選煤廠酸性煤泥水的成因及危害

王鵬

（太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西太原030024）

選煤廠酸性煤泥水的成因及危害

王鵬

（太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西太原030024）

某些選煤廠的煤泥水為酸性，腐蝕了選煤廠的設備、管道，縮短了設備、管道的使用壽命，同時也嚴重影響了絮凝劑藥劑的添加效果.酸性煤泥水的形成機理在于煤中存在過高的硫分，尤其是硫鐵礦硫（SP）的含量過高.文章對其成因及危害進行分析.

酸性煤泥水 成因 危害

原煤中含有一定數(shù)量的雜質,必須進行洗選加工后才能被各用煤單位使用.而我國目前年洗選原煤近10億噸,有著數(shù)以千計的各型選煤廠,其中絕大多數(shù)都采用濕法選煤的工藝方法.煤泥水是煤泥與水混合而成的流體,是濕法選煤加工工藝的工業(yè)尾水,含有大量的煤泥及泥化物質,成分十分復雜,其性質對選煤廠的生產(chǎn)有著極其重要的影響.

1 酸性煤泥水的成因

一般來說,選煤廠用水來自于地下水或自來水,由于水中含有礦物質,其pH值一般為中性或弱堿性,在選煤廠中與煤泥混合成為煤泥水后,如無特殊情況,其pH值也應大體保持原狀,如遼寧鐵法煤業(yè)集團小康礦選煤廠的煤泥水pH值在7.3～7.8之間.但如果洗選的原煤中硫分含量較高,則可能導致出現(xiàn)一種特殊的煤泥水,即酸性煤泥水.選煤廠煤泥水的pH值為酸性的現(xiàn)象雖然不是十分普遍,但由于其具有較大的危害性,故應對酸性煤泥水進行研究和探討,以了解酸性煤泥水的形成機理與危害,確保選煤廠生產(chǎn)的正常進行.

1.1 我國煤炭資源的硫分概況

我國的煤炭資源平均硫分1.72%,煤炭資源中有20%原煤的總硫分＞2%,我國西南地區(qū)高硫煤多,北方地區(qū)硫分低,上層煤硫分低,下層煤硫分高.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%.

由于國家對環(huán)境保護的重視及可持續(xù)發(fā)展政策的要求,我國對選煤廠各產(chǎn)品中的硫分含量有著嚴格的規(guī)定[1]，具體見表1,表2.

表1 精煤硫分等級劃分表

表2 其他產(chǎn)品硫分等級劃分表

煤中的硫根據(jù)存在狀態(tài)可分為有機硫(SO)與無機硫兩大類.有機硫以硫醇類、各種硫化基、噻吩基等形式存在于煤的有機質大分子中,不可能用物理分選方法分離;無機硫以黃鐵礦、白鐵礦和硫酸鹽的形式存在于煤的礦物質中,其中以黃鐵礦、白鐵礦形式存在的硫又稱為硫化鐵硫(SP),以硫酸鹽的形式存在的稱為硫酸鹽硫(SS)[2].

1.2 酸性煤泥水形成機理

為了分析酸性煤泥水成因,做了如下煤樣化學分析結果:選取西山煤業(yè)集團西銘礦選煤廠8#原煤,原煤灰分為34.14%,硫分為3.16%,屬高灰高硫煤,化學分析結果見表3.

表3 西銘礦8#原煤全硫和硫鐵礦硫分析表

由結果可知樣品中硫絕大多數(shù)為硫鐵礦硫.

由于黃鐵礦在不同的環(huán)境條件下,會發(fā)生不同的氧化反應:

在干燥空氣中,黃鐵礦被緩慢氧化：

FeS2+3O2=FeSO4+SO2

缺氧條件下:

FeS2+2O2=FeSO4+S

在潮濕環(huán)境中,黃鐵礦氧化成硫酸與硫酸亞鐵稀溶液：

2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4

硫酸亞鐵進一步氧化,生成硫酸鐵和水：

4FeS4+O2+2H2SO4=2Fe2(SO4)3+2H2O

硫酸鐵溶液進一步氧化黃鐵礦：

FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4

FeSO4與H2SO4在水中電離：

試驗表明,在干燥空氣中,常溫條件下,黃鐵礦的氧化速率很小.在潮濕環(huán)境中,常溫條件下黃鐵礦會發(fā)生一系列反應.首先是黃鐵礦氧化生成亞鐵離子與硫酸,亞鐵離子進一步氧化生成三價鐵離子,三價鐵離子又加速黃鐵礦的氧化再生成亞鐵離子和硫酸.在有硫桿菌類細菌存在時,整個反應過程將大大加速,與純化學過程相比,反應速度可提高3個數(shù)量級以上[3],從而最終使得煤泥水變?yōu)樗嵝?

由此可見,煤中硫分,尤其是硫鐵礦硫(SP)含量的高低是決定煤泥水是否為酸性的關鍵因素[4].

2 酸性煤泥水的危害

目前看來,隨著采煤機械化與采掘深度的增加,高硫煤的問題日益嚴峻.這不僅直接關系到能否有效地通過洗選降低產(chǎn)品的硫分,使其滿足用戶對產(chǎn)品硫分的要求,從而提高煤炭產(chǎn)品的銷路和市場的競爭力,而且其帶來的酸性煤泥水還會對選煤廠的生產(chǎn)造成極大危害,故高硫煤的問題必須引起高度重視[5].

對于選煤廠的生產(chǎn)而言,酸性煤泥水帶來的危害主要表現(xiàn)為兩個方面.

⑴酸性煤泥水存在于整個選煤系統(tǒng)中.由于高硫煤的影響,導致了洗選系統(tǒng)整個煤泥水系統(tǒng)都處在酸性環(huán)境中,煤泥水偏酸性,會對設備及管道產(chǎn)生腐蝕,從而影響設備和管道的正常使用壽命.

⑵嚴重的影響到絮凝劑藥劑的添加效果[6].以古交的馬蘭礦選煤廠為代表,馬蘭礦選煤廠是一座年處理量達400萬噸的大型選煤廠.由于配套礦井馬蘭礦原煤硫分較高,因而在開采和選煤過程中,這些含硫礦物在空氣、水和細菌的共同作用下易形成硫酸、硫酸高鐵溶液,并溶出煤炭中的多種離子.在選煤生產(chǎn)中會產(chǎn)生含銅、鐵、鉛、鋅、鉻等的酸性廢水,因而導致該廠煤泥水偏酸性(pH值約為4～5).煤泥水偏酸性,對設備和管道產(chǎn)生腐蝕,影響了設備和管道的正常使用壽命.同時也使廠中使用的絮凝劑聚丙烯酰胺的絮凝效果大大降低[7].

而西銘礦選煤廠在高硫煤洗選過程中,精煤產(chǎn)品倉下呈現(xiàn)強酸環(huán)境 (產(chǎn)品倉下收集水樣檢測表明:極端惡劣情形下,pH=1.8,腐蝕性極強),產(chǎn)品倉下滲漏水導致皮帶給料機導料槽、驅動滾筒、改向滾筒、重型緩沖托輥、履帶、鏈條等主要部件腐蝕嚴重,材料配件消耗增加,檢修頻繁,嚴重影響正常外運,同時這種強酸環(huán)境為工人檢修也帶來了安全隱患.

3 結論

綜上所述,煤中硫分,尤其是硫鐵礦硫(SP)的含量過高是造成選煤廠酸性煤泥水的直接原因.酸性煤泥水的存在,會對選煤廠設備和管道造成腐蝕,影響使用壽命,嚴重的還會威脅到工人的身體健康和安全,須加以重視,采取措施以消除其危害.

[1]中國煤炭加工利用協(xié)會.選煤廠煤質分析與技術檢查[M].北京:中國礦業(yè)大學出版社,2004.

[2]張雙全.煤化學[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2009.

[3]李亞峰.煤泥水處理方法的試驗研究[J].煤炭科學技術,2002,3(5):4-5.

[4]荀鵬.煤泥水的水質特性及處理技術[J].工業(yè)水處理,2009,1(3):3-4.

[5]蓋春燕,樊民強.pH值對煤泥水處理的影[J].選煤技術,2010(2):24-26.

[6]趙嵩堪.小康礦煤泥水治理方法的研究[J].環(huán)境保護科學,2003,29(4):25-27.

[7]王力勤.馬蘭礦選煤廠酸性煤泥水的處理實踐[J].選煤技術,2009(2):17-19.

Abstract:Some coal preparation plants slurry is of acidity.The pipelines and equipments be corroded seriously.Life of the pipelines and equipments are shortened,at the same time,adding effects of the flocculation agents are harmed by acidic slurry.Causes of Acid Slurry is the sulfur of coal,especially the pyrite sulfur(SP)

Key words:acidic slurry；causes；hazard

〔編輯 石白云〕

Causes and Hazard of Acidic Slurry from Coal Preparation Plants

WANG Peng
(School of Mining Enigeering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi,030024)

TD922.1

A

2010－09－25

王鵬(1978-),男,山西陽城縣人,助教,研究方向:礦物加工.

1674-0874(2010)06-0071-02