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我国是一个煤炭资源丰富的国家,在一次性生产和消费结构中,煤炭占70%左右.而且,在未来很长一段时间内,煤炭仍将是我国的主要能源.受技术、经济及安全等诸多因素的影响,在全世界范围内,电力的生产主要还是依赖燃煤,煤炭燃烧的过程中会产生大量的有害硫化物,造成环境污染,影响人们的生存环境,影响人类的健康.这些硫化物的主要来源是煤矸石,因此从原煤中选出精煤、去除煤矸石,将会大大减少由于燃煤而产生的硫化物,改善我们的生存环境.
选煤技术是煤炭洁净技术的基础,通过对煤炭的初步加工,可以提高煤炭质量,提高煤炭的利用效率,有效地降低煤炭燃烧后污染物的排放量.选煤技术是根据原煤的不同组成成分之间,在密度、表面物理化学性质以及其他方面的差异进行煤炭产品的加工过程.选煤主要以物理方法为主,清除原煤中不需要的部分,降低煤的灰分和硫分.硫分是煤炭加工和工业应用中不可忽视的物质,因为在煤炭燃烧过程中会生成二氧化硫,成为酸雨的主要来源.焦炭中的硫使生铁生产过程中增加石灰的消耗,增大能量消耗,影响生铁的质量.通过选煤技术可以改善煤炭的质量,使煤炭资源得到合理有效的利用.发展煤炭洁净技术,能够获得巨大的社会效益和经济效益,因此选煤是非常有必要的,本文在参照传统选煤方法的基础上提出一种新的选煤方法——磁悬浮选煤方法.
一、常用的选煤方法
世界范围内,常用的选煤方法有多种,可分为两大类：湿法选煤和干法选煤.选煤过程在水、重液和悬浮液中进行的叫湿法选煤；选煤过程在空气中进行的叫干法选煤.国内外采用的选煤技术主要有重介质、跳汰、浮选及干法选煤.我国地域广阔,煤炭资源丰富、品种多,煤质差异大,因而上述方法均有应用.
1．重介质选煤技术.重介质选煤是在密度介于精煤和煤矸石的重介质悬浮液中按照阿基米德原理进行分选的方法.经过几十年的科学研究和生产实践,重介质选煤技术日趋成熟,重介质旋流器技术取得了较大进展.
2．跳汰选煤技术.跳汰选煤是利用强烈振动造成的垂直交变介质（通常是水或空气）流,使矿粒按相对密度分层并通过适当方法分别收取轻重矿物,以达到分选目的的重力选矿过程.跳汰选煤是处理密度差较大的粗粒矿石最有效的重选方法之一.
3．浮选选煤技术.浮选工艺是利用物质表面的物理化学性质的差别分选矿物颗粒的工业工程.浮选选煤技术主要用于炼焦煤和高炉喷吹无烟煤的选煤. “十五”国家科技攻关项目“带有矿浆预矿化器的机械搅拌是浮选机”就是采用这一技术.
4．干法选煤技术.干法选煤包括流化床选煤和风力选煤.我国、加拿大和日本先后发展了重介质流化床干法选煤技术.中国矿业大学完成并通过了“空气重介质流化床干法选煤技术”.
湿法选煤和干法选煤方法虽然有很多优点,但也存在不足之处,湿法选煤会消耗大量的水并造成污染,干法选煤虽然污染较小,但会消耗大量能源且较难控制,容易造成工业事故.它们有着一个共同点——都需要消耗大量的能源.本文致力于探究出一种新的选煤方法——磁悬浮选煤方法,该方法选煤几乎不用水,因而不会像湿选那样消耗大量的水源并造成污染；也不会像采用空气动力选煤法那样消耗大量的动力,更节省能源.因此磁悬浮选煤方法的研究,将会产生巨大的社会效益和经济效益.
二、磁悬浮选煤方法
1．磁悬浮技术的原理.磁悬浮技术是指利用磁场力克服物体的重力,从而使物体悬浮的一种技术.磁悬浮技术又可分为主动磁悬浮技术、被动磁悬浮技术、混合磁悬浮技术和超导磁悬浮技术等.使物体悬浮,一般有两种方式,一种为“推斥式”,一种为“吸拉式”,前者是利用同名磁极相互排斥,从而克服物体重力,后者是利用异名磁极相互吸引,从而克服物体重力.当然,实际应用中,也可以混合这二种方式,达到同时“推”和“拉”的效果.磁悬浮分为常导磁悬浮和超导磁悬浮,其中超导磁悬浮利用的是超导体的抗磁性产生的抗磁力,来克服重力实现悬浮.
本文所述的磁悬浮原理,是将线圈在一个非金属圆柱体表面上环绕成一个螺旋管,通电后形成通电螺旋管,通电螺旋管周围产生空间磁场,根据安培的右手螺旋定则,可以确定磁场的磁极方向.磁铁粉可以看作是一个磁体,本身具有N极和S极,控制通电螺旋管的电流方向,使通电螺旋管产生的内部磁场的N极和磁铁粉的N极之间产生同名磁极相斥,从而达到将磁铁粉悬浮的效果.
2．磁悬浮选煤方法.就是利用磁铁粉在通电螺旋管产生的内部磁场中的悬浮特性,形成一个磁铁粉层,在原煤进入绕有线圈的非金属圆柱体后,由于煤和煤矸石的比重不同,煤浮于磁铁粉层之上,而煤矸石则沉入磁铁粉层之下,从而达到选煤的目的.
本文提出的一种磁悬浮选煤方法,其基本的框图架构如图1所示.
整个选煤系统,主要分为5个部分,分别是交流电输入部分、变频器部分、固态继电器部分、开关电路部分和圆柱体选煤装置部分.该系统的工作原理为：通过变频器调节交流电的输入频率,达到调节固态继电器输出电压的目的,从而可以控制开关电路的通断.当开关电路处于通路时,非金属圆柱体内部产生磁场,磁铁粉悬浮；当开关电路处于断路时,非金属圆柱体内部磁场消失,磁铁粉自由下落.在非金属圆柱体内部放入一根金属管,在通电线圈内,金属管被磁化,产生磁场,当开关电路断路时,金属管的磁化磁场逐渐消失,此时磁铁粉作自由下落运动,由于在下落过程中,磁铁粉切割金属管的磁化磁场的磁感线,致使其下落速度减慢,而煤矸石作自由落体运动,这样磁铁粉以及其上的煤的下落速度小于煤矸石的下落速度,从而把煤矸石从磁铁粉中分离出来.
通电线圈在交流电电压不变的情况下,与交流电的频率呈反比例关系,频率越高,电流越小,环绕的线圈可以看作一个螺旋管,输入电流的不同,会导致通电螺旋管产生的磁场大小的不同,圆柱体选煤装置简而言之是一个绕有线圈的非金属圆筒,为了在线圈通电后改变磁场分布,在其中放入了一根金属管.通电后,在非金属圆筒中加入磁铁矿粉,控制交流电的电流方向,使螺旋管内部的磁场N极和磁铁粉的N极同方向,根据同名磁极相互排斥的原理,在合适大小的磁场力作用下,磁铁粉会悬浮于圆柱体金属管内部,电流越大,磁场越大,即控制电流大小可以控制悬浮的磁铁矿粉的密度大小,在悬浮的磁铁粉密度大小合适的情况下,根据煤和煤矸石的比重不同,原煤在进入磁铁矿粉形成的悬浮介质后,由于煤的比重小,煤矸石比重大,煤矸石会沉入悬浮介质中,而煤则浮于悬浮介质之上.
当开关电路处于通路时,螺旋管内部产生磁场,磁铁粉层处于悬浮状态,当开关电路处于断路时,螺旋管内部没有磁场,磁铁粉层在其自身重力的作用下,处于下落状态,只要控制好开关电路的通断时间,在磁铁粉层落到圆柱体金属管底部之前,导通开关电路,使螺旋管内部产生磁场,那么此时磁铁粉层将再次处于悬浮状态,通过开关电路的不停通断,可以使得磁铁粉层处于上下往复的运动过程,从而可以实现筛选煤和煤矸石的效果.
三、结语
磁悬浮选煤机理及方法在理论上是正确可行的,课题组经验证性实验,采用磁悬浮的方法,将煤和煤矸石成功分离.但该课题实际上比较复杂,非金属圆筒上绕线圈的匝数、电源频率以及开关启停时间控制等问题都需要我们做很大努力,花很多时间去实验、研究和调节,硬件系统必不可少.
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参考文献：
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