高硫煤中硫的分布及常規洗選對黃鐵礦的影響

1參不同高硫煤的分布情況中國的平均煤炭成本為1.72%，煤炭成本占20%。2%.大型硫井形成2億t的生產規模。1994年商品煤中,總產量的4.39%為高硫煤(硫分>3%)。我國西南地區高硫煤多,北方地區硫分低,上層煤硫分低,下層煤硫分高。許多礦務局當前產品的硫分并不高,但隨著采掘深度的增加,高硫煤的問題就接踵而來。能否有效地通過洗選降低產品的硫分,使其達到“兩控區”用煤硫分的要求,直接關系到煤礦產品的銷路和市場的競爭力。我國高硫煤層煤樣中的平均硫分為2.76%,其中硫鐵礦硫1.61%,有機硫1.04%,硫酸鹽硫0.11%。有機硫占37.7%,硫鐵礦硫占58.33%。煤中有機硫以硫醇類、各種硫化基、噻吩基等形式存在于煤的大分子中,不可能用物理分選方法分離。黃鐵礦在煤中有多種賦存狀態,有單體解離的,有與煤或脈石共生的,有成團塊狀,結核狀的,有的以細粒、微粒散布在煤炭中。對我國開灤唐家莊,烏達王虎山,淄博夏莊,棗莊山家林,肥城大封,長廣,下峪口,中梁山,松藻打通,綠山洞,六枝,地宗,四角田,涼水井,天府,石嘴山,兗州等20個高硫煤煤層煤樣的分析結果的平均值列于表1。原煤硫分和原煤黃鐵礦硫含量有良好的線性相關關系,原煤硫分和有機硫幾乎沒有相關關系。其原因是黃鐵礦硫占原煤的70%以上,黃鐵礦硫對總硫含量的變化起舉足輕重的作用,而有機硫含量只占20%以下。原煤總硫和-1.4浮煤硫分的線性相關關系不是很強,而原煤有機硫和-1.4浮煤硫分的線性相關關系很強,說明有機硫含量對浮煤硫分起舉足輕重的作用。圖1為以上20個高硫煤煤層煤樣中黃鐵礦硫的嵌布狀態。其分布雖然很離散,但還是有規律可循。50%以上單體解離的黃鐵礦硫可能通過洗選排除;有可能用重力分選方法分離一部分破碎解離的共生或充填狀態的黃鐵礦;浸染狀態的硫與煤炭緊密共生,很難分離。筆者與邢臺礦業(集團)有限責任公司合作,對邢臺礦區章村礦9號煤中硫分的分布情況進行了研究。表2為9號煤的篩分試驗結果。原煤總硫3.40%,其中黃鐵礦硫2.4%,占總硫的70.59%,有機硫0.97%,占28.53%。總硫和有機硫含量隨粒度變化不顯著,粗粒級中,黃鐵礦硫含量較多。表3、圖2為原煤50～0.5mm各種硫分含量與密度的關系,其基本規律是隨著密度增加,總硫和黃鐵礦硫增加,有機硫降低。圖3至圖5形象直觀地說明了原煤中總硫、黃鐵礦硫和有機硫在不同粒度、不同密度物料中的分布。圖3對不同密度的總硫分布是兩頭高,中間低;圖4黃鐵礦硫集中在+1.9密度級,粗粒級的黃鐵礦含量大于細粒級,3～0.5mm原煤的黃鐵礦硫含量又有所增加。圖5說明有機硫主要集中在-1.5,1.5～1.6密度級中,3～0.5mm原煤-1.5密度級的有機硫含量最高。由表3可知,-1.5,-1.6的總硫已超過2%。該種原煤經過物理分選,精煤硫分必定超過2%,其中有機硫接近1.5%。精煤的降硫率只有35%。我國大量高硫煤中硫鐵礦硫占總硫的比例為60%～70%,有50%左右的黃鐵礦為單體解離的,有可能用物理分選方法脫除。設分選效率為90%,物理分選方法可以排除的單體黃鐵礦硫為30%左右。連生體和充填狀態的黃鐵礦占黃鐵礦總量的14.22%,設有一半破碎后解離,對這部分的脫除率為80%,物理分選方法可以排除的解離后黃鐵礦為6%左右,這樣,黃鐵礦硫的總脫除率可達到35%。根據1990年煤層煤樣硫分分析,我國170個硫分>2%的礦井平均總硫為3.83%,浮煤硫分2.19%,降硫率為42.74%。分選效率為85%,則降硫率為36.33%,與以上分析結果比較一致。對我國大部分的高硫煤,可以通過物理分選方法脫除部分硫分,對黃鐵礦硫的降硫率在40%左右。對有機硫,由于其集中在精煤中,洗選后,精煤的有機硫含量會增加。但是,常規物理分選方法的降硫率并不理想,對原煤硫分高于3%的煤炭,即使經過洗選,精煤的硫分也很難低于1.5%,有時要高于2%,對此必須引起足夠的重視。2煤的破碎、分級和多段破碎,選擇合適的選煤方法根據以上分析,對我國大多數高硫煤來講,常規物理分選方法可以脫除一部分黃鐵礦硫,但并不令人滿意。為了適應市場的激烈競爭和“兩控區”的要求,有必要對高硫煤礦井煤炭洗選脫硫的方案進行詳細的研究。由于大部分黃鐵礦是與煤共生的,煤炭破碎后有利于黃鐵礦解離,提高脫硫效率。表4為貴州某煤礦的原煤破碎到不同粒度后,精煤灰分相同時精煤的理論產率和硫分變化情況。由表4可知,同樣的原煤,破碎的粒度越小,精煤的理論產率越高,全硫越低。說明粒度越小,硫分和灰分的分離越充分。另一個例子是跳汰中煤破碎后,搖床分選的脫硫率隨破碎粒度的減小而增加,如表5所示。由此可知,對煤炭特別是中煤破碎后,有利于黃鐵礦的解離和脫除。另一方面,脫硫常常是與脫灰同時進行的。煤的密度介于1.25到1.8之間的,矸石的密度大于1.8,一般為2.5左右,黃鐵礦的密度為5左右。只要黃鐵礦、脈石與煤解離,就有可能用重力分選方法將黃鐵礦、脈石和煤分離。重力分選方法有:跳汰、重介、搖床、螺旋分選機、水介旋流器等。不同設備適應煤炭的粒度和分選效率是不同的。過去選擇選煤方法時,只是考慮可選性,很少考慮脫硫效率,這種觀點要改變,對高硫煤要選擇分選效率高的重介分選方法。對小于0.5mm的細粒煤泥,可以用小直徑重介旋流器分選。最近國外用多段重力分選機分選煤泥,脫硫效率較高。浮選是比較有效的煤泥分選方法,但對黃鐵礦的分選效率不高。其原因是:浮選是根據原料表面物理化學性質的不同而分選的。煤是憎水的,易于粘著在氣泡上進入泡沫層,而脈石是親水的不易粘附在氣泡上,留在尾礦中達到分離的目的。新鮮黃鐵礦的表面是親水的,但黃鐵礦在開采、運輸和分選過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黃鐵礦的可浮性。黃鐵礦與煤一樣表現出很強的疏水性,因此不管是浮選機或浮選柱,脫硫效率都不理想。國內外進行了大量的研究,試圖用添加抑制劑,調節礦漿pH值,調節礦漿電動電位,反浮選等方法在浮選中脫硫,但均未達到工業應用。我國研究的先進的選煤方法如:疏水絮凝,選擇性絮凝在實驗室試驗中得到了滿意的脫硫效果,將來在煤炭的深度加工中,有良好的工業應用前景。總之,對煤炭的脫硫,是與脫灰同步進行的,常常是破碎、篩分分級和多段分選作業串并聯進行的。要注意以下幾點:(1)必須使硫鐵礦與煤炭基本解離;(2)必須根據硫分在不同粒度中的