徐高飛

（霍州煤電團(tuán)柏煤礦白龍洗煤廠，山西 霍州 031412）

0 引 言

煤炭作為分布最廣的化石燃料，其儲(chǔ)量占到世界化石燃料可采資源量的66.8%。煤炭作為重要的基礎(chǔ)能源被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、化工、冶煉、建材、民用等領(lǐng)域[1]。但是，煤炭一方面作為工業(yè)的基礎(chǔ)為人類帶來能源，同時(shí)在利用的時(shí)候也伴身著諸多問題，儲(chǔ)量逐漸枯竭，大氣污染，氣候變化，水源緊張，耕地面積流失[2]。如果不對(duì)煤炭清潔利用，將對(duì)我們居住的地球造成不可挽回的破壞。煤炭洗選加工是煤炭生產(chǎn)和高效利用過程中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔利用、節(jié)能減排和可持續(xù)健康發(fā)展的基礎(chǔ)和前提。煤炭洗選加工是根據(jù)原煤（毛煤）、礦物雜質(zhì)和煤矸石的粒度、密度、硬度、潤(rùn)濕性等物理化學(xué)性質(zhì)的差別，采用機(jī)械篩分、物理選煤、物理化學(xué)選煤、化學(xué)選煤和微生物選煤等處理方法，清除原煤中的雜質(zhì)，排除矸石，實(shí)現(xiàn)降低灰分、硫分和水分，從而提高煤炭回收率，回收伴生物礦，改善煤炭質(zhì)量[3]，按照市場(chǎng)所需求的產(chǎn)品分選加工生產(chǎn)出不同規(guī)格品種及不同用途的煤炭產(chǎn)品，以供不同用戶的過程，是煤炭達(dá)潔凈、高效利用的目的及后續(xù)深加工的必要前提。本文擬通過原煤的篩分沉浮試驗(yàn)來得到煤粒級(jí)變化過程中硫灰分的變化特征，進(jìn)而對(duì)原煤脫硫灰的可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)為原煤脫硫灰的方法提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

1 煤中硫灰分介紹

煤中的硫賦存形式為有機(jī)硫，與自然界中有機(jī)硫的一般組成結(jié)構(gòu)相比，煤中有機(jī)硫組成相對(duì)較為復(fù)雜。通常，低變質(zhì)煤和高變質(zhì)煤中的有機(jī)硫組成成分分別以脂肪族和環(huán)狀的為主。隨著煤變質(zhì)程度的不同，煤中有機(jī)硫化合物類型也在逐步改變，在早期的成巖階段煤中有機(jī)硫化合物主要為飽和型化合物，而在晚期的成巖階段煤中有機(jī)硫化合物以噻吩硫化合物為主。煤中的無機(jī)硫以硫鐵礦硫和單質(zhì)硫?yàn)橹鳎蜩F礦主要指的是黃鐵礦，而目前脫去煤中的無機(jī)硫就是要脫去黃鐵礦。不同的煤種中有機(jī)硫和無機(jī)硫的含量有差異。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在全國(guó)范圍內(nèi)的高硫煤中硫分含量平均為2.81%，其中無機(jī)硫和有機(jī)硫分別占1.75%和1.06%。

煤中的灰分一般指的是煤體燃燒后其中的礦物質(zhì)形成的殘?jiān)?，同樣煤體的變質(zhì)程度不同灰分含量就不同，組成成分也有差別。具體地說，灰分可分為內(nèi)在灰分和外在灰分，前者是原生礦物質(zhì)形成的，后者是煤炭開采過程中混入的外在礦物質(zhì)形成的。煤體中的可燃成分隨著灰分所占比例的提高而減小，同時(shí)灰分也是有害物質(zhì)，會(huì)減小煤炭燃燒的熱值。國(guó)內(nèi)主要通過物理化學(xué)方法來脫去煤中的灰分，以減小對(duì)環(huán)境的污染以及降低煤炭燃燒成本。

2 原煤化學(xué)性質(zhì)

通過對(duì)原煤進(jìn)行工業(yè)分析、元素分析以及形態(tài)硫分析可得：原煤硫分和灰分所占比例分別為3.47%和27.01%，硫分較高，灰分屬于中灰分，無機(jī)硫以黃鐵礦為主?；趪?guó)標(biāo)的煤炭沉浮試驗(yàn)方法，本文進(jìn)行了原煤的篩分沉浮試驗(yàn)，對(duì)得到的精煤進(jìn)行硫灰分成分測(cè)試，進(jìn)而得到這兩種組分隨著粒級(jí)的變化趨勢(shì)。

3 原煤的篩分試驗(yàn)

通過原煤的篩分試驗(yàn)得到了不同粒度煤的含量，如表1所示，同時(shí)還可以得到不同粒級(jí)下硫灰分的含量，如圖1所示。

表1 原煤篩分得到的不同粒級(jí)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖1 不同粒級(jí)下硫灰分的含量示意圖

從表1中可以看出，原煤篩分后，原煤粒度在0～0.5mm以及0.5～3mm范圍 內(nèi)的含量相等，均為24%；粒度在3～6mm之間的含量相對(duì)較低，僅為7%。以13mm為界，粒度在13mm以下的含量為72%，比例較高，總體上說明本次試驗(yàn)所用原煤易碎，故在破碎過程中要避免過碎而導(dǎo)致的泥化現(xiàn)象。

在圖1中，W表示不同粒級(jí)含量的百分比，Ad表示灰分含量，Sad表示硫分含量。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，原煤灰分含量幾乎隨著粒級(jí)的減小而不斷減小，當(dāng)粒級(jí)在6～50mm范圍內(nèi)時(shí)，灰分變化不明顯；當(dāng)粒度在0.5～6mm范圍內(nèi)時(shí)，灰分減小速率較快；而后又逐漸趨于穩(wěn)定，灰分含量最小值為18.5%，由此可見原煤較脆，大粒級(jí)中灰分含量高，而小粒級(jí)中灰分含量較低。對(duì)于原煤硫分來說，隨著粒級(jí)的變化，硫分含量表現(xiàn)為拱狀，當(dāng)粒級(jí)在6～13mm之間時(shí)，硫分含量最大，為4.5%；而粒級(jí)在0～0.5mm之間時(shí)，硫分含量最小，為2.9%，總體上，在不同粒級(jí)范圍內(nèi)分布的硫分含量較為平均。

4 原煤的沉浮試驗(yàn)

通過原煤的沉浮試驗(yàn)得到的回收率與密度級(jí)間的關(guān)系如圖2所示，從圖中可以看出，在1.3～1.5g/cm3范圍內(nèi)原煤回收率最大，該區(qū)域?yàn)榈兔芏葏^(qū)；在1.5～1.7g/cm3范圍內(nèi)原煤回收率最小，該區(qū)域?yàn)橹忻芏葏^(qū)；此后不同粒級(jí)煤的回收率隨著密度級(jí)的增加而緩慢增大。另一方面，在低密度范圍內(nèi)，不同粒級(jí)煤的回收率與粒度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而在高密度范圍內(nèi)，不同粒級(jí)煤的回收率與粒度呈正相關(guān)關(guān)系?？偠灾?，在低密度范圍內(nèi)不同粒級(jí)煤的可選性為難選，同時(shí)難選程度隨著粒級(jí)的增大而減小。

圖2 回收率與密度級(jí)間的關(guān)系示意圖

通過原煤的沉浮試驗(yàn)得到的不同粒級(jí)煤的灰分與密度級(jí)間的關(guān)系如圖3所示，從圖中可以看出，隨著密度級(jí)的增大，不同粒級(jí)煤的灰分變化趨勢(shì)相同，均表現(xiàn)為線性關(guān)系，而且同一密度級(jí)下不同粒級(jí)煤灰分的含量也趨于相同，由此可見煤灰分脫出的效果受煤粒度變化的影響很小。

通過原煤的沉浮試驗(yàn)得到的不同粒級(jí)煤的硫分與密度級(jí)間的關(guān)系如圖4所示，從圖中可以看出，不同粒級(jí)煤硫分的變化趨勢(shì)隨密度級(jí)的改變而基本相同，只是在同一密度級(jí)下不同粒級(jí)煤硫分的含量不同。當(dāng)密度級(jí)在1.4g/cm3以下時(shí)，各粒級(jí)煤硫分基本保持在大約2.7%的水平，而密度級(jí)在1.4～1.8g/cm3范圍內(nèi)不同粒級(jí)煤硫分的含量差異較大，密度級(jí)在1.8g/cm3以上時(shí)不同粒級(jí)煤硫分的含量突然增加，這是受到煤內(nèi)部所含換鐵礦的影響，這種黃鐵礦可能與矸石共生，也可能為高密度解離得的?？偠灾?，原煤中有機(jī)硫集中在1.4g/cm3以下的密度級(jí)中，而黃鐵礦集中在1.8g/cm3以上的密度級(jí)。

圖3 不同粒級(jí)煤的灰分與密度級(jí)間的關(guān)系示意圖

圖4 不同粒級(jí)煤的硫分與密度級(jí)間的關(guān)系示意圖

5 原煤脫硫灰的可行性評(píng)價(jià)

通過上述試驗(yàn)得到的0.5～50mm粒級(jí)下原煤的可選性特征如圖5所示，由此可得到原煤可選性劃分等級(jí)，見表2。

從圖5和表2中可以看出，整體上，隨著精煤灰分的增大，原煤可選難度在減小，可選性提高；當(dāng)精煤灰分為14%時(shí)，可選等級(jí)最高，可選性最佳。由上述分析可知，硫分脫出受密度級(jí)的影響較小，而且由于精煤灰分高，故同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硫灰是不可能的。當(dāng)密度級(jí)在1.4g/cm3以下時(shí)，灰分很高，脫灰難度較大。當(dāng)密度級(jí)在1.8g/cm3以上時(shí)，硫分含量高，可以通過機(jī)械方法脫出該部分煤的硫分，而密度級(jí)較小時(shí)硫分含量相對(duì)較低，通過機(jī)械方法脫出的效果不好，可通過化學(xué)方法進(jìn)行脫出。

表2 原煤可選性劃分等級(jí)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié)束語(yǔ)

通過原煤的篩分沉浮試驗(yàn)來得到了煤粒級(jí)變化過程中硫灰分的變化特征，進(jìn)而對(duì)原煤脫硫灰的可行性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得到主要結(jié)論如下：

1）原煤易碎，故在破碎過程中要避免過碎而導(dǎo)致的泥化現(xiàn)象。在不同粒級(jí)范圍內(nèi)分布的原煤硫分含量較為平均。

2）在低密度范圍內(nèi)不同粒級(jí)煤的可選性為難選，同時(shí)難選程度隨著粒級(jí)的增大而減小，煤灰分脫出的效果受煤粒度變化的影響很小。原煤中有機(jī)硫集中在1.4g/cm3以下的密度級(jí)中，而黃鐵礦集中在1.8g/cm3以上的密度級(jí)。

3）當(dāng)精煤灰分為14%時(shí)，可選等級(jí)最高，可選性最佳。當(dāng)密度級(jí)在1.4g/cm3以下時(shí)，脫灰難度較大；當(dāng)密度級(jí)在1.8g/cm3以上時(shí)，可以通過機(jī)械方法脫硫，而密度級(jí)較小時(shí)通過機(jī)械方法脫硫的效果不好。