从历史上看，煤的化工品生产已经自1950年代已经被使用，并已建立市场。根据2010年的全球气化数据库，在当前的和计划中的气化炉的调查，2004年至2007年化工生产提高了产品的气化份额从37%到45%。从2008年到2010年，22%新增气化炉是被用于化工生产。

为提高煤炭燃烧效果，需在燃烧前对煤炭进行选煤处理，即去除煤矸石及达不到标准的煤炭。由于传统的选煤工艺是通过水洗方法进行的，所以选煤又称为洗煤工艺。据统计，美国、日本等发达国家的原煤洗选比例高达90%，俄罗斯约为60%，而我国由于受到资源、能源和技术条件的限制，电厂每年洗选的原煤只占全部电厂消耗原煤的1/4，但仍超过了5亿吨。传统方法每洗1吨煤消耗3吨清洁水，尽管水经过处理后可循环使用，但目前每吨煤仍需耗费约1吨水。水量消耗大、水处理技术和设备投资大、洗过的煤含有水分降低燃烧效率是洗煤工艺存在的缺陷。另外，洗煤后尾矿储存管理存在的风险等都需要解决。澳大利亚公司发明的干法扫描选煤技术（DRYSCAN）能够实现无水、精确选煤，并可以大大降低选煤成本。由于系统是电脑模块控制，有利于达到选矿特殊要求、控制精度和降低维护、运营成本以及扩大产能。 该技术的主要原理是：利用各种频率的激光对不同矿物质（煤）、煤矸石等的不同反射性能建立标准数据库。首先利用履带将经过粉碎的备选煤炭输送到约2.5米的高处呈蘑菇状落下，由位于“蘑菇”中心的50000转/分的特殊激光束完成对每块煤进行4000次的快速扫描。在此后下降的90mm中与数据库进行比对确定此煤是否符合标准，并在继续下落过程中由分布在设备周围的高压喷枪将检测出需分离的“石头”吹到“蘑菇”中心。最终，两条履带将煤和石头分别送出。就运营成本而言，目前澳大利亚的洗煤成本每吨在2.5 - 5澳元，而利用干法扫描选煤技术则不足1澳元。基本建设投资是，平均吨煤/小时能力的投资约1.5万澳元，即建造一台检测煤块直径约40-50mm的100吨/小时的设备需要投资150万澳元（不包括地基与塔架等钢结构费用）。如果煤的直径增大则处理数量会提高。据技术发明人介绍，由于激光对每块煤都进行扫描记录，可辨别每一批次和矿井的煤质量，所以这一技术的优点还在于能对不同批次和出自不同矿井的煤进行比较选择。而且这一技术可以推广到各种矿藏的选矿工艺。由于没有了水，也可以避免类似我国山西出现的尾矿溃坝重大灾害事故。该技术可以与中方有关机构开展合作，但目前阶段核心技术仍在澳大利亚生产，钢结构和其它设备在中国生产（这部分超过总投资的一半）。