贵州西部煤中砷的富集地质因素及可选性研究

贵州西部煤中砷的富集地质因素及可选性研究

随着现代工业的快速发展，煤炭作为重要能源资源的短缺现象越来越明显。但广泛分布于贵州西部地区的高砷煤却因富含有害微量元素——砷——而被闲置起来,造成了资源浪费。因此,研究高砷煤中砷的赋存状态及其洗选特性,对于合理开发利用矿产资源具有重要意义。1高税收和硫酸钠中的砷存存率高砷煤中砷的赋存状态复杂,文献认为:砷大多以类质同象或固溶体形式赋存于黄铁矿中。1.1sem-edx分析本次研究的样品采自兴仁、安龙、兴义等贵州西部典型高砷煤产区。研究过程中,无论通过光学显微镜,还是运用扫描电镜与能谱(SEM-EDX)分析,在试样中均没有发现毒砂等含砷矿物,说明贵州西部高砷煤中的砷大多数不以独立矿物形式存在。运用扫描电镜与能谱检测高砷煤各组分,包括各种形态的黄铁矿、闪锌矿、黏土矿物、石英、方解石脉、白云石脉及有机组分,都没有砷的显示。由此认为,该地区高砷煤中砷矿化的重要特点是砷的颗粒极细,砷的赋存状态与黔西南卡林型金矿中金的赋存状态类似。1.2贵州西部高砷煤中硫的形态砷对硫有很强的亲和性。高砷煤的微量元素特征分析(表1)清楚地表明:As含量高的样品,S含量高,As与S表现出一种同步消长关系。煤燃烧时,其中的微量元素将发生迁移,通过灰产率可分析微量元素的存在状态。由表2可以看出,贵州西部高砷煤中硫的质量百分含量与灰分之间呈正相关关系,说明煤中硫可能主要以无机矿物形式存在于煤的灰分中。高砷煤形态硫测试查明:兴仁交乐高砷煤的全硫(St,d)含量为9.48%,其中,硫化物硫(Sp,d)占6.35%,硫酸盐硫(Ss,d)占0.92%;兴仁潘家庄高砷煤全硫含量*为1.05%～4.47%,硫化物硫占1.03%～4.07%,硫酸盐硫占0.02%～0.50%,有机硫占0.30%～2.14%。分析表明,贵州西部高砷煤中的硫主要以硫化物的形式存在。同时,显微镜下观察发现,高砷煤中的硫化物矿物主要是黄铁矿。据此推知,黄铁矿是贵州西部高砷煤的主要载砷矿物。1.3密度对煤中硫含量的影响不同密度级煤样中,高砷煤中硫含量与灰分之间的正相关性表现得更为强烈。选取兴仁交乐高砷煤进行浮沉试验,煤粉重11.88kg,筛分成13.0～6.0、6.0～3.0、3.0～0.5mm三个粒度级,各密度级产物干燥后分别测定灰分和微量元素硫的质量百分含量(表3)。结果表明,高砷煤中硫含量随灰分的提高而明显增加,硫主要是与煤中的灰分,即矿物质结合在一起的,硫具有较强的无机亲和力。随着密度逐渐增大,不同粒度煤中硫含量相应增加,并且当原煤硫含量高于7%时,硫含量随分选密度增高而大幅度增加,在>2.0处形成一个明显的拐点(图1)。煤的重密度级组分中矿物质含量高,因此,浮沉实验也说明,高砷煤中的硫主要来源于黄铁矿。依据砷与硫的正相关关系,分选密度增大时,砷含量也应该增加。浮沉试验进一步证明砷与黄铁矿密不可分。1.4黄铁矿的砷来源对高砷煤中的黄铁矿进行电子探针(EMPA)分析,结果显示(表4):砷主要存在于黄铁矿中,且含砷黄铁矿的环带状加大边中Au、Hg、Sb、As的含量明显偏高。也就是说,并非所有黄铁矿都能检测到砷,煤中黄铁矿是否含砷与黄铁矿自身的成因有关,后期低温热液成因的黄铁矿往往都含砷,同生黄铁矿含砷极少。可见,贵州西部高砷煤的载砷矿物主要是黄铁矿,砷大部分呈类质同象置换硫的形式或固溶体形式或更微细的超显微状态吸附在黄铁矿晶粒外缘的次生增长环边或晶体内部的缺陷和晶隙中。这种超显微粒级“不可见”砷不仅光学显微镜下不可见,就是一般电子显微镜下也不可见。1.5碳酸盐岩石成矿作用高砷煤中砷的富集受到多种地质因素制约。高砷煤矿床的形成时代归属晚二叠世龙潭期,分布于龙潭相区滨海湖沼海陆交互相相对闭塞的还原环境,严格受地层层位和沉积相的控制;广泛分布于贵州西部的峨眉山玄武岩富含气液物质,含矿组分浓度较高,可以为后期成矿作用提供丰富的砷、铁、金、汞、锑、氟等成矿物质;对砷矿化有利的岩性是黏土岩类、碎屑岩类,以及黏土岩-碎屑岩的过渡类型,而纯碳酸盐岩石含砷普遍较低;砷的活化、迁移、富集与构造的关系密切,区域构造和局部构造的控矿作用明显,已知的高砷煤矿床(点)均分布于扬子准地台与右江造山带的过渡地带,并位于近EW向的南盘江断裂带及SN向关岭-贞丰-册亨断裂带的旁侧或附近,几乎毫无例外地与Au、Hg、Sb、Tl等相关元素的矿化一道受燕山期背斜、穹窿及断层的控制,特别是叠加褶皱的控制,大都产在受次级断裂所破坏的背斜轴部或靠近背斜轴的翼部(表1)。2高硫醇可选性评价2.1黄铁矿的粒度特征贵州西部高砷煤中的砷主要存在于黄铁矿中,探讨如何剔除有害元素砷的问题,实际上就是想办法分离高砷煤中的黄铁矿。样品中的黄铁矿占组分总量的5%～20%,工艺粒度多在0.001～2.000mm,属极微粒-粗粒(图2)。其粒度特性曲线既有属于均匀矿石的,又有属于粗(细)粒不均匀矿石的,还有属于极不均匀矿石的,粒度分布状况复杂。黄铁矿一般呈星散状、草莓状、浸染状、细小粒状嵌布于有机质中,或者充填于生物细胞腔内。这些黄铁矿不仅与有机质联系紧密,而且粒径细小,即使对其深度破碎,脱除效果也不理想,高砷煤的可选性差(表5)。由表5可看出,不同粒度级试样中,砷的含量变化没有规律,粉碎后分离黄铁矿的方法显然不可行,用简单的机械方法难以脱掉有害元素砷。并且,黄铁矿粒径多<2.000mm,如果将煤超细碾磨,黄铁矿会发生泥化,不宜于机械选矿。此外,抽取样品镜下鉴定,其中精煤约占35%,中煤约占50%,尾煤约占15%,说明精煤回收率较差,很难分选。因此,贵州西部高砷煤中黄铁矿颗粒大小悬殊,嵌布方式多样,赋存状态复杂,从煤岩学角度判断其可选性差。2.2样品的密度及沉降率在浮选粒度范围内,黄铁矿难以解离,即使将煤进一步破碎,分离效果也不明显,简易可选性试验结果说明(表3):低度级的样品中,其灰产率在23%以下,即轻密度级多由有机质构成;而重密度级样品中,其灰产率在70%以上,以无机矿物质组成为主。根据浮沉试验结果,绘制亨利曲线(可选性曲线)(图3)。发现各粒级原煤的λ曲线均有2个明显拐点,说明采用洗选的方法很难脱除煤中大部分的砷。3微胶囊型黄铁矿颗粒的研磨或嵌布方式复杂的颗粒超显微状态(1)贵州西部高砷煤中的砷对硫有很强