[发明专利]一种利用低阶煤提质生产矿化冶金药剂的方法及矿化冶金药剂和应用

说明书

本发明公开了一种利用低阶煤提质生产矿化冶金药剂的方法及矿化冶金药剂和应用，将低阶煤物料经过破碎、除杂、脱灰，得到精选煤；精选煤采用紫外线辐照活化，再与烧碱溶液及Na₄P₂O₇溶液搅拌反应，得到溶浆；溶浆依次经过酸析处理、离心处理、冷冻干燥和细磨处理后，再采用紫外线辐照，即得矿化冶金药剂。该矿化冶金药剂中腐植酸类活性官能团得到充分激活，用于重金属离子浮选及冶金球团粘结剂相对现有的腐植酸类螯合剂和粘结剂，表现出更好性能，且该方法以低阶煤为原料获得高性能矿化冶金药剂，不仅可以解决大量闲置堆存的低阶煤资源化问题，还可以提高矿化冶金药剂的性能和适用性，具有显著的经济和社会效益。

技术领域

本发明涉及一种矿化冶金药剂，具体是涉及一种可以用于重金属离子螯合药剂或冶金球团粘结剂的矿化冶金药剂，还涉及一种利用低阶煤提质生产矿化冶金药剂的方法，属于冶金技术领域。

背景技术

在我国的能源结构中，石油、天然气资源匮乏，煤炭储量相对丰富，在能源结构中占比近70％，居主导地位。目前，我国已探明煤炭储量10200亿吨，55％以上是煤化程度低的低阶煤，蕴藏其中的挥发分相当于1000亿吨的油气资源。但由于低阶煤水含量高，直接燃烧或气化效率低，且现有技术无法充分利用其资源价值，导致了煤炭资源的巨大浪费。

低阶煤主要包括泥炭、褐煤、风化煤。我国的煤质腐植酸资源主要分布于褐煤尤其是晚第二纪的年轻褐煤中，其次是泥炭，主要分布于山西、内蒙、四川、云南等地。据有关资料，我国已探明的泥炭储量为124.96亿t，褐煤储量为1216.09亿吨。丰富的资源储备为煤质腐植酸的研究以及在各行业生产中的大规模利用打下了基础。

腐植酸类药剂的来源丰富，毒性低，在选矿中有较好的抑制和絮凝能力，因而普遍引起人们的重视。研究表明，腐植酸是一种由多结构单位组成的胶态聚合物。这些多结构单位是由单结构单位构成的，而单结构单位又是由微结构单位所组成。这些微结构单位包括核、桥键和活性基团。这些活性基团的存在决定了腐植酸的亲水性、阳离子交换性、络合能力以及较高的吸附能力。如何从低阶褐煤资源中高效制备选矿用矿化药剂是近年来研究的重点。

腐植酸由于存在羧基、酚羟基、氨基等功能性酸性基团，可以与溶液中的重金属离子发生离子交换、络合、螯合等反应，因此，腐植酸被认为是一种非常有效的重金属离子络合药剂。腐植酸的离子交换能力源于分子结构中的羧基、酚羟基等活性官能团；腐植酸羧基作为金属离子的主要结合位点，与重金属离子的作用机理是腐植酸配体与金属离子间的表面络合作用。然而，低阶煤腐植酸含有大量的硅酸盐等矿物杂质，通常采用碱溶酸析法对腐植酸进行纯化，纯化后腐植酸再通过活化改性制备腐植酸基络合螯合剂。但在强酸强碱处理条件下，腐植酸中丰富的官能团不能得到有效的激活，不能展现出腐植酸丰富含氧官能团所具有的优势，造成常规方法制备的腐植酸不能表现出良好的性能。

此外，腐植酸粘结剂也应用于钢铁冶金领域，用于制备直接还原球团和氧化球团。随着我国冶金金属的持续进步，钢铁工业对高品质球团矿的需要量大幅提高。粘结剂是生产铁矿球团必不可少的辅料，其性能优劣直接影响球团矿的质量。目前我国钢铁厂普遍采用膨润土作为粘结剂制备氧化性球团矿。但是我国膨润土质量较差，且用于球团矿生产的铁精矿粗粒级含量较高，需配加较高比例的膨润土才能满足工业生产的要求。由于膨润土的加入带进大量的铝硅酸盐等杂质，严重降低球团矿铁品位，显著增加炼铁能耗和生产成本。此外，无机膨润土粘结剂对铁精矿原料的适应性能较差，对于劣质铁矿资源，采用膨润土无法制备出合格的球团。有机粘结剂是以高分子有机物为主要成分的物质，在低温下其粘结性能明显高于膨润土，而在中、高温条件下全部或绝大部分燃烧挥发。采用有机粘结剂替代膨润土，提高球团矿品质，是实现高炉“精料方针”重要途径，这一观点已经得到业界专家的广泛认同。腐植酸类物质是含有羧基、羟基以及苯环结构的大分子有机聚合物，具有理想的粘结剂分子构型。但目前腐植酸的制备主要是以“碱溶酸析”为原理从低阶煤中提取腐植酸。碱溶酸析法制备的腐植酸药剂存在官能团不能得到有效的激活、不能表现出良好的性能等不足。

发明内容