微波作用影響煤系黃鐵礦的分析

厲琨 羅青云

摘要：作者對煤粉進(jìn)行了微波作用實(shí)驗(yàn)，并分析了對煤系黃鐵礦解離度產(chǎn)生影響的變量，以及處理過程中試樣比磁化率的變化情況，為煤粉燃前脫硫技術(shù)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：微波作用；黃鐵礦；解離度；比磁化率

0引言

煤炭在對我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也帶來了嚴(yán)重的大氣污染。我國煤炭消費(fèi)量的80%以上直接用于燃燒，產(chǎn)生的SO2約占排放總量的90%，并且我國SO2排放總量居世界第二，雖經(jīng)近年來已全面治理，但我國SO2排放量仍居高不下。黃鐵礦是火電站煤粉中硫分的主要來源，只要研究煤系黃鐵礦的分布規(guī)律，并想出對策處理煤系黃鐵礦，并對煤粉進(jìn)行燃前脫硫，便能顯著降低SO2的排放量。

1黃鐵礦的嵌布規(guī)律：

富含硫元素的黃鐵礦細(xì)粒與煤巖組分結(jié)合得十分緊密，并且黃鐵礦細(xì)?？筛街诘V物成分表面，也可插入表層，甚至可以嵌入其縫隙溝壑之間，其與礦物成分的結(jié)合方式十分豐富，而這些細(xì)粒脈石礦物在煤巖組分中交互相連成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這也就是煤中硫分難以去除的主要原因之一?，F(xiàn)嘗試通過微波作用后，能否提高黃鐵礦的解離度。

2微波試驗(yàn)方法

以氮?dú)猓∟2）為保護(hù)氣，升溫速率為36℃/s，采用自制微波裝置對破碎后的試樣進(jìn)行焙燒處理。準(zhǔn)確稱取20g碎后煤樣放入爐內(nèi)，溫度200～800℃（每50℃為一個(gè)溫度級），氮?dú)饬髁?.1L/min，快速升溫至焙燒溫度后保溫一定時(shí)間，自然冷卻至室溫、收集。

3微波時(shí)間與功率對黃鐵礦解離度的影響

控制微波時(shí)間分別為1min和5min，微波功率分別為500W和1000W，對多個(gè)煤樣進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如下圖：

微波作用1min，只有一部分黃鐵礦顆粒不發(fā)生變化，而一半以上的顆粒都會有不同程度的變化，會產(chǎn)生新的斷裂，或者加寬，說明解離度有顯著的增加。微波5min后新斷裂產(chǎn)生的占比較大，加寬的顆粒占比較多，沒有變化的顆粒占比變少了，由此可見：微波作用時(shí)間越長，黃鐵礦的解離度越大。

當(dāng)微波1min后，功率1000W時(shí)相比于500W，產(chǎn)生新斷裂的顆粒增多，沒有變化的顆粒稍微減少。1000W相比于500W，產(chǎn)生新斷裂的顆粒顯著增多，沒有變化的顆粒也明顯減少。由此可見：微波作用功率越高，黃鐵礦的解離度越大，在微波5min后尤為明顯。

4粒度對微波后黃鐵礦解離度的影響

分別取8、26、52、113和178μm的等量煤樣各三份，第一份作為空白對照，其他兩份分別在500W功率下微波作用1min和在1000W功率下微波作用5min，其相對解離程度如圖3所示。

散點(diǎn)圖說明，除了更大功率更長時(shí)間的微波作用能夠獲得更大的解離度之外，粒度也是微波作用影響黃鐵礦解離度的主要因素之一。粒度越小，微波后黃鐵礦的解離度越大，并且大功率長時(shí)間的微波作用效果顯著；當(dāng)粒度過大時(shí)，微波作用對黃鐵礦解離度的提高效果十分微小，甚至沒有明顯效果。也就是說，在粒度較小時(shí)（大約40μm以下），微波作用能夠提高煤系黃鐵礦的解離度，并且大功率長時(shí)間的微波作用效果更好。

5比磁化率與磁場強(qiáng)度的關(guān)系

煤粉燃燒前脫除無機(jī)硫（煤系黃鐵礦）的最好方法便是磁選，即利用煤與黃鐵礦之間的磁性差異，通過強(qiáng)磁場將黃鐵礦選出，達(dá)到脫硫目的。而磁選效果的好壞受二者比磁化率差異的影響。

現(xiàn)進(jìn)一步考察在450℃、600℃、650℃、700℃時(shí)試樣的比磁化率與微波環(huán)境中磁場強(qiáng)度的關(guān)系，結(jié)果見圖4所示。發(fā)現(xiàn)：在黃鐵礦逐漸變?yōu)榇劈S鐵礦的升溫過程，比磁化率隨磁場強(qiáng)度的增加而顯著增加，外界磁場強(qiáng)度的飽和值為1.3T左右，在此磁場強(qiáng)度下比磁化率達(dá)到最大時(shí)。

由于煤屬于弱磁性礦物，并且其比磁化率并不會因微波作用而增大，因此圖中比磁化率的增大是由于試樣中黃鐵礦逐漸變?yōu)榇劈S鐵礦，進(jìn)而使比磁化率增大。

6結(jié)論

對煤粉進(jìn)行微波作用時(shí)，微波作用時(shí)間越長，黃鐵礦的解離度越大；微波作用功率越高，黃鐵礦的解離度越大，并在微波5min后尤為明顯；在粒度較小時(shí)（大約40μm以下），微波作用能夠提高黃鐵礦的解離度，并且大功率長時(shí)間的微波作用效果會更好。除了會提高煤系黃鐵礦的解離度之外，微波作用還會增加煤系黃鐵礦的比磁化率，當(dāng)外界磁場強(qiáng)度達(dá)到1.3T左右時(shí)，其比磁化率達(dá)到飽和，并且溫度越高，其飽和值越大。

以上這些實(shí)驗(yàn)結(jié)論都使得微波處理后的煤粉脫硫效果更好，解離度的提升及比磁化率的增大會使得黃鐵礦與煤更容易分開，磁選過程會更容易進(jìn)行。如今，需要一種為微波處理后煤粉量身定做的磁選設(shè)備，這是需要進(jìn)一步研究的方向。

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作者簡介：

第一作者：厲琨、男（1998）、河南省信陽市、漢族、學(xué)歷（本科）、研究方向（礦物加工）、單位名稱（河南理工大學(xué)）、單位所在省市（河南省焦作市）、單位郵編（454000）

第二作者：羅青云、單位（河南理工大學(xué)）