一种超细煤粉的制备方法与流程

本发明涉及一种超细煤粉的制备方法，属于新型炭材料制备的技术领域。

技术背景

我国拥有丰富的煤炭资源，但是目前煤炭主要还是作为一次能源以及煤炭的转化，综合利用率低，产品的附加值也比较低。因此，开发一种煤炭综合利用技术，通过对无烟煤进行超纯化处理后，可以得到高附加值的超纯煤，用于特殊的煤基材料领域，如石墨质电极、碳纤维复合材料，已经成为煤炭深加工的必然趋势。

煤中含有各种复杂的矿物，其赋存状态表明，只有将煤粉碎至较细的粒度，其中的矿物才能充分解离，煤粉的粒径越小，超纯化处理时其中的矿物解离的越充分，得到的超纯煤灰分含量越低，因此煤的超细粉碎是煤超纯化处理的前提条件。目前的煤超细粉碎工艺主要是机械粉碎，如高速机械冲击式磨机、气流磨、振动磨、胶体磨等，普通的细化工艺可以得到粒径10-50μm的超细煤粉颗粒，但是要进行煤的超纯化处理，制备煤基纳微粉体材料还远远不够。

专利cn109046722a公开了一种超细煤粉的制备方法，主要步骤是粗碎、细碎、加水球磨，通过控制球磨机的工艺参数，获得了粗颗粒含量比较低的超细粉，但是其获得的超细煤粉粒径从10μm至200μm不止，必须要通过分选分级才能获得较细粒度的煤粉颗粒，另外采用湿磨工艺，后续的干燥工艺比较复杂，工艺流程比较长，不适于产业化推广应用。

技术实现要素：

针对现有超细煤粉制备工艺复杂、制得的煤粉粒径分布宽且偏大的不足，本发明的目的是在于提供一种超细煤粉的制备方法，可以得到煤粉粒径d90＜3μm且分布区间窄的超细煤粉，制备工艺简单，适于产业化推广应用。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种超细煤粉的制备方法，将原煤破碎后于保护性气氛中焙烧后得到固定碳含量提高的煤颗粒；向所得的煤颗粒中加入分散剂，控制磨球级配进行球磨后干燥即得超细煤粉。

煤中含有大量的脂肪族烃、芳香烃、含氧氮化合物和杂环化合物等有机物，导致煤具有粘性，发明人发现这种粘性会阻碍煤的细化过程，采用常规的机械粉碎工艺在粉碎到一定粒度之后就不能继续细化了，甚至会发生团聚现象。本发明通过对破碎后的原煤进行保护性气氛焙烧，有效脱除煤中的部分有机物，降低煤粉的粘度，协同控制球磨处理工艺参数，可以得到粒径小且分布区间窄的超细煤粉，同时提高其固定碳含量。

优选的，所述原煤为低灰无烟煤，固定碳含量为80％～86％，原煤破碎至-200目。

优选的，所述保护性气氛为氮气、氦气、氩气中的至少一种。

优选的，所述焙烧温度为400-800℃，时间为2-8h。

优选的，所述的分散剂为三乙醇胺、烷基油酸钠、聚乙二醇、无水乙醇中的至少一种，添加量为1-100ml/300g煤颗粒。

优选的，所述磨球为不锈钢、硬质合金、聚氨酯、氧化锆、玛瑙中的至少一种，级配为大球、中球和小球的数量比为1:1-3:1-6或中球和小球的数量比为1:1-2。

优选的，球磨时的球料质量比为5-20:1，球磨转速为200-500r/min，球磨时间为6-12h。

优选的，所述干燥方式为真空干燥，温度为70～90℃或者冷冻干燥，温度为-10～-50℃。机械活化后的超细煤粉具有比表面积大、活性好的特点，采用本发明优选的干燥方式，可以尽可能的防止结构被破坏，保持超细煤粉活性。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过对破碎后的原煤在保护性气氛中脱除挥发分，打破了传统机械粉碎工艺中的细化瓶颈问题，可以得到粒径更小的超细煤粉，其煤粉粒径d90＜3μm。

2、本发明通过对破碎后的原煤在保护性气氛中脱除挥发分，协同控制球磨工艺参数，可以得到粒径小且分布区间窄的超细煤粉，省去了传统工艺流程中的分选分级流程，大大地优化了工艺流程。

3、本发明通过在球磨的同时引入分散剂，能有效防止球磨过程煤粉的团聚，结合优选的干燥方式(真空低温或者是冷冻干燥)，能够得到分散性良好、活性高的超细煤粉。

4、本发明通过对破碎后的低灰煤进行保护性气氛焙烧，有效脱除煤中的部分有机物，降低煤粉的粘度，同时提高其固定碳含量，可获得固定碳含量在96％以上的超细煤粉。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为实施例1制得的超细煤粉的粒径分布图；

图3为实施例2制得的超细煤粉的粒径分布图；

图4为实施例3制得的超细煤粉的粒径分布图；

图5为对比例1制得的超细煤粉的粒径分布图；

图6为对比例2制得的超细煤粉的粒径分布图。

具体实施方式

下面结合具体实施例作进一步说明，但本发明并不因此而受到任何限制。

实施例1

取某地无烟煤初步破碎至-200目，置于刚玉坩埚中，在马弗炉中氮气气氛中600℃保温8h，脱除挥发分。

取脱挥后的煤粉50g，加入到氧化锆球磨罐中，在球磨罐中加入10ml无水乙醇，介质球选择氧化锆球，控制介质球级配为中球：小球＝1:1，球料比＝10:1，行星式球磨机转速300r/min，球磨时间12h，真空干燥箱中干燥4h后，得到分散性良好的超细煤粉，经激光粒度测试仪测得煤粉的粒径分布，如图2所示，d50＝0.855μm，d90＝1.609μm。固定碳含量为96.5％。

实施例2

取某地无烟煤初步破碎至-200目，置于刚玉坩埚中，在马弗炉中氮气气氛中650℃保温4h，脱除挥发分。

取脱挥后的煤粉50g，加入到氧化锆球磨罐中，在球磨罐中加入10ml无水乙醇，介质球选择氧化锆球，控制介质球级配为中球：小球＝1:1，球料比＝5:1，行星式球磨机转速300r/min，球磨时间10h，真空干燥箱中干燥4h后，得到分散性良好的超细煤粉，经激光粒度测试仪测得煤粉的粒径分布，如图3所示，d50＝1.592μm，d90＝2.889μm。固定碳含量为96.3％。

实施例3

取某地无烟煤初步破碎至-200目，置于刚玉坩埚中，在马弗炉中氮气气氛中650℃保温4h，脱除挥发分。

取脱挥后的煤粉50g，加入到氧化锆球磨罐中，在球磨罐中加入10ml无水乙醇，介质球选择氧化锆球，控制介质球级配为中球：小球＝1:2，球料比＝10:1，行星式球磨机转速300r/min，球磨时间8h，真空干燥箱中干燥4h后，得到分散性良好的超细煤粉，经激光粒度测试仪测得煤粉的粒径分布，如图4所示，d50＝1.536μm，d90＝2.937μm。固定碳含量为96.2％。

对比例1

取初步破碎至-200目的原煤50g，加入到氧化锆球磨罐中，在球磨罐中加入10ml无水乙醇，介质球选择氧化锆球，控制介质球级配为中球：小球＝1:1，球料比＝5:1，行星式球磨机转速300r/min，球磨时间10h，真空干燥箱中干燥4h后，得到分散性良好的超细煤粉，经激光粒度测试仪测得煤粉的粒径分布，如图5所示，d50＝12.4μm，d90＝26.1μm。固定碳含量为87.1％。

对比例2

取某地无烟煤初步破碎至-200目左右，置于刚玉坩埚中，在马弗炉中氮气气氛中650℃保温4h，脱除挥发分。

取脱挥后的煤粉50g，加入到氧化锆球磨罐中，不加无水乙醇，介质球选择氧化锆球，控制介质球级配为中球：小球＝1:1，球料比＝5:1，行星式球磨机转速300r/min，球磨时间10h，真空干燥箱中干燥4h后，得到分散性良好的超细煤粉，经激光粒度测试仪测得煤粉的粒径分布，如图6所示，d50＝17.5μm，d90＝40.1μm。固定碳含量为95.8％。