西部高惰质组煤岩的微波协同解离机制研究

Higher inertinite content has become an important affecting factor of technological characteristics and reasonable & effective use of China western early-middle Jurassic coal. Carrying out dissociation technology research on macerals may release the classification using potential of macerals, and provide scientific theory and method guidance for the key technology of comprehensive utilization of China western higher inertinite content coal petrography. This project will start with the research on fundamental building block, interface structure and properties, microcracks of China western higher inertinite content coal petrography, base on the principle of coupling of crushing process and macerals broken features, and the macerals dissociation characteristics and its relationship with the crushing behavior will be discussed. The macerals occurrence of chemical and physical theories of China western higher inertinite content coal will be built up, while the description and system simulation of selective crushing mechanism will be realized. The microwave field will be added specially to build synergy mechanism. The response mechanism of macerals and strengthening mechanism of crushing dissociation process will be studied under the effect of microwave synergy. Thus a dissociation method of China western higher inertinite content coal petrography will be set up with characteristics of "selective crushing" and "microwave synergy", also the selective crushing mechanism of macerals will be researched under the effect of microwave synergy. The research achievement will deepen and enrich the existing macerals processing methods and theories, and has great significance to the development of a new generation of clean coal technology.

惰质组分含量较高已成为影响西部早-中侏罗纪煤的工艺性质、制约其合理有效利用的重要因素。开展煤岩组分的解离技术研究，可为释放煤岩组分分级利用潜力，为我国西部高惰质组煤岩综合利用的关键技术提供科学理论和方法指导。本项目从西部高惰质组煤岩的基本结构单元、界面结构与性质、微裂隙等赋存特征研究出发，以实现破碎作用过程与煤岩组分破碎特性耦合为原则，探讨煤岩组分的解离特性及其与破碎行为的关系，在建立西部高惰质组煤煤岩组分赋存化学与物理理论的同时，实现选择性破碎机制的描述及系统模拟。并针对性的引入微波场构建协同作用机制，探讨微波协同作用下煤岩组分的响应机理与破碎解离过程的强化机理，据此建立一种以“选择性破碎”、“微波协同”为特征的西部高惰质组煤岩解离方法，并完成煤岩组分在微波协同作用下的选择性破碎机理研究。研究成果将深化和丰富现有的煤岩组分加工利用方法和理论，对促进新一代洁净煤技术的发展具有现实重要意义。

本项目立足我国西部开发需求，针对西北早-中侏罗纪煤中惰质组分含量较高，难以实现高效合理利用所衍生的科学问题，开展了煤岩显微组分选择性解离方法及机理的研究。项目研究以典型西部高惰质组煤粉碎解离特性为基础，以“煤岩显微组分选择性粉碎-微波协同过程强化富集”为研究主线，重点开展了以下几个方面的研究：.①采用MLA分析、扫描电镜分析、煤岩显微组分定量等分析，系统研究了不同粉碎方式（棒磨、球磨、机械冲击粉碎、气流粉碎-分级）作用下高惰质组煤的粉碎解离特性。.②粉碎方式对显微组分的解离表现出一定选择性。球磨冲击作用下裂纹从外向内扩展，易产生随机裂纹，颗粒发生选择性破碎或优先破碎。棒磨挤压作用下，裂纹从内向外扩展，易产生界面裂纹，颗粒发生界面破碎。机械冲击作用下，显微组分在不同的分级产品中发生迁移，体现了微观硬度的区别，即：镜质组＞惰质组。气流粉碎-精细分级过程中，显微组分因其微观硬度不同，在不同粒度的分级产品中富集，惰质组含量最高可达82.83%，镜质组含量可达61.53%，实现了煤岩显微组分较好的富集。.③微波对不同粒度煤样的响应不同，裂纹数量和微波能量之间存在线性递增的关系，裂纹数量随着粒度减小呈现先增大后减小的趋势，且在74 μm-125 μm粒度范围内达到最大。微波诱导作用下高惰质组煤存在三种裂纹生成模型，即界面裂纹、组内裂纹、差异性裂纹。单因素研究微波功率为300 W，微波时间为2 min时，对应分级产品中惰质组含量最高分别可达70.31%，69.86%。进一步通过多角度协同强化解离的方法，得到分级产品中惰质组含量最高可达75.23%，镜质组含量最高可达66.30%，达到较好的显微组分富集效果。.本研究建立了西部高惰质组煤煤岩显微组分赋存的物理理论，建立了显微组分解离的微波协同作用机制，提出了煤岩显微组分选择性解离的方法及模型，实现了煤岩显微组分的高效富集。