高硫煤中硫的分布及常规洗选对黄铁矿的影响

高硫煤中硫的分布及常规洗选对黄铁矿的影响

1参不同高硫煤的分布情况中国的平均煤炭成本为1.72%，煤炭成本占20%。2%.大型硫井形成2亿t的生产规模。1994年商品煤中,总产量的4.39%为高硫煤(硫分>3%)。我国西南地区高硫煤多,北方地区硫分低,上层煤硫分低,下层煤硫分高。许多矿务局当前产品的硫分并不高,但随着采掘深度的增加,高硫煤的问题就接踵而来。能否有效地通过洗选降低产品的硫分,使其达到“两控区”用煤硫分的要求,直接关系到煤矿产品的销路和市场的竞争力。我国高硫煤层煤样中的平均硫分为2.76%,其中硫铁矿硫1.61%,有机硫1.04%,硫酸盐硫0.11%。有机硫占37.7%,硫铁矿硫占58.33%。煤中有机硫以硫醇类、各种硫化基、噻吩基等形式存在于煤的大分子中,不可能用物理分选方法分离。黄铁矿在煤中有多种赋存状态,有单体解离的,有与煤或脉石共生的,有成团块状,结核状的,有的以细粒、微粒散布在煤炭中。对我国开滦唐家庄,乌达王虎山,淄博夏庄,枣庄山家林,肥城大封,长广,下峪口,中梁山,松藻打通,绿山洞,六枝,地宗,四角田,凉水井,天府,石嘴山,兖州等20个高硫煤煤层煤样的分析结果的平均值列于表1。原煤硫分和原煤黄铁矿硫含量有良好的线性相关关系,原煤硫分和有机硫几乎没有相关关系。其原因是黄铁矿硫占原煤的70%以上,黄铁矿硫对总硫含量的变化起举足轻重的作用,而有机硫含量只占20%以下。原煤总硫和-1.4浮煤硫分的线性相关关系不是很强,而原煤有机硫和-1.4浮煤硫分的线性相关关系很强,说明有机硫含量对浮煤硫分起举足轻重的作用。图1为以上20个高硫煤煤层煤样中黄铁矿硫的嵌布状态。其分布虽然很离散,但还是有规律可循。50%以上单体解离的黄铁矿硫可能通过洗选排除;有可能用重力分选方法分离一部分破碎解离的共生或充填状态的黄铁矿;浸染状态的硫与煤炭紧密共生,很难分离。笔者与邢台矿业(集团)有限责任公司合作,对邢台矿区章村矿9号煤中硫分的分布情况进行了研究。表2为9号煤的筛分试验结果。原煤总硫3.40%,其中黄铁矿硫2.4%,占总硫的70.59%,有机硫0.97%,占28.53%。总硫和有机硫含量随粒度变化不显著,粗粒级中,黄铁矿硫含量较多。表3、图2为原煤50～0.5mm各种硫分含量与密度的关系,其基本规律是随着密度增加,总硫和黄铁矿硫增加,有机硫降低。图3至图5形象直观地说明了原煤中总硫、黄铁矿硫和有机硫在不同粒度、不同密度物料中的分布。图3对不同密度的总硫分布是两头高,中间低;图4黄铁矿硫集中在+1.9密度级,粗粒级的黄铁矿含量大于细粒级,3～0.5mm原煤的黄铁矿硫含量又有所增加。图5说明有机硫主要集中在-1.5,1.5～1.6密度级中,3～0.5mm原煤-1.5密度级的有机硫含量最高。由表3可知,-1.5,-1.6的总硫已超过2%。该种原煤经过物理分选,精煤硫分必定超过2%,其中有机硫接近1.5%。精煤的降硫率只有35%。我国大量高硫煤中硫铁矿硫占总硫的比例为60%～70%,有50%左右的黄铁矿为单体解离的,有可能用物理分选方法脱除。设分选效率为90%,物理分选方法可以排除的单体黄铁矿硫为30%左右。连生体和充填状态的黄铁矿占黄铁矿总量的14.22%,设有一半破碎后解离,对这部分的脱除率为80%,物理分选方法可以排除的解离后黄铁矿为6%左右,这样,黄铁矿硫的总脱除率可达到35%。根据1990年煤层煤样硫分分析,我国170个硫分>2%的矿井平均总硫为3.83%,浮煤硫分2.19%,降硫率为42.74%。分选效率为85%,则降硫率为36.33%,与以上分析结果比较一致。对我国大部分的高硫煤,可以通过物理分选方法脱除部分硫分,对黄铁矿硫的降硫率在40%左右。对有机硫,由于其集中在精煤中,洗选后,精煤的有机硫含量会增加。但是,常规物理分选方法的降硫率并不理想,对原煤硫分高于3%的煤炭,即使经过洗选,精煤的硫分也很难低于1.5%,有时要高于2%,对此必须引起足够的重视。2煤的破碎、分级和多段破碎,选择合适的选煤方法根据以上分析,对我国大多数高硫煤来讲,常规物理分选方法可以脱除一部分黄铁矿硫,但并不令人满意。为了适应市场的激烈竞争和“两控区”的要求,有必要对高硫煤矿井煤炭洗选脱硫的方案进行详细的研究。由于大部分黄铁矿是与煤共生的,煤炭破碎后有利于黄铁矿解离,提高脱硫效率。表4为贵州某煤矿的原煤破碎到不同粒度后,精煤灰分相同时精煤的理论产率和硫分变化情况。由表4可知,同样的原煤,破碎的粒度越小,精煤的理论产率越高,全硫越低。说明粒度越小,硫分和灰分的分离越充分。另一个例子是跳汰中煤破碎后,摇床分选的脱硫率随破碎粒度的减小而增加,如表5所示。由此可知,对煤炭特别是中煤破碎后,有利于黄铁矿的解离和脱除。另一方面,脱硫常常是与脱灰同时进行的。煤的密度介于1.25到1.8之间的,矸石的密度大于1.8,一般为2.5左右,黄铁矿的密度为5左右。只要黄铁矿、脉石与煤解离,就有可能用重力分选方法将黄铁矿、脉石和煤分离。重力分选方法有:跳汰、重介、摇床、螺旋分选机、水介旋流器等。不同设备适应煤炭的粒度和分选效率是不同的。过去选择选煤方法时,只是考虑可选性,很少考虑脱硫效率,这种观点要改变,对高硫煤要选择分选效率高的重介分选方法。对小于0.5mm的细粒煤泥,可以用小直径重介旋流器分选。最近国外用多段重力分选机分选煤泥,脱硫效率较高。浮选是比较有效的煤泥分选方法,但对黄铁矿的分选效率不高。其原因是:浮选是根据原料表面物理化学性质的不同而分选的。煤是憎水的,易于粘着在气泡上进入泡沫层,而脉石是亲水的不易粘附在气泡上,留在尾矿中达到分离的目的。新鲜黄铁矿的表面是亲水的,但黄铁矿在开采、运输和分选过程中不可避免地氧化后,表面形成硫和似硫化合物而提高了黄铁矿的可浮性。黄铁矿与煤一样表现出很强的疏水性,因此不管是浮选机或浮选柱,脱硫效率都不理想。国内外进行了大量的研究,试图用添加抑制剂,调节矿浆pH值,调节矿浆电动电位,反浮选等方法在浮选中脱硫,但均未达到工业应用。我国研究的先进的选煤方法如:疏水絮凝,选择性絮凝在实验室试验中得到了满意的脱硫效果,将来在煤炭的深度加工中,有良好的工业应用前景。总之,对煤炭的脱硫,是与脱灰同步进行的,常常是破碎、筛分分级和多段分选作业串并联进行的。要注意以下几点:(1)必须使硫铁矿与煤炭基本解离;(2)必须根据硫分在不同粒度中的