基于微波能量与介质协同作用的细粒煤磁选脱硫机理研究

发布时间：2017-03-28 11:09

  本文关键词：基于微波能量与介质协同作用的细粒煤磁选脱硫机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着综合机械化采煤技术的大范围推广,我国原煤中细粒煤产率不断上升,细粒煤脱硫降灰是选煤领域世界性难题和研究热点之一;我国煤炭的2/3以上分布在西部干旱地区,难以采用耗水量大的湿法分选方法,-0.5mm细粒煤高效干法分选技术尚待研究。本文提出微波能量介质协同强化细粒煤磁选脱硫技术,以6种不同地区-0.5mm细粒煤为研究对象,结合磁场静态模拟与先进测试方法,分析了微波能量介质强化过程中高硫煤中煤系黄铁矿、有机硫和有害元素的强化和反应演化机理,获取电磁参数和吸波特性信息,从强化微波吸收和黄铁矿磁性分析了介质对细粒煤脱硫的作用机制。探讨了微波磁选脱硫中微波能量损耗、介质强化吸收、次生梯度效应、磁性强化和表面氧化机理,得出了以下结论:揭示了细粒煤微波能量响应的电磁特征参数的分布特征及吸波特性。针对6种煤样进行了工业分析、元素分析、硫元素形态分析并采用(XPS)和FT-IR对硫元素进行表征。细粒原煤复介电常数整体虚部均较小,微波强化主要是属于自然共振损耗机制。反射系数RL值综合电磁参数和微波频率等参数来表征细粒煤的微波吸收能力,建立不同微波频率与微波反射系数的关系。建立了细粒煤的电磁参数有效介质理论方程和神经网络预测模型,针对渭南细粒煤中12种有害微量元素微波处理响应进行分析和表征,在微波能量作用下-CH2-SH结构中C-S含硫基团和砜基(O=S=O)和C=S键的含硫基团的响应明显。采用神经网络方法建立细粒煤复介电常数和复磁导率的实部和虚部电磁参数神经网络预测模型,建立了细粒煤的电磁参数有效介质理论方程。初步探讨了细粒煤中煤系黄铁矿磁性强化、表面氧化和磁性弱化机理。原煤的比磁化率增加比率量与比磁化率数值大小关系相反,对于微波时间的敏感程度与煤中黄铁矿的含量正相关。通过穆斯堡尔谱效应研究原子周围化学环境的变化引起的物相变化规律,微波处理后,潞安煤中黄铁矿含量下降,产生转化为磁黄铁矿和陨硫铁,渭南煤中黄铁矿向磁黄铁矿和白铁矿结构物相转化。提出磁性介质强化微波吸收机理模型,阐明煤系黄铁矿和磁介质含量与吸波特性的关系。磁介质颗粒的磁化弛豫特征峰引起由原因为自然共振所引起,晶格与强离子一致进动的共振交互作用,直接吸收微波能量而产生热能。通过反射系数综合分析介质对细粒煤的微波能量吸收强化机理,提出介质强化微波能量的吸收物理机理模型,揭示介质强化细粒煤微波能量吸收规律。添加磁性介质可提高动态介电极化弛豫和磁化弛豫的能量损耗,通过热传导和辐射向细粒煤传递能量。添加磁性介质通过提高电磁参数来提高微波吸收性能,有效提高能量损耗;拓宽煤样的吸收频宽,提高煤样微波预处理的适应性;磁性介质有利于煤样吸收峰向低频区域移动。基本阐释了强磁颗粒链及链群产生次生梯度的强化及介质协同效应。强磁颗粒的磁化饱和强度低,易于磁化饱和,内部磁场强度出现定值并远低于背景磁场,磁铁矿、黄铁矿和磁黄铁矿颗粒接触界面的磁场强度矢量方向均与背景磁场方向保持一致;颗粒内部的磁化强度和颗粒接触的界面及附近的磁场强度与相邻相对磁导率值负相关。由于多强磁颗粒的交互作用下,颗粒内部磁场强度低于背景磁场,颗粒接触界面磁通密度和磁场强度均强于背景磁场和内部磁场。磁性颗粒内部某点磁场强度与距离磁性颗粒边界距离负相关,磁性颗粒附近磁场强度某点与距离磁性颗粒边界距离正相关。强磁颗粒链相互作用强化相邻近磁性颗粒退磁场。提出细粒高硫煤微波介质强化磁选脱硫的新方法,采用稀土强磁辊式磁选机,潞安煤和渭南煤微波处理最佳时间分别为180s和240s,精煤硫分为2.15%和2.92%,产率分别为92.10%和91.97%,综合考虑微波时间操作区域在180s附近区域,采用稀土强磁筒式和辊式磁选机脱硫的介质含量最佳值分别为5%和2%;最佳介质粒度级为0.074mm-0.125mm,氮气氛围使精煤硫分的最佳微波时间推迟,精煤硫分最佳值均有不同程度的提高。
【关键词】：细粒煤 微波响应 介电性质 反射系数 磁场梯度效应 脱硫机理
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD94
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• Extended Abstract10-31
• 变量注释表31-33
• 1 前言33-36
• 1.1 课题来源33
• 1.2 课题研究背景和意义33-34
• 1.3 研究内容及方法34-36
• 2 文献综述36-47
• 2.1 细粒粉煤燃前脱硫技术36-38
• 2.2 细粒煤干法分选技术38-40
• 2.3 细粒粉煤干法磁选脱硫技术40-43
• 2.4 微波能量在煤炭脱硫领域应用43-46
• 2.5 本章小结46-47
• 3 试验材料、分析测试及主要设备47-57
• 3.1 试验试剂和分析表征方法47-51
• 3.2 主要设备和模拟软件51-54
• 3.3 试验方法及脱硫评价方法54-56
• 3.4 本章小结56-57
• 4 细粒煤微波能量吸收行为及响应机制57-74
• 4.1 煤样特性分析57-59
• 4.2 细粒煤微波能量电磁响应机理59-67
• 4.3 细粒煤微波吸收特性分析67-70
• 4.4 微波作用下含硫官能团及有害元素的响应70-73
• 4.5 本章小结73-74
• 5 煤系黄铁矿介电响应和微波强化磁性机理74-100
• 5.1 微波强化细粒煤磁性行为74-77
• 5.2 穆斯堡尔谱图分析细粒煤微波强化磁性机理77-80
• 5.3 微波强化煤系黄铁矿磁性过程中介电响应特性80-84
• 5.4 煤系黄铁矿微波强化磁性行为84-92
• 5.5 细粒煤磁性弱化行为和氮气下的响应92-95
• 5.6 微波强化煤系黄铁矿过程的红外分析及表面氧化机理95-99
• 5.7 本章小结99-100
• 6 磁性介质强化细粒煤微波能量吸收行为100-125
• 6.1 磁铁矿电磁响应和微波能量吸波特性100-105
• 6.2 微波能量介质强化介电响应特性105-109
• 6.3 细粒煤磁导响应性能优化机制109-113
• 6.4 磁介质强化微波能量吸收特性分析113-119
• 6.5 微波电磁参数响应的预测模型119-124
• 6.6 本章小结124-125
• 7 微波与介质协同作用强化磁选及磁介质梯度效应125-158
• 7.1 磁性颗粒磁化特性及梯度效应的模拟125-127
• 7.2 强磁颗粒的磁化行为127-134
• 7.3 磁选过程中磁链的次生梯度形成机制134-141
• 7.4 磁性颗粒链群间的次生梯度效应141-145
• 7.5 微波能量-介质协同效应细粒煤脱硫试验145-157
• 7.6 本章小结157-158
• 8 微波介质强化细粒煤磁选脱硫试验研究158-180
• 8.1 试验设计和煤质分析158-159
• 8.2 Box-Behnken响应面法细粒煤微波强化磁选脱硫试验分析159-179
• 8.3 本章小结179-180
• 9 结论与展望180-185
• 9.1 结论180-184
• 9.2 展望184-185
• 参考文献185-199
• 附录 1199-200
• 附录 2200-201
• 作者简历201-205
• 学位论文数据集205

  本文关键词：基于微波能量与介质协同作用的细粒煤磁选脱硫机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：272130