CN102172509B - 一种细粒煤的超声电解脱水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细粒煤的超声电解脱水方法，细粒煤的超声电解脱水是在超声波作用下、在直流电场电解下、在电解液分散下、在搅拌状态下完成的，先将细粒煤+洁净水配制成煤泥水，然后进行超声处理，然后进行电解，再加入电解液硫酸铝分散，成细粒煤+水混合液，再经过滤、微波加热干燥，成细粒煤产物，细粒煤产物为黑色颗粒，颗粒直径≤0.5mm，脱水率达98.6％，含碳量＞80％，是制药、精细化工高附加值工业原料，此制备方法工艺先进合理，脱水率高，不污染环境，是十分理想的细粒煤的脱水方法。

Description

一种细粒煤的超声电解脱水方法

技术领域

本发明涉及一种细粒煤的超声电解脱水方法，属选煤、细粒煤脱水的技术领域。

背景技术

煤是一种混合物，含有多种化学物质，例如碳、氢、氧、氮、硫、磷等，随着机械化采煤程度的提高，细粒煤的数量急剧增加，细粒煤水分大都偏高，给生产和应用带来一系列的负面效应，因此降低细粒煤的水分是选煤工艺中急需解决的问题。

选煤常用过滤法和压滤法，由于细粒煤的粒度越来越小，水溶于煤粒中，这些方法很难满足细粒煤的质量及水分要求。

随着表面化学研究的深入，通过加入表面活性剂，改变细粒煤表面的Zeta电位，使电解脱水速率加快，对加速细粒煤的脱水净化起到了很好的作用，但仍然存在电化学效率不足，脱水率偏低的问题。

声化学是一门新兴学科，超声频率位于20kHz-100kHz，具有很强动能量，并形成超声波，细粒煤在超声条件下，会使分子间进行化学反应，超声波应用于化学反应是一门新兴的交叉学科——声化学，并且是化学领域研究的前沿学科。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对现有技术的不足，应用声化学原理，对细粒煤进行处理，用超声波+电解法进行细粒煤的脱水，以大幅度提高细粒煤的脱水质量和效率。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：细粒煤、硫酸铝、洁净水、石墨管，其配比用量如下：以克、毫升为计量单位

细粒煤：C₆₅₉H₅₅₇O₇₂N₁₀S₅P₃                    240000g±100g

硫酸铝：Al₂(SO₄)₃                                 200g±10g

洁净水：H₂O                                1200000ml±100ml

石墨管：C₆                            ￠160mm×80mm×1000mm

细粒煤超声电解脱水方法如下：

(1)精选化学物质材料

对超声电解脱水使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制；

细粒煤：固态固体                               含碳量＞80％

硫酸铝：固态固体                                     99.5％

洁净水：液态液体                                       85％

石墨管：固态固体                               含碳量＞90％

(2)配制电解液

将硫酸铝200g置于不锈钢容器中，加入洁净水800ml，用搅拌器搅拌20min，使其溶解，成：硫酸铝水溶液，为0.73mol/L水溶液；

(3)配制细粒煤煤浆-煤泥水

将细粒煤240000g置于不锈钢容器中，加入洁净水1200000ml，用搅拌器搅拌30min，成：细粒煤+水混合液，即：煤泥水；

煤泥水成分比：细粒煤∶水＝1∶5；

(4)细粒煤超声电解脱水

细粒煤超声电解脱水是在超声槽、电解槽上连续进行的，先对煤泥水进行超声波处理，然后进行电解处理；

①在超声槽上部插入加液漏斗、搅拌器；

②在电解槽上部由左至右插入第一石墨管、加液管、搅拌器、第二石墨管；

③超声槽与电解槽之间设置抽液泵、抽液管；

④由超声槽上部的加液漏斗加入煤泥水1150000ml，煤泥水加入量为超声槽体积的9/10；

⑤开启超声波发生器，超声波发生器电压110V，功率1000W，超声波频率50kHz；

⑥开启超声搅拌机，进行搅拌，搅拌机转速为800r/min，搅拌时间30min；

⑦开启抽液泵，将超声处理的煤泥水抽至不锈钢电解槽内；

⑧不锈钢电解槽为电解阴极，第一石墨管、第二石墨管为电解阳极；电解阴极、电解阳极均为直流电压36V，功率为36W，为双阳极设置，成：直流电场；

⑨开启电解搅拌机进行搅拌，搅拌机转速为800r/min，搅拌时间30min；

⑩由电解加液漏斗向电解槽内加入电解液800ml，边加入、边搅拌，时间为30min；

煤泥水超声波作用后，在直流电场电解下，在电解液分散下，迅速分解分离，成：细粒煤+水混合液；

超声、电解后静置10min；

(5)过滤、微波加热干燥

将超声、电解后的细粒煤+水混合液由电解槽上的出水口引入过滤、微波加热干燥床的进料槽、滤网、干燥管；

煤泥水经滤网过滤、水分排出，细粒煤经传送带进入微波加热干燥床内，经微波加热干燥后进入细粒煤槽，并收集；

干燥后得：细粒煤产物

(6)检测、化验、分析、表征

对超声、电解、脱水干燥后的细粒煤的色泽、化学成分、化学物理性能进行检测、化验、分析、表征；

用自动水分分析仪进行水分分析；

用X-光电子能谱仪进行XPS测定，对固体表面进行定性、定量分析和结构分析；

用孔结构测定仪和比表面积测定仪进行比表面积、容积、孔径变化分析；

结论：

细粒煤产物为黑色、粉体颗粒状，颗粒直径≤0.5mm，含碳量＞80％；

细粒煤脱水率＞98.6％；

为制药、精细化工高附加值产物原料。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，细粒煤的脱水是在超声电解状态下完成的，先将细粒煤+洁净水配制成煤泥水，然后加入超声槽内进行超声处理，超声处理后进入电解槽内进行电解，并加入电解液--硫酸铝水溶液，进行搅拌，成细粒煤+水混合液，再经过滤、微波加热干燥，成细粒煤产物，细粒煤产物为黑色粉体颗粒，颗粒直径≤0.5mm，脱水率达98.6％，含碳量＞80％，可在医药、精细化工高附加值工业领域做原料使用，是十分理想的细粒煤的脱水方法。

附图说明

图1为细粒煤超声电解脱水状态图

图2为细粒煤+水过滤、微波加热干燥状态图

图3为细粒煤超声电解前后硫的XPS对比图谱

图4为细粒煤超声电解前后氧的XPS对比图谱

图中所示，附图标记清单如下：

1、超声槽，2、超声波发生器，3、搅拌机，4、超声加液漏斗，5、抽液泵，6、煤泥水，7、超声出水管，8、超声绝缘座，9、电解绝缘座，10、电解槽，11、第一石墨管，12、第二石墨管，13、电解搅拌机，14、电解加液漏斗，15、不锈钢电解槽，16、电解出水管，17、电控箱，18、显示屏，19、指示灯，20、超声波控制器，21、超声搅拌开关，22、电解阴极开关，23、第一阳极开关，24、第二阳极开关，25、电解搅拌开关，26、抽液泵开关，27、导线，28、电解液硫酸铝，30、微波加热干燥床，31、床座，32、床盖，33、上微波加热器，34、下微波加热器，35、进料箱，36、进料斗，37、废水箱，38、滤网，39、出水管，40、干燥管，41、细粒煤槽，42、细粒煤，43、传送带，44、传送电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，为细粒煤超声电解脱水状态图，各部位置要正确，按量配比，按序操作。

细粒煤超声电解脱水使用的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升、分钟为计量单位。

超声槽1为不锈钢材料制作，体积为800×800×2000mm矩形槽，槽壁内设有超声波发生器，超声波发生器由薄型矽钢片材料制作，为交流110V，功率为1000W，在此电流作用下产生超声波，超声频率为50kHz，并对煤泥水进行超声处理。

电解槽10为不锈钢材料制作，为电解阴极，其体积为1000×1000×1500mm为矩形槽，中间设有第一、第二石墨管11、12，为电解阳极，阴极、阳极均为直流电压36V，功率为36W，形成直流电场，对煤泥水进行直流电解，加上电解剂硫酸铝的作用，使煤泥水中的细粒煤的脱水率得到进一步提高。

形成：超声电场+直流电场+电解液电解状态。

图2所示，为过滤、微波加热干燥床干燥细粒煤状态图，采用滤网过滤、微波加热方式进行，先将煤泥水用100目滤网进行过滤，然后将细粒煤传送进入微波干燥床内干燥，干燥后进入煤槽，废水由出水管排出，干燥后，成细粒煤产物。

图3所示，为细粒煤超声电解前后硫的XPS对比图谱，图中所示，原煤硫的含量高，超声电解处理后，硫的含量明显降低。

图4所示，为细粒煤超声电解前后氧的XPS对比图谱，图中所示，原煤氧的含量较高，超声电解后氧的含量中等。

实施例1

细粒煤的超声电解脱水是在超声槽+电解槽上进行的，超声槽1为矩形槽状，四周边槽壁上装有4个超声波发生器2，下部为绝缘座8，上部设有超声搅拌机3、超声加液漏斗4，超声槽1右部为电解槽10，在电解槽10上由左至右依次设置第一石墨管11、搅拌机13、加液漏斗14、第二石墨管12；由超声加液漏斗14向超声槽1内加入煤泥水6，超声搅拌机3搅拌后，由抽液泵5、超声出液管7将煤泥水6抽入电解槽10内，然后由电解加液管14加入电解液硫酸铝28；电解槽10为不锈钢材料制作，为电解槽阴极，第一、第二石墨管11、12为电解阳极，阴极电解槽10与阳极第一、第二石墨管11、12组成直流电解电场；电解槽10右下部设有煤泥水出水阀16；

超声槽1左部设有电控箱17，电控箱17上设有显示屏18、指示灯19、超声控制器20、超声搅拌开关21、电解阴极开关22、第一阳极开关23、第二阳极开关24、电解搅拌开关25、抽液泵开关26，并由导线27与超声搅拌机3、超声发生器2、抽液泵5、电解搅拌机13、阴极电解槽10、阳极第一、第二石墨管11、12联接；

在超声槽1、电解槽10内进行煤泥水超声电解处理。

实施例2

细粒煤超声电解脱水后的过滤、干燥是在微波加热干燥床上进行的，微波加热干燥床30为卧式床体，下部为床座31，上部为床盖32，中间为干燥管40，在干燥管40上部设有上微波加热器33，下部设有下微波加热器34，干燥管40内下部为传送带43，传送带43联接传送电机44；干燥管40左部联接进料箱35，进料箱35上部为进料斗36，下部为滤网38，并联接废水箱37，废水箱37左部设有出水管39；干燥管40右下部设有细粒煤槽41，细粒煤槽41内为细粒煤42；超声电解脱水后的煤泥水6由进料斗36进入进料箱35，由滤网38过滤，细粒煤42进入干燥管40，由上下微波加热器33、34进行干燥，干燥后进入细粒煤槽41，细粒煤槽41内为细粒煤产物42；

煤泥水6由过滤网38过滤后，废水进入废水箱37，并由出水管39排出；

通过过滤、干燥，细粒煤产物42为终产物。

Claims (2)

1. 一种细粒煤的超声电解脱水方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：细粒煤、硫酸铝、洁净水、石墨管，其配比用量如下：以克、毫升为计量单位

细粒煤：C₆₅₉H₅₅₇O₇₂N₁₀S₅P₃                      240000g±100g

硫酸铝：Al₂(SO₄)₃                                   200g±10g

洁净水：H₂O                                  1200000ml±100ml

石墨管：C₆                              ￠160mm×80mm×1000mm

细粒煤超声电解脱水方法如下：

(1)精选化学物质材料

对超声电解脱水使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制；

细粒煤：固态固体                                 含碳量＞80％

硫酸铝：固态固体                                       99.5％

洁净水：液态液体                                         85％

石墨管：固态固体                                 含碳量＞90％

(2)配制电解液

将硫酸铝200g置于不锈钢容器中，加入洁净水800ml，用搅拌器搅拌20min，使其溶解，成：硫酸铝水溶液，为0.73mol/L水溶液；

(3)配制细粒煤煤浆-煤泥水

将细粒煤240000g置于不锈钢容器中，加入洁净水1200000ml，用搅拌器搅拌30min，成：细粒煤+水混合液，即：煤泥水；

煤泥水成分比：细粒煤∶水＝1∶5；

(4)细粒煤超声电解脱水 

细粒煤超声电解脱水是在超声槽、电解槽上连续进行的，先对煤泥水进行超声波处理，然后进行电解处理；

①在超声槽上部插入超声加液管、超声搅拌机；

②在电解槽上部由左至右插入第一石墨管、电解搅拌机、电解加液管、第二石墨管；

③超声槽与电解槽之间设置抽液泵、超声出液管；

④由超声槽上部的超声加液管加入煤泥水1150000ml，煤泥水加入量为超声槽体积的9/10；

⑤开启超声波发生器，超声波发生器电压110V，功率1000W，超声波频率50kHz；

⑥开启超声搅拌机，进行搅拌，搅拌机转速为800r/min，搅拌时间30min；

⑦开启抽液泵，将超声处理的煤泥水抽至不锈钢电解槽内；

⑧不锈钢电解槽为电解阴极，第一石墨管、第二石墨管为电解阳极；电解阴极、电解阳极均为直流电压36V，功率为36W，为双阳极设置，成：直流电场；

⑨开启电解搅拌机进行搅拌，搅拌机转速为800r/min，搅拌时间30min；

⑩由电解加液管向电解槽内加入电解液800ml，边加入、边搅拌，时间为30min；

煤泥水超声波作用后，在直流电场电解下，在电解液分散下，迅速分解分离，成：细粒煤+水混合液；

超声、电解后静置10min；

(5)过滤、微波加热干燥 

将超声、电解后的细粒煤+水混合液由电解槽上的出水口引入微波加热干燥床的进料箱、滤网、干燥管；

煤泥水经滤网过滤、水分排出，细粒煤经传送带进入干燥管内，经微波加热干燥后进入细粒煤槽，并收集；

所述微波加热干燥床(30)为卧式床体，下部为床座(31)，上部为床盖(32)，中间为干燥管(40)，在干燥管(40)上部设有上微波加热器(33)，下部设有下微波加热器(34)，干燥管(40)内下部为传送带(43)，传送带(43)联接传送电机(44)；干燥管(40)左部联接进料箱(35)，进料箱(35)上部为进料斗(36)，下部通过滤网(38)联接废水箱(37)，废水箱(37)左部设有出水管(39)；干燥管(40)右下部设有细粒煤槽(41)，细粒煤槽(41)内为细粒煤(42)；超声电解脱水后的煤泥水(6)由进料斗(36)进入进料箱(35)，由滤网(38)过滤，细粒煤(42)进入干燥管(40)，由上下微波加热器(33、34)进行干燥，干燥后进入细粒煤槽(41)，即为细粒煤终产物；

煤泥水(6)由滤网(38)过滤后进入废水箱(37)，并由出水管(39)排出；

(6)检测、化验、分析、表征

对超声、电解、脱水干燥后的细粒煤的色泽、化学成分、化学物理性能进行检测、化验、分析、表征；

用自动水分分析仪进行水分分析；

用X-光电子能谱仪进行XPS测定，对固体表面进行定性、定量分析和结构分析；

用孔结构测定仪和比表面积测定仪进行比表面积、容积、孔径变化分析；

结论：

细粒煤产物为黑色、粉体颗粒状，颗粒直径≤0.5mm，含碳量＞80％；

细粒煤脱水率＞98.6％；

为制药、精细化工高附加值产物原料。

2.根据权利要求1所述的一种细粒煤的超声电解脱水方法，其特征在于：所述的细粒煤的超声电解脱水是在超声槽和电解槽上进行的，超声槽(1)为矩形槽状，四周边槽壁上装有4个超声波发生器(2)，下部为绝缘座(8)，上部设有超声搅拌机(3)、超声加液管(4)，超声槽右部为电解槽(10)，在电解槽(10)上由左向右依次设置第一石墨管(11)，电解搅拌机(13)，电解加液管(14)，第二石墨管(12)；由超声加液管(4)向超声槽(1)内加入煤泥水(6)，超声 搅拌机搅拌后，由抽液泵(5)、超声出液管(7)将煤泥水(6)输入电解槽(10)内，然后由电解加液管(14)加入电解液硫酸铝(28)，电解槽(10)为不锈钢材料制作，为电解阴极，第一、第二石墨管为电解阳极，阴极电解槽(10)、阳极第一、第二石墨管(11、12)组成直流电解电场；电解槽(10)右下部设有煤泥水出水阀(16)；

超声槽(1)左部设有电控箱(17)，电控箱(17)上设有显示屏(18)、指示灯(19)、超声控制器(20)、超声搅拌开关(21)、电解阴极开关(22)、第一阳极开关(23)、第二阳极开关(24)、电解搅拌开关(25)、抽液泵开关(26)，并由导线(27)与超声搅拌机(3)、超声发生器(2)、抽液泵(5)、电解搅拌机(13)、阴极电解槽(10)、阳极第一、第二石墨管(11、12)联接；

在超声槽(1)、电解槽(10)内进行煤泥水超声电解处理。

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