用于长焰煤制备化学超纯煤的溶剂及其制备方法与应用

本发明涉及煤化工，特别是涉及用于长焰煤制备化学超纯煤的溶剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、长焰煤是一种常见的煤炭资源，因其燃烧性能良好而被广泛应用于电力、化工、冶金等行业。长焰煤的主要特点包括高挥发分、低灰分、中等发热量以及易于破碎和加工。这些特性使得长焰煤在燃烧过程中容易点燃，燃烧速度快，热值较高，且便于运输和使用。然而，长焰煤中含有较多的矿物质（如硅酸盐、碳酸盐等）和有机杂质（如树脂、沥青质等）。这些杂质不仅影响煤炭的燃烧效率，还会在燃烧过程中产生大量的烟尘和有害气体，对环境造成严重污染。此外，这些杂质还会影响煤炭在某些特定应用中的性能，例如在炼焦、制备活性炭等方面。

2、传统的长焰煤提纯方法主要包括物理方法和化学方法。物理方法如筛分、重选和浮选，虽然可以去除部分大颗粒杂质，但对于细小的矿物质和有机杂质去除效果有限。筛分通过筛网去除大颗粒杂质，但无法有效去除细小杂质；重选利用密度差异进行重力分选，但对于密度相近的杂质效果有限；浮选通过气泡浮选去除杂质，但需要复杂的设备和较高的能耗，且处理成本较高。

3、化学方法如酸洗、碱洗和溶剂萃取，虽然能够更有效地去除煤炭中的杂质，但也存在一些问题。酸洗使用酸性溶液（如硫酸、盐酸）去除矿物质杂质，但会产生大量废液，处理不当会对环境造成污染；碱洗使用碱性溶液（如氢氧化钠）去除有机杂质，同样会产生大量废液，且操作复杂；溶剂萃取使用有机溶剂（如醇类、酮类）去除有机杂质，但溶剂的成本较高，且需要复杂的分离和回收工艺。

4、此外，现有技术还存在以下问题：首先，提纯效率低，许多化学溶剂只能去除部分有机杂质，而无法有效去除矿物质杂质；其次，环保问题突出，许多化学溶剂具有较强的腐蚀性和毒性，处理后的废液处理困难，容易对环境造成污染；第三，经济性差，现有化学提纯方法的成本较高，不利于大规模工业化应用；第四，操作复杂，化学提纯过程需要严格控制反应条件，操作较为复杂，不易于大规模工业化生产；最后，设备要求高，现有的化学提纯方法通常需要复杂的设备和较高的能耗，增加了设备投资和运行成本。

5、因此，亟需用于长焰煤制备化学超纯煤的溶剂及其制备方法与应用来解决上述的技术问题。

技术实现思路

1、本发明目的就在于克服上述技术问题，提供用于长焰煤制备化学超纯煤的溶剂及其制备方法与应用。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、用于长焰煤制备化学超纯煤的溶剂，包括以下重量份的各组分：去离子水100-200份、浓度为10-20 wt%稀硝酸40-60份、十二烷基硫酸钠15-25份、硝酸铁5-15份。

4、本发明中，稀硝酸为主要溶剂，十二烷基硫酸钠(简称为sds)为辅助溶剂，硝酸铁为催化剂；十二烷基硫酸钠与稀硝酸协同形成增溶胶束，硝酸铁在增溶胶束环境中发挥催化作用，三者共同作用可同步深度脱除长焰煤中的有机杂质和矿物质杂质，且不会引入氯离子等干扰性杂质。

5、本发明还包括用于长焰煤制备化学超纯煤的溶剂的制备方法，包括以下步骤：

6、a1称量：按比例称取去离子水、稀硝酸、十二烷基硫酸钠、硝酸铁；

7、a2混合：将称取的各组分混合均匀，形成混合溶液；

8、a3溶解：将混合溶液在50-70℃下搅拌至完全溶解；

9、a4过滤：将溶解后的溶液过滤，得到最终的溶剂。

10、溶解的过程中，通过适度加热可显著提高表面活性剂的溶解度和体系的均匀性；过滤的过程可去除不溶性杂质，过滤精度控制在5-15μm。

11、本发明还包括上述的溶剂或上述的制备方法制备得到的溶剂在长焰煤制备化学超纯煤中的应用。

12、应用的过程，包括以下步骤：

13、s1预处理：将长焰煤进行破碎、筛选，得到预处理后的长焰煤；

14、s2浸泡：将预处理后的长焰煤放入溶剂中浸泡，得到浸泡后产物；

15、s3分离：将浸泡后产物固液分离，得到浸泡后的煤炭与废液；废液经集中中和处理；

16、s4洗涤：使用水清洗浸泡后的煤炭；

17、s5干燥：将洗涤后的煤炭进行干燥，得到化学超纯煤。

18、优选的，所述步骤s1中，预处理后的长焰煤的粒径为0.5-2mm。

19、优选的，所述步骤s2中，溶剂与预处理后的长焰煤的质量比为3:1；浸泡时间为12小时；所述浸泡过程中进行搅拌，搅拌速度为200转/分钟。

20、根据煤炭的杂质含量，可以适当调整浸泡时间。浸泡时搅拌能够确保煤炭与溶剂充分接触。

21、优选的，所述步骤s3中，使用离心机进行分离，离心机的转速为4000转/分钟，分离时间为10分钟。

22、优选的，所述步骤s4中，使用水进行多次冲洗，每次冲洗时间为5分钟，直到洗涤水清澈为止。

23、具体的，冲洗次数为3次。

24、优选的，所述步骤s5中，干燥温度为100℃，干燥时间为4小时。

25、得到的化学超纯煤的水分含量在5%以下。

26、作用原理：

27、本发明通过优化溶剂的组成和使用方法，有效去除长焰煤中的矿物质和有机杂质，提高煤炭的纯度。

28、本发明选用稀硝酸作为主要溶剂，十二烷基硫酸钠作为辅助溶剂，硝酸铁作为催化剂。这种组合能够显著提高溶剂的溶解能力和提纯效率，同时具备成本低、操作安全简便、环境友好的特点。

29、稀硝酸作为一种强氧化性无机酸，具有极强的溶解能力和氧化性，能够有效溶解长焰煤中的有机杂质，如树脂、沥青质等。这些有机杂质在燃烧过程中容易产生烟尘和有害气体，通过硝酸的溶解作用可以显著减少这些杂质的含量。此外，稀硝酸还能与某些矿物质发生化学反应，形成可溶性盐类，从而有效去除矿物质杂质。例如，稀硝酸可以与钙、镁等金属离子反应，生成可溶性的硝酸盐，便于后续的分离和洗涤。

30、辅助溶剂选择十二烷基硫酸钠，这是一种阴离子表面活性剂，能够显著降低水的表面张力，增强溶剂对煤炭表面的润湿性和渗透性。这有助于溶剂更有效地渗入煤炭的微孔和裂隙中，提高对杂质的溶解和去除效果。它还可以将煤炭中的细小颗粒和杂质分散开来，防止它们重新聚集，从而提高分离和洗涤的效果。这对于去除细小的矿物质和有机杂质尤为重要。此外，十二烷基硫酸钠与主要溶剂具有良好的协同效应，可以通过形成胶束结构，增加溶剂的溶解能力，帮助溶解更多的有机和无机杂质。这种协同作用可以显著提高溶剂的提纯效果。

31、催化剂选择硝酸铁，这是一种强酸性催化剂，能够显著促进酸性环境下的化学反应，且不会引入氯离子污染超纯煤。在长焰煤提纯过程中，硝酸铁可以加速稀硝酸等主要溶剂与煤炭中的矿物质和有机杂质的反应，提高反应速率和效率。硝酸铁中的铁离子具有良好的催化活性，可以促进某些金属离子的溶解和螯合反应，有助于去除煤炭中的金属杂质。通过优化溶剂的组成和使用方法，该溶剂能够有效去除长焰煤中的矿物质和有机杂质，显著提高煤炭的纯度。

32、本发明的溶剂中稀硝酸、十二烷基硫酸钠、硝酸铁三者之间存在的不可分割的协同作用：

33、稀硝酸提供酸性和氧化性，是溶解反应的基础。十二烷基硫酸钠在稀硝酸溶液中形成胶束，其疏水内核能有效包裹并增溶煤中的非极性有机大分子（如树脂、沥青质），极大提高了硝酸对这些物质的“接触”和“溶解”效率。此增溶效应是单纯使用硝酸或硝酸与其他非表面活性剂助剂所无法实现的。硝酸铁在该酸性胶束体系中，其fe3+离子能高效催化硝酸对含硫、含氮杂环有机物的氧化裂解，并促进硅铝酸盐类矿物质的络合溶解。三者协同作用，实现了对长焰煤中有机与无机杂质的同步深度脱除，所得超纯煤灰分低于1%。该特定组合产生的协同效应远超各组分单独或两两组合的效果。

34、有益效果：

35、本发明的溶剂能够在化学处理过程中有效去除长焰煤中的矿物质和有机杂质，提高煤炭的纯度，适用于大规模工业化生产。本发明不仅提高了长焰煤的纯度，还降低了生产成本，简化了操作流程，减少了环境污染，为长焰煤的高纯度制备提供了新的解决方案。