一种添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法

本发明涉及一种添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法，属于工业硅生产用碳质还原剂杂质提纯。

背景技术：

1、目前，工业硅产品主要是通过硅石和碳质还原剂在矿热炉中经过高温碳热还原得到，冶炼过程中常用的碳质还原剂有石油焦、煤、木炭等。由于木炭来源于森林资源的大量消耗，严重破坏生态平衡和违反国家相关政策，因此木炭的使用受到极大的限制。石油焦具有固定碳含量高和低灰份的优势，能够为硅冶炼过程提供足够的热量，可以较好地替代木炭。然而，石油焦属于高纯碳源，反应活性较低，高温下会发生明显的石墨化现象，导致比电阻急剧下降，从而影响工业硅冶炼效益。煤作为我国重要的传统能源之一，储量可观，同时煤材料具有较高比电阻和不易石墨化的特点，所以在工业硅实际生产过程中，往往以煤质还原剂为主体，其他碳质还原剂为辅料，将不同还原剂按一定比例经过混合后使用，从而实现物料的高效利用。

2、在工业硅产业化生产中，物料尤其是碳质还原剂灰份中杂质元素(fe、al、ca等)会随着反应的进行发生相应地迁移变化，如果物料配比不合理，将会导致硅产品中杂质含量增加，最终影响硅产品的质量。相比其他几种碳质还原剂而言，煤的灰份很高，高温热解时容易发生刺火现象，致使炉内炉渣增加，出现炉底上涨等问题。因此，为了确保工业硅冶炼效益，对煤灰份中杂质元素进行去除研究显得尤其重要。

3、在工业硅冶炼领域，对于煤中灰份杂质的源头去除研究，目前还没有既经济又高效的脱除方法，主要还是通过调控不同物料之间的配比来控制杂质的带入量。因此，探索研发一种合理的高灰份煤提纯方法是煤质还原剂高效用于工业硅冶炼的必经之路。

技术实现思路

1、针对工业硅冶炼用煤系碳质还原剂高灰份杂质难去除，从而影响硅冶炼效益的问题，本发明提出一种添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法，即在传统酸浸技术基础上，采用添加剂联合超声辅助强化过氧化氢处理的方式，促进煤灰份中不易酸解的包裹体发生破裂，产生微裂纹，使得灰份杂质在氧化环境中更好地与酸液接触，同时在添加剂的催化下进一步提高灰份杂质脱除效率。

2、一种添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法，具体步骤如下：

3、(1)将干燥的高灰份煤块粉碎成高灰份煤颗粒，高灰份煤颗粒研磨至粒度不大于0.058mm占75～90％，得到高灰份煤粉末；

4、(2)高灰份煤粉末加入到酸性溶液中，加入过氧化氢和添加剂，开启超声波进行超声微泡处理得到酸浸煤浆；

5、(3)酸浸煤浆在温度30～80℃下搅拌浸出60～180min，固液分离，固体经去离子水清洗至洗涤液为中性(ph值为7～8)，干燥即得脱灰煤。

6、所述步骤(1)高灰份煤中灰份含量为3～7wt％，高灰份煤块的粒度为20～60mm，高灰份煤颗粒的粒度为1～15mm。

7、所述步骤(2)酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种，酸性溶液的浓度为4～8mol/l。

8、所述步骤(2)酸性溶液与高灰份煤粉末的液固比ml:g为10～15:1。

9、所述步骤(2)过氧化氢的质量浓度为3～6％，过氧化氢的添加量为酸性溶液体积的2～6％。

10、所述步骤(2)添加剂为铜粉，铜粉的添加量为3～4g/l。

11、所述步骤(2)超声波功率为10～1000w，超声微泡处理时间为5～60min。

12、优选的，步骤(2)超声波功率为100～500w，超声微泡处理时间为10～30min。

13、高灰份煤经过氧化氢辅助超声强化处理后，产品脱灰率可达到95％以上，d90可达到0.035mm以下；优选的，高灰份煤经过氧化氢辅助超声强化处理后，产品脱灰率达到97％以上，d90可达到0.024mm以下。

14、添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的原理：在酸性溶液中，利用超声处理高灰份煤，使得灰份煤杂质包裹体发生破裂，从而导致杂质颗粒能够更好地与酸液接触；此外，向酸性反应液中加入适量过氧化氢能够为体系提供氧化环境，使铁杂质赋存形态转化为较易去除的状态；同时铜粉的加入可以进一步优化体系的反应环境，活性较弱的铜金属在酸性溶液中与铁金属形成原电池环境，大幅提高了反应速率。

15、本发明的有益效果是：

16、(1)本发明采用铜粉联合超声辅助强化过氧化氢处理，利用超声波使包裹体发生破裂形成微细粒杂质，使酸液更好地沿着微裂纹与杂质颗粒接触，在铜粉催化辅助下提高了提纯效率，有效降低了生产成本；

17、(2)本发明工艺简便，大量减少酸性化学试剂的使用，超声物理强化和铜粉催化结合，增强了生产安全性；

18、(3)经本发明方法处理后的脱灰煤产品中灰份含量极低，脱灰率可达到97％以上，d90可达到0.024mm以下，满足后续工业硅冶炼用碳质还原剂的需要。

技术特征：

1.一种添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法，其特征在于：步骤(1)高灰份煤中灰份含量为3～7wt％，高灰份煤块的粒度为20～60mm，高灰份煤颗粒的粒度为1～15mm。

3.根据权利要求2所述添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法，其特征在于：步骤(2)酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种，酸性溶液的浓度为4～8mol/l。

4.根据权利要求1所述添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法，其特征在于：步骤(2)酸性溶液与高灰份煤粉末的液固比ml:g为10～15:1。

5.根据权利要求1所述添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法，其特征在于：步骤(2)过氧化氢的质量浓度为3～6％，过氧化氢的添加量为酸性溶液体积的2～6％。

6.根据权利要求1所述添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法，其特征在于：步骤(2)添加剂为铜粉，铜粉的添加量为3～4g/l。

7.根据权利要求1所述添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法，其特征在于：步骤(2)超声波功率为10～1000w，超声微泡处理时间为5～60min。

技术总结本发明涉及一种添加剂联合超声辅助强化过氧化氢提纯高灰份煤的方法，属于工业硅生产用碳质还原剂杂质提纯技术领域。本发明将干燥的高灰份煤块粉碎成高灰份煤颗粒，高灰份煤颗粒研磨至粒度不大于0.058mm占75～90％，得到高灰份煤粉末；高灰份煤粉末加入到酸性溶液中，加入过氧化氢和添加剂，开启超声波进行超声微泡处理得到酸浸煤浆；酸浸煤浆在温度30～80℃下搅拌浸出60～180min，固液分离，固体经去离子水清洗至洗涤液为中性，干燥即得脱灰煤。本发明采用添加剂联合超声辅助强化过氧化氢处理的方式促进煤灰份中不易酸解的包裹体发生破裂，产生微裂纹，使得灰份杂质在氧化环境中更好地与酸液接触，超声辅助添加剂催化协同加快反应速率，提高灰份杂质脱除效率。技术研发人员：陈正杰,陶成钢,马文会,魏奎先,李绍元,伍继君,吴丹丹受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13