提高煤的经济价值及煤作为降尘材料的制作方法
【专利说明】
[0001]技术领域:应用于国民经济各行业应用于煤炭行业金属矿与非金属矿行业水泥生产行业大气污染环境治理
[0002]【背景技术】提高煤的经济价值后，可有效提高国民生产能力，使国民生产总值大幅度提高，当今煤炭行业煤尘的治理没有得到根除，金属矿与非金属矿开采过程中产生的矿尘也没有从根本上解决，在国民经济日益发展的状况下，建筑行业是国民经济的基础产业，所需水泥在生产过程中，不但带来危害和安全隐患，而且排放到大气中产生大气污染，国民经济发展中所需电力大部分用煤进行发电，煤在发电过程中产生大量粉尘，污染大气，因此，有必要找到更好地解决降尘问题的治理方法。
[0003]
【发明内容】
1.用某一地区煤吸附另一地区煤产生的煤尘，达到降尘作用，用某一地区的煤吸附某金属矿采矿生产时产生的矿尘，达到降尘作用，用某一地区煤吸附某非金属矿生产时产生的矿尘，达到降尘作用，用煤吸附水泥生产的主要原料在生产过程中产生的粉尘用，煤粉降解地球大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒，达到治理空气污染降尘作用。
[0004]2.将煤制成纳米级材料提高煤的发热量与煤的其它经济价值，降低煤的内在水分，降低煤的灰分，提高煤的挥发分，提高煤中碳原素含量，将煤制成纳米级材料进行降尘。建立完整煤的降尘性质指标体系，用煤的粒度大小及孔隙率大小反映煤的降尘性质的强弱，研究煤粒径大于I毫米以上煤的降尘效果，研究煤粒径小于I毫米以下煤的降尘效果，治理化学生产过程中产生的粉尘，治理木材加工过程中产生的粉尘，治理烧麦杆所产生的尘与粉尘。
[0005]3.用人工方法增加煤的孔隙率与空隙体积，增强煤的降尘效果。
[0006]4.用煤作为降尘材料时，按照针对某些地区煤产生的煤尘，某种金属矿石产生的矿尘，某种非金属矿产生的矿尘，水泥生产时产生的粉尘，按原煤的降尘的降尘效果需要对原煤进行洗选，
[0007]5.改变煤的化学组成与化学结构，提高煤的发热量与煤的其它的经济价值，降低煤的内在水分，降低煤的灰分，提高煤的挥发分，提高煤中碳原素含量，改变煤的化学组成与化学结构，使煤成为能够降尘的材料。
[0008]6.改变组成煤的煤元素的原子组成结构，改变原煤的晶体组成结构，或原子结构与晶体组成结构同时改变，提高煤的发热量与煤的其它经济价值，降低煤的内在水分，降低煤的灰分，提高煤的挥发分，提高煤中碳原素含量，改变组成煤的煤元素的原子组成结构，改变原煤的晶体组成结构，或原子结构与晶体组成结构同时改变，使煤成为能够降尘的材料。
[0009]7.改变煤中混合物的化学组成与化学结构，改变煤中混合物的原子组成结构，改变原煤元素的晶体组成结构，或原子结构与晶体组成结构同时改变，改变煤中混合物的化学组成与化学结构，提高煤的发热量与煤的其它经济价值，降低煤的内在水分，降低煤的灰分，提高煤的挥发分，提高煤中碳原素含量，改变煤中混合物的原子组成结构，改变原煤元素的晶体组成结构，或原子结构与晶体组成结构同时改变，使煤成为能够降尘的材料。
[0010]8.改变煤矿物的表面性质，提高煤的发热量与煤的其它经济价值改变煤矿物的表面性质，降低煤的内在水分，降低煤的灰分，提高煤的挥发分，提高煤中碳原素含量，增强煤的降尘效果。
[0011 ]【具体实施方式】:1.将某一地区煤生产后进行运输，运输设备有刮板运输机，皮带运输机，箕斗提升机，汽车运输，火车运输，船运输，运输方式有公路运输，铁路运输，水路运输，飞机运输，将某一地区生产的煤运到另一地区后，对另一地区煤矿在在生产过程中产生的煤尘进行降尘，或对另一地区某金属矿在生产过程中产生的矿尘进行降尘，或对另一地区某非金属矿在生产过程中产生的矿尘进行降尘，或对另一地区水泥生产过程中产生的粉尘进行降尘，或对化工材料在生产过程中产生的粉尘进行降尘，或对烧麦杆及木材生产过程中产生的粉尘进行降尘，或治理大气污染，治理空气中PM2.5的粉尘进行降尘，可采用将研制完成的煤颗粒或煤粉对所需降尘的地方进行喷射，或进行喷涂，或进行喷撒，所用设备可用喷射机器，喷涂设备，用飞机进行喷洒。
[0012]2.将煤制成纳米级材料可用现有技术在工厂或实验室内生产，将煤制备成纳米级超细材料可用机械粉碎法，气体蒸发法，溶液法，激光合成法，等离子体合成法，射线辐照合成法，溶胶-凝胶法等，气体蒸发法是一种物理方法，将煤原料加热，蒸发，使之成为原子或分子，再使许多原子或分子凝聚，形成极细微的煤纳米颗粒，蒸发法制备煤纳米颗粒可分为，真空蒸发法，气体蒸发法，按加热蒸发技术手段，可将蒸发法分为电极蒸发，高频感应蒸发，电子束蒸发，等离子体蒸发，激光束蒸发等，
[0013]可用超临界流体法将煤制成纳米级材料，制备的主要步骤为，第一，制得醇盐的醇溶液，再计量加水，使之水解形成溶胶或凝胶，第二，把制好的胶移入高压釜内，密封升温，使溶剂达到超临界状态，此时放出溶剂与抽提出来的水，第三，用惰性气体吹静表面残留的溶液
[0014]可用等离子体喷雾法将煤制成纳米级材料，利用等离子体喷枪能产生50000K高温的特点，将这种喷枪的喷出煤急骤冷却就能生成煤纳米级材料，在等离子体喷焰中可以实现裂解，合成，氮化和氧化还原等反应，如果将反应的生成物突然冷却，也可以制成超微粒子。
[0015]3.煤矿物表面改性的方法有(I)表面包覆改性法，即借助粘附力，将改性剂(有机物或无机物)覆盖于煤矿物粒子的方法，用天然或合成橡胶处理作填料用的高岭土，云母，球土，或用酚醛树脂或呋喃树脂涂覆在煤颗粒表面，可提高煤的粘结性，许多无机氧化物或氢氧化物，如，T12，S12，Al (OH)2都有各自的零点PH值。通过控制溶液的PH值，吸附表面活性剂使煤颗粒表面改性，(2)还可用表面化学改性法，利用改性剂和矿物表面某些官能团进行化学反应或化学吸附，达到煤颗粒表面改性的目的，在这类改性方法中，煤颗粒和改性剂之间是借助较强的键力(如共价键)发生作用，(3)还可用机械力化学改性法，即通过粉碎，磨碎，磨擦等机械方法，使矿物晶格结构，晶型等发生变化，体系内能增大，温度升高，促使粒子熔解或分解或产生游离基或离子，增强煤颗粒表面活性，促使煤粒子和其它物质发生化学反应或相互附着，达到表面改性的目的，(4)可用沉淀反应改性法，以无机物作为改性剂时，该方法利用改性剂之间的沉淀反应，在煤颗粒表面上沉积一层或多层改性层，以改变煤颗粒表面性质，(5)外膜层改性(胶囊)法，即在煤颗粒表面包上一层其它物质的薄膜，，所包上的外膜层是均匀的，形如胶囊，它具有保护核心物质，调节，放出芯物质的机能，并用胶囊化改变煤颗粒的外表形态和性质，胶囊式制备法主要有喷涂包覆，喷雾干燥，界面聚合，相分离和溶解分散冷却法，作胶囊壁的材料除有机聚合物外，无机物质有T12 ,AL2O3 ,Fe2O3，ZnO和硅酸盐类，胶芯物质有碳酸镁，硅酸铝，保险粉或其它气态，液态物质。(6)高能表面改性法，利用等离子体，电晕放电，紫外线等手段对煤颗粒表面进行改性。
[0016]煤表面改性装置有(I)粉粒体混合机，有混合搅拌装置，包括容器旋转型，容器固定型及气流混合型等(2)高速气流冲击式粉体改性装置，该系统由混合机，计量系统，主机，产品收集装置，控制系统所组成，主机由高速旋转的转子，定子和循环回路等部件组成，定子和转子间有夹套，冷却或加热转子用，转子内有翼片。(3)表面改性兼粉碎装置
[0017]对煤颗粒表面改性效果的评定，对煤颗粒进行若干物理化学性质和表面特性的测量，比较改性前后煤颗粒降尘吸附指标的变化，达到评价改性效果的目的。基本方法有(I)湿性(2)分散性(3)红外光谱，只要煤表面存在某种官能团或键，在矿物谱图中就有相应的特征吸收峰，所以，对改性前后以及改性后经各种处理的煤颗粒样品进行红外光谱分析，根据对应特征峰的变化，便可揭示表面改性剂的作用和机理。(4)X光衍射，研究煤颗粒固体物质结构及煤中混合物固体物质结构，可用X光衍射方法。对煤多晶样品可用来作物相鉴定和晶格参数测定，对单晶体用X光作结构测定和晶体完善性研究(5)热分析，热分析包括差热和热量分析，差热分析用于考察煤颗粒在加热过程中，达到某温度时，由于相变或某些化学反应产生的热效应，在分析曲线上出现放热峰或吸收峰，峰面积的大小反映了热效应的强弱，热重分析可测量作为温度或时间函数的物质质量的变化，在进行热分析时，通常将两种热分析方法联用。(6)利用固体表面分析技术，利用表面谱学分析技术，可以揭示煤颗粒表面的成分，离子价态和化学键等许多信息，用静态二次离子质谱与扫描探针方法相结合，探测煤粒子的吸附标本，利用聚醚型非离子分散剂，采用X光电子能借加氩离子刻蚀器，测量煤颗粒和添加剂作用前后表面特征原子价态和能量变化，并根据仪器的特征，推算表面上分散剂吸附膜的厚度，
[0018]煤表面改性剂有偶联剂，表面活性剂，聚合物类及无机表面改性剂。
[0019]偶联剂为含硅或金属原子的有机化合物，按中心原子不同，有硅烷系，钛酸酯系，铝酸酯系，锡酸酯系，铝锆酸酯系等系列
[0020]4.—些煤属晶体结构，如在贵州，四川，新疆的一些地区的煤颗粒属晶体结构，机械力诱发煤矿物晶体结构的变化，对煤进行机械力可对煤进行破碎及研磨，煤固体颗粒在机械力作用下，产生各种物理及化学现象，不仅颗粒的尺寸逐渐变小，比表面积不断增大，其内部结构，物理化学性质及化学反应性也相应地发生一系列的变化，煤颗粒在粉碎过程中，在所施机械能作用下，煤颗粒晶体结构也经历量变到质变过程，量变即煤颗粒在细化过程中，晶体尺寸不断变小，比表面积不断变化，表面和内部缺陷，非晶化逐步加剧，最终可导致煤晶体物质变成非晶体物质，对煤进行破碎及研磨可在煤矿生产现场，选煤厂，降尘煤生产工厂或实验室中实施，对煤使用机械力的设备有粗碎机，颚式破碎机，双肘板布莱克破碎机，单肘板颚式破碎机，旋回破碎机，对煤进一步破碎可使用的设备有，园锥破碎机，盘式旋回破碎机，Rhonda破碎机，辊式破碎机，冲击式破碎机，巴马克破碎机，滚筒破碎机，
[0021]对煤进行磨细所使用设备有，在原煤磨的过程中，所用机械设备有，各种磨机，转筒磨机，棒磨机，球磨机，自磨机，振动磨机，离心式粉碎机，塔式磨机，搅拌磨，搅拌介质沉砂磨机，辊压机，悬辊式磨机，煤晶体结构和性质发生的变化有以下情况(I)煤晶体畸变，机械冲击力，剪切力，压力都会造成煤晶体形变，借助X射线衍射分析，红外光谱，差热分析等手段可检验出形变程度，(2)煤颗粒的非晶化，由于机械力的作用，结晶煤颗粒表面的结晶构造受到强烈的破坏而形成非晶态层，随粉碎的继续进行，非晶态层变厚，最后导致整个结晶颗粒无定形化，机械粉碎作用增进煤晶体颗粒无定形化，其变化程度和磨煤方式，磨煤时间，被磨煤尺寸等条件有关(3)煤晶型转变，煤在常温下由机械变形力的作用，会发生晶型的转变，粉碎过程中晶型转变，是由于粉碎微细化过程中出现无定形化，中间结晶相等状态，使体系自由能增大，形成不稳定相，同时在压缩，剪切，弯曲，延展等力的不断作用下，当其能量超过相转变的结晶作用活化能时，则完成晶型的转变，(4)煤结晶构造整体结构变形，在机械粉碎过程中，，由于机械力化学作用，还会使煤矿物发生结晶构造的整体变形，这种变化主要发生在具有层状结构的煤矿物质中或与原煤在一起的其它混合物中，层状结构晶体，在粉碎过程中，由于层间质点结合力教弱，于是在剪切力的作用下，首先沿层面平行地劈裂开，变成结晶度教低的构造，如果继续粉碎，煤中矿物或与原煤在一起的其它混合物最终失去结晶构造，逐步完成整体结构的变化。
[0022]—些煤颗粒属于非晶质矿物，非晶体煤颗粒的变化基本上不同于晶体煤颗粒的变化，在应力作用下，位错移动及扩散都会引起非晶质煤颗粒固体变硬，非晶质煤颗粒位错运动可通过偏振光检测，非晶质煤颗粒振动运动和位错间的相互作用可以引起物质无序或有序化。
[0023]煤矿物颗粒在粉碎过程中，机械力可诱发煤颗粒产生一系列物理化学性质的变化，(I)分散度的变化，表征煤颗粒分散度的方法是测量煤体系的比表面积，开始磨煤时煤颗粒的分散度与磨矿时间成线性关系，之后煤颗粒的比表面积和磨矿时间呈指数关系，再后，煤颗粒的分散度增量为负值，煤颗粒表面出现不饱和力场及带电的结构单元，使煤颗粒处于不稳定的高能状态，在比较弱的引力作用下就团聚，使颗粒变粗了，细磨，超细磨所引起的晶体结构，物理化学性质及化学反应等一系列机械力化学现象主要发生在这一阶段。
(2)溶解度与溶解速率，煤固体颗粒细化后，煤的溶解度与溶解速率增大，煤颗粒细化后，对煤的机械活化作用也有影响(3)密度变化，干法磨煤颗粒，煤矿物密度减小，湿法磨煤颗粒，煤矿物密度减小，(4)煤颗粒的电性变化，机械力化学作用改变煤颗粒导电性，表面电行为及半导体性质(5)煤颗粒表面的吸附能力，煤颗粒被粉碎，在断裂面上出现不饱和键和带电的结构单元，导致煤颗粒处于不稳定的高能状态，从而增加煤颗粒活性，提高表面吸附能力，机械活化作用促进煤矿物表面吸附性的提高(6)引起煤颗粒矿物离子交换或置换能力的改变(7)引起煤颗粒表面自由能的变化
[0024]5.对煤固体颗粒施加光，电，磁，热，辐射等形式的能量，引起煤颗粒物质化学性质的变化，引起煤颗粒分子结构发生变化，引起煤颗粒原子结构发生变化，引起煤颗粒晶体结构发生变化，使变化后的煤能够提高煤的发热量与煤的其它经济价值，降低煤的内在水分，降低煤的灰分，提高煤的挥发分，提高煤中碳原素含量，可在工厂及实验室用当代现有设备及仪器对煤固体颗粒施加光，电，磁，热，辐射等形式的能量
[0025]使变化后的煤颗粒具有降尘性质，对煤固体颗粒施加光强度达到1cd以上光强度简称光强，国际单位是candeIa(坎德拉)简写cd，对煤固体颗粒施加电强度达1V/m或10N/C以上，单位伏每米(V/m)或牛每库(N/C)，对煤固体颗粒施加磁强度达1GS或1T以上磁感强度单位有高斯(GS)，毫特(mT)，特斯拉(T)，煤固体颗粒施加热强度达10Kcal以上，或l(kw)以上、大卡(Kcal)、吨蒸发量(t)、瓦(w)、千瓦(kw)，对煤固体颗粒施加辐射强度达10W/m2以上，辐射力是指单位时间内物体单位表面积向半球空间所有方向发射出去的全部波长的辐射能的总量，它的常用单位是W/m2，对煤施加光强度的设备有，固态激光陀螺仪，高气压微波等离子体激励装置，对煤对煤施加电强度的设备有，增强悬浮性能液体施加电荷设备，对煤对煤施加磁强度的设备有，磁粉探伤机施加磁场强度的方法和周向磁化，对煤施加热强度的设备有，高周波加热设备，高周波是利用高频电磁场使物料内部分子间互相激烈碰撞产生高温，对煤施加辐射强度的设备有，改变X射线辐射的局部强度的设备，该设备包括带有多个可填充以铁磁流体的吸收室，X射线滤波器，吸收室，在X射线辐射方向上堆叠地布置。此外，X射线滤波器包括多个其内可存储铁磁流体的存储容器。
[0026]6..煤固体颗粒在机械力作用下，引起煤颗粒物质化学性质的变化，机械力与光，电，磁，热，辐射等形式的能量一样，也可以引起物质化学性质的变化，这种机械力诱发的物质的化学反应，称为机械力化学反应，对煤进行机械力可对煤进行破碎及研磨，对煤进行破碎及研磨可在煤矿生产现场，选煤厂，降尘煤生产工厂或实验室中实施，对煤使用机械力的设备有粗碎机，颚式破碎机，双肘板布莱克破碎机，单肘板颚式破碎机，旋回破碎机，对煤进一步破碎可使用的设备有，园锥破碎机，盘式旋回破碎机，Rhonda破碎机，辊式破碎机，冲击式破碎机，巴马克破碎机，滚筒破碎机，对煤进行磨细所使用设备有，在原煤磨的过程中，所用机械设备有，各种磨机，转筒磨机，棒磨机，球磨机，自磨机，振动磨机，离心式粉碎机，塔式磨机，搅拌磨，搅拌介质沉砂磨机，辊压机，悬辊式磨机，
[0027]7.由于成煤的原生物质和成煤的地质地理条件不同，由于成煤的原始物料和生化作用的不同以及地球化学因素和煤岩显微成份的差异，不同地区各种煤的组成和性质有很大差异，煤是不均匀的混合物，由有机物质和无机物质两部分组成，煤与其它矿物的组成和性质有很大差异，矿物是自然界中金属或非金属的化合物所形成的集合体，金属矿指经冶炼可以从中提取金属元素的矿产。如黑色金属矿产:铁、锰、铬、钒、钛等是用做钢铁工业原料的矿广。有色金属矿广包括:铜、锡、梓、银、钻、妈、钥、萊等。贵金属包括:销、铭、金、银等。轻金属矿产包括:铝、镁等。稀有金属矿产包括:锂、铍、稀土等。多数金属矿产的共同特点主要表现在质地比较坚硬、有光泽等方面。金属矿产按其物质成份、性质和用途可分为5种:黑色金属矿产、有色金属矿产、贵金属矿产、称有分散元素矿产、半金属矿产，非金属矿是与金属矿相对而言的，有91种，主要为金刚石、石墨、水晶、刚玉、石棉、云母、石膏、萤石、宝石、玉石、玛瑙、石灰岩、白云岩
[0028]煤的性质分为物理性质，化学组成，工艺性能和燃烧性能等，在研究煤的降尘性质时，应研究煤的化学组成及所组成元素的原子结构特征，煤的物理性质包括煤岩组成，颜色，光泽，密度，硬度，导电性，导热性，耐热性，磁性，粒度组成，泥化程度，
[0029]煤的化学组成包括元素组成和工业分析，煤是由植物遗体转变而成的有机矿物，其元素组成十分复杂，煤主要是由碳，氧，氢，氮，硫，磷6种元素组成，还含有少量的氟，氯，砷，硼，铅，汞等元素，以及微量的锗，镓，钒，铀等稀有元素，煤的工业分析目的是为了了解煤炭质量，判断煤的种类和加工利用途径，包括测定煤的水分，灰分，挥发分和固定碳，，根据煤的水分和灰分可以大致了解其中有机物质或可燃物的百分含量，如煤的水分和灰分高，则有机质含量就少，因而发热量低，经济价值小，从煤的挥发分可以大致了解到煤中有机质的性质，煤化程度的高低，黏结性的强弱和发热量的高低，从煤的固定碳含量可以大致判断其煤化程度，评价其经济价值，
[0030]煤的工艺性能包括煤的黏结性，发热量，化学活性，热稳定性，可磨性，成浆性，
[0031]煤的工业分析是为了了解煤炭质量，判断煤的种类和加工利用途径，包括测定煤的水分，灰分，挥发分，和固定碳4项，根据煤的水分和灰分可以大致了解煤中有机物质或可燃物的百分含量，如煤的水分和灰分高，则有机质含量就少，因而发热量低，(I)水分，煤的水分有内在水分与外在水分两种，外在水分是指在开采，运输，洗选过程中附在煤颗粒表面和裂缝中的水，内在水分是指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔中的水，水分含量越高，煤的经济价值越低，煤的水分对煤在储存，运输，加工和利用均有影响(2)煤的灰分是指煤完全燃烧后残留物的产率，煤的灰分分为内在灰分和外在灰分两种，内在灰分是指煤在成煤过程中混入的矿物杂质，外在灰分是指煤在开采，运输，储存过程中混入的矿物杂质，即矸石，它可以通过洗选方法除去，煤的灰分越高，质量就越差，发热量越低，煤的灰分高对煤的加工及利用有不利影响(3)挥发分，煤的挥发分是指煤在与空气隔绝的容器中在一定高温下加热到一定时间后，从煤中分解出来的液体(蒸汽状态)和气体减去其水分后的产物，煤的挥发分越高，煤的煤化程度越低，在燃烧中越容易点燃(4)固定碳，煤的固定碳是指煤在隔绝空气的条件下有机物高温分解后剩下的残余物质减去其灰分后的产物，主要成分是碳元素，