[00143172]中高硫煤共伴生元素赋存形式及强化分离机制研究

中国是煤炭资源大国,其储量和产量均居世界首位。在我国的能源结构中,煤炭约占60 %,具有不可替代的重要地位。在未来很长一段时间,煤炭仍将是我国能源的主要来源。因此,积极寻找更有效、环境友好的利用途径,最大限度地提高煤炭的利用效率,深入研究煤炭综合利用,是社会、经济、能源、环境可持续协调发展的必然要求和国家的重大需求。贵州是中国南方能源大省,素有“江南煤海”之称,保有资源储量747.84亿吨,占全国保有量的4.38%,居全国第5位。贵州煤炭资源一个重要的特点是优质煤少,含硫大于2.0%的中高硫煤资源占比大,共伴生组分复杂,导致清洁高效利用难度大,这既降低了煤炭的使用效率,同时对环境造成了巨大压力。因此,研究中高硫煤炭资源煤质特性、查明煤系共伴生组分的分布规律与赋存形式、揭示煤炭提质分选过程的元素迁移分配规律及强化分离机制,支撑中高硫煤炭资源的清洁高效利用,既是重大科学前沿也是国家重大战略需求。 在科技部国际科技合作项目《中高硫煤脱硫研究》等支持下,项目聚焦中高硫煤炭资源清洁高效利用这一国家重大需求,前瞻性地开展了中高硫煤炭资源分布规律、赋存形式、强化分离机制等方面的系统研究,取得的代表性研究成果主要包括： （1）确定了贵州西部晚二叠世煤炭的煤岩及煤质特征,揭示了中高硫煤的宏观分布规律。 对贵州西部晚二叠世煤的煤岩学特征、聚煤规律、杂质含量进行了系统研究,丰富了煤岩构造理论;揭示了贵州西部主要煤炭产区煤质特征及中高硫煤的富集区;确定煤质特征控制因素并得出不同沉积环境类型的煤中硫分的范围,为贵州西部煤炭资源合理高效利用提供了重要科学参考。重点对贵州西部中高硫煤资源中有害主量元素硫的赋存状态进行了系统研究,确定了煤中硫元素的物相组成、赋存形态和分布特征,为分离除杂奠定了理论基础。 （2）查明了中高硫煤中共伴生组分的赋存状态,厘定了元素的共伴生规律。 对中高硫煤中共伴生元素赋存状态进行精细化研究,首次在普安矿区煤炭中发现隐晶质石墨,识别了有害微量元素的主要富集区,发现黔西南地区煤层中Li、U、Nb、V、Se等元素异常富集,部分煤灰样品中Nb、Zr、U等元素含量达到工业品位,具有潜在资源利用价值。精细揭示了煤中共伴生组分（硫、硒、铀等）的赋存状态,为工业化利用提供了理论基础。并对煤矿区F元素来源、分布及其影响因素进行研究,揭示煤矿区水域F元素的来源、水文地球化学特征及其影响规律。 （3）揭示了复杂体系强化分离机制,构建了适应于中高硫煤特性的清洁利用工艺路线。 根据中高硫煤杂质赋存状态提出强化分离机制,建立适应于贵州中高硫煤的重选-浮选联合分选方法,实现煤中硫及多种有害元素的深度脱除,研发了高效、环保的中高硫煤脱硫除杂提质分选技术,形成了中高硫煤提质除杂理论基础。研发得到新型生物质水煤浆、煤泥制浆等系列洁净煤技术。基于贵州煤质特征,建立了煤沥青制备高性能泡沫碳的方法,形成了煤基副产物高效利用的基础理论。 （4）研究成果推动了中高硫煤清洁高效工业化利用,完善了理论体系。 经过近20年的持续研究,确定了煤炭清洁高效利用技术路线和实施方案,研究成果对贵州煤炭脱硫,分级利用和煤制化学品等高附加值转化工业生产具有重要的指导意义,有力推动了中高硫煤的清洁高效利用,服务于区域经济发展,促进了地方经济建设。 项目是近20 余年研究团队相关成果的系统总结。项目通过多学科交叉融合,研究成果发表的学术论文在 Fuel Processing Technology、Environmental Science and Technology等国际工程技术、环境科学与生态学领域的国际顶尖期刊上发表。成果完成人张覃教授2014年至2017年连续入选爱思唯尔中国高被引学者,作为指导教师之一,指导的程伟博士研究生论文获得”贵州省优秀博士学位论文“。研究团队中,2人成为国家重点研发计划首席科学家,6人入选贵州省管专家、4人入选贵州省”百层次“人才,1人入选中国科学院”西部之光“联合学者人才计划。研究成果得到国内外同行的广泛关注和高度评价,研究成果创新性强,对煤炭资源及煤系共伴生资源清洁高效利用具有重要科学价值。