高硫煉焦煤中硫的嵌布規(guī)律及降硫方案研究

王旺楠

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦選煤廠，山西 古交 030200）

煤炭是我國(guó)重要的一次能源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要地位。但我國(guó)的煤炭開(kāi)采及使用過(guò)程長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)一直是相對(duì)粗放的模式。隨著環(huán)保壓力的日益加重，煤炭的清潔利用成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。煤中硫在煤炭的使用過(guò)程中屬于有害元素，一方面會(huì)對(duì)焦?fàn)t、鍋爐等煤炭使用設(shè)備造成破壞，另一方面會(huì)嚴(yán)重污染空氣［1-2］。而隨著優(yōu)質(zhì)煤資源的日益減少，高硫煤逐漸增多，如何實(shí)現(xiàn)高效脫硫成為當(dāng)前選煤領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。目前，在煤炭洗選過(guò)程中主要是通過(guò)重選方式對(duì)硫鐵礦等無(wú)機(jī)硫進(jìn)行一定程度上的脫除，而當(dāng)煤種不同時(shí)，這部分硫與煤巖組份的嵌布規(guī)律一般不同，因此要達(dá)到最佳脫硫效果時(shí)的洗選工藝也必然有所差異［3-4］。以山西古交地區(qū)煉焦煤為樣品，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行篩分、浮沉試驗(yàn)研究該樣品中硫的嵌布規(guī)律，并以此為依據(jù)制定適宜的洗選方案，以達(dá)到最佳的脫硫效果，為從工藝優(yōu)化角度研究煤炭脫硫提供試驗(yàn)參考。

1 試驗(yàn)儀器準(zhǔn)備

對(duì)樣品進(jìn)行不同密度、不同粒度的煤質(zhì)指標(biāo)分析，并需要對(duì)部分試驗(yàn)中間產(chǎn)物進(jìn)行破碎。涉及到的主要儀器見(jiàn)表1。

表1 主要試驗(yàn)儀器

2 樣品準(zhǔn)備與性質(zhì)分析

樣品為選煤廠經(jīng)儲(chǔ)運(yùn)車(chē)間破碎后進(jìn)入主洗車(chē)間的原煤。主洗車(chē)間工藝為“重介旋流器+浮選”的分選工藝，入洗粒度上限為50 mm。在正常生產(chǎn)班次中，由重介旋流器入料皮帶上采取樣品共計(jì)100 kg，采取“堆錐四分法”縮分至10 kg。對(duì)這10 kg樣品進(jìn)行篩分試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 樣品篩分信息

如表2所示，該樣品經(jīng)準(zhǔn)備車(chē)間破碎后，50 mm的入洗原煤累計(jì)灰分為29.77%，累計(jì)硫分為1.92%，屬于高硫煤。經(jīng)一次破碎后，入洗原煤粒度主要集中在13～6 mm范圍內(nèi)，煤泥含量16.74%，屬于中等泥含量。隨著粒度的降低，原煤灰分逐漸升高，說(shuō)明在該原煤中，相對(duì)于精煤組份，矸石的脆性更大，易于泥化；同時(shí)，隨著粒度的降低，硫分呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，這一規(guī)律與灰分的變化規(guī)律相反。為考察其變化原因，對(duì)原煤進(jìn)行浮沉試驗(yàn)，結(jié)果如表3。

表3 原煤浮沉數(shù)據(jù)

如表3所示，隨著密度級(jí)的升高，各密度級(jí)硫分呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，其中+1.8 g/cm3密度級(jí)的硫分高達(dá)3.62%，遠(yuǎn)高于-1.8 g/cm3密度級(jí)的累計(jì)硫分1.33%。-1.3 g/cm3密度級(jí)的硫分也較高，為1.43%，高于-1.8 g/cm3密度級(jí)的累計(jì)硫分，這部分硫主要是與有機(jī)組分共生的有機(jī)硫。綜合表1、表2的數(shù)據(jù)可知，原煤中的硫分包含有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫兩大類(lèi)，有機(jī)硫主要存在于有機(jī)煤巖組分中，隨著密度級(jí)的升高其含量會(huì)逐漸降低［5］；無(wú)機(jī)硫主要存在于矸石中［6］，該樣品中的無(wú)機(jī)硫主要存在于較高密度級(jí)的矸石組份中，在較低密度級(jí)的矸石中含量相對(duì)較低。也即，易于泥化的矸石中的無(wú)機(jī)硫含量相對(duì)較低，大量的無(wú)機(jī)硫仍以?shī)A矸的形式嵌布在大塊原煤中，這部分無(wú)機(jī)硫是可以通過(guò)破碎的方式與精煤組份解離開(kāi)來(lái)的［7］。

由表3中還可見(jiàn)，隨著分選密度的不同，樣品的±0.1含量變化較大。由表4的煤炭可選性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)可見(jiàn)，當(dāng)分選密度定為1.6 g/cm3時(shí)，樣品的±0.1含量為13.57%，屬于中等可選煤。但此時(shí)累計(jì)灰分為11.66%，超出了精煤產(chǎn)品11%的灰分控制范圍；而分選密度為1.5 g/cm3時(shí)，樣品的±0.1含量為21.46%，此時(shí)可選性等級(jí)為較難選。綜合以上分析，從解離硫分和改善可選性的角度考慮，應(yīng)當(dāng)在洗選過(guò)程中增加破碎環(huán)節(jié)。

表4 煤炭可選性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

3 破碎試驗(yàn)分析

將縮分后的兩組等量入洗原煤樣品進(jìn)行破碎試驗(yàn)，第1組試驗(yàn)為直接破碎試驗(yàn)，即-50 mm原煤直接進(jìn)入顎式破碎機(jī)破碎；第2組試驗(yàn)為分級(jí)破碎，即-50 mm原煤經(jīng)13 mm分級(jí)后，+13 mm進(jìn)顎式破碎機(jī)破碎，破碎后與-13 mm原煤混合。對(duì)兩種方法破碎后的樣品進(jìn)行篩分試驗(yàn)，并測(cè)定灰分及硫分，見(jiàn)表5、表6。

表5 直接破碎樣品篩分?jǐn)?shù)據(jù)

表6 分級(jí)破碎樣品篩分?jǐn)?shù)據(jù)

對(duì)比表5、表6可見(jiàn)，經(jīng)兩種不同破碎方式處理后，樣品的粒度組成有很大差異。

首先，直接破碎相比于分級(jí)破碎會(huì)產(chǎn)生更多的煤泥。由表3可見(jiàn)，經(jīng)本試驗(yàn)破碎前，樣品煤泥量為16.74%，直接破碎法處理后，煤泥量增至26.18%，而分級(jí)破碎后，煤泥量為18.94%，與原樣相比，煤泥分別增加了9.44%和2.20%。在洗選過(guò)程中，煤泥量的大幅增加，會(huì)對(duì)浮選系統(tǒng)造成較大壓力，對(duì)整個(gè)洗選系統(tǒng)的穩(wěn)定性不利，從這一角度講分級(jí)破碎更適合于應(yīng)用于生產(chǎn)［8-9］。

其次，直接破碎和分級(jí)破碎處理后，煤泥硫分分別為1.79%和1.60%，由第2節(jié)分析可知，這主要是由于較低硫分的矸石部分易碎，其進(jìn)入煤泥后使得煤泥整體的平均硫分有所降低。而由于在浮選過(guò)程中，浮選藥劑的捕收能力有限，這些低硫矸石的混入，必然在一定程度上降低高硫泥質(zhì)與浮選藥劑結(jié)合的概率，從而在一定程度上達(dá)到浮選降硫的作用。

表7 分級(jí)破碎樣品浮沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)分級(jí)破碎并脫泥后的樣品進(jìn)行四級(jí)浮沉試驗(yàn)，見(jiàn)表7。

如表7所示，經(jīng)分級(jí)破碎后，樣品各密度級(jí)的產(chǎn)率、灰分及硫分相比于表3中的數(shù)據(jù)有很大變化。從±0.1含量這一指標(biāo)看，分級(jí)破碎后的樣品，在分選密度為1.5 g/cm3時(shí)，±0.1含量為14.2%，可選性等級(jí)為中等可選，此時(shí)累計(jì)灰分為9.30%，符合產(chǎn)品灰分要求；當(dāng)分選密度為1.6 g/cm3時(shí)，±0.1含量為7.99%，此時(shí)可選性等級(jí)為易選，并且累計(jì)灰分為10.26%，仍然符合產(chǎn)品要求。同時(shí)，當(dāng)分選密度為1.6 g/cm3時(shí)，硫分為1.27%，為累計(jì)硫分的最低值。因此，當(dāng)分選密度定為1.6 g/cm3時(shí)，重力分選后的原煤可達(dá)最佳脫硫效果。

4 分選方案分析

綜合以上分析，該原煤在入洗粒度為50 mm時(shí)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，原煤可選性較差，洗后產(chǎn)品硫分預(yù)計(jì)在1.31%以上。為了改善原煤可選性，同時(shí)盡可能達(dá)到脫硫效果，擬對(duì)準(zhǔn)備車(chē)間處理過(guò)的原煤進(jìn)行分級(jí)后的二次破碎，即+13 mm原煤經(jīng)二次破碎后與-13 mm原煤混合入洗，仍采用重介旋流器分選，分選密度控制在1.5～1.6 g/cm3范圍內(nèi)。煤泥仍去浮選，浮選指標(biāo)根據(jù)重選產(chǎn)品指標(biāo)適當(dāng)浮動(dòng)，保證最終產(chǎn)品指標(biāo)符合客戶需求。

5 結(jié)語(yǔ)

1）原煤中同時(shí)存在有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫，其中無(wú)機(jī)硫主要賦存于高密度級(jí)的矸石中。

2）由于無(wú)機(jī)硫在較低密度級(jí)的矸石中賦存量少于高密度級(jí)矸石，而這部分矸石硬度較低，易于泥化，因此破碎處理會(huì)使煤泥中較低密度級(jí)矸石含量增加，這在一定程度上可降低浮選精煤的硫分。

3）為避免全級(jí)破碎造成煤泥量劇增，應(yīng)采用先分級(jí)后破碎的方式，有針對(duì)性地對(duì)大顆粒物料進(jìn)行破碎。

4）當(dāng)采用13 mm分級(jí)破碎后，原煤在分選密度為1.5～1.6 g/cm3范圍內(nèi)時(shí)可選性較好，此時(shí)可在滿足產(chǎn)品灰分要求的情況下獲得最低的產(chǎn)品硫分，產(chǎn)品硫分最低為1.27%。