沁水煤田高硫煤破碎解離研究

韋魯濱 董亞林 邵珠倩 魏濤 楊熙祖 朱學(xué)帥

摘 要：為降低沁水煤田高硫煤硫分并提高精煤產(chǎn)率，以沁水煤田高硫煤為研究對象，進(jìn)行篩分、破碎、浮沉試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：沁水煤田高硫煤硫分分布呈低密度級以有機(jī)硫?yàn)橹鳌⒏呙芏燃壱詿o機(jī)硫?yàn)橹鞯内厔?采用六種破碎方案進(jìn)行破碎解離研究，比較分析煤樣不同破碎方案解離脫硫效果，綜合考慮選煤廠經(jīng)濟(jì)效益和脫硫效果，最終選擇+25 mm原煤破碎至-25 mm，25～13 mm原煤破碎至-13 mm破碎方案;當(dāng)精煤硫分為1.0%時，破碎后理論精煤產(chǎn)率17.68%較破碎前9.26%提高約8個百分點(diǎn)，破碎后較破碎前經(jīng)濟(jì)提高31 320萬元，顯著提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：高硫煤;硫分;破碎解離;篩分;浮沉

中圖分類號：TD94

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

文章編號?1000-5269（2020）05-0009-09???DOI：10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2020.05.02

煤炭作為我國主要能源之一，是國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展不可或缺的一部分[1]。但高硫煤燃燒過程中會釋放二氧化硫、三氧化硫、硫化氫等有毒氣體，這些有害氣體形成酸雨不僅造成環(huán)境污染而且還會對鐵路建材造成破壞 [2-3];再者煤炭的儲存、加工和利用[4-5]常常被煤中硫分所限制;煤中黃鐵礦被氧化會釋放大量熱量加速煤的氧化與自燃，對煤的儲運(yùn)極其不利;煤中硫分還會降低焦炭質(zhì)量，導(dǎo)致鋼鐵質(zhì)量嚴(yán)重不足，增大高爐出渣量[6-7]，因此煤炭脫硫刻不容緩。

目前煤炭脫硫主要有燃前脫硫、燃中固硫、燃后脫硫三種方式，燃前脫硫普遍被認(rèn)為最為經(jīng)濟(jì)[8]，我國一直以燃前脫硫?yàn)橹饕摿蚴侄危贾泄塘蚺c燃后脫硫以輔助形式對其補(bǔ)充[9]。燃前脫硫主要包括物理脫硫、化學(xué)脫硫、生物脫硫等?；瘜W(xué)脫硫需在高溫高壓等嚴(yán)苛條件下進(jìn)行且破壞煤質(zhì)結(jié)構(gòu)[10-12];生物脫硫主要利用微生物改善黃鐵礦親水性使其脫除，但其脫硫速率較慢且對溫度、活性較為敏感[13-14];因此物理脫硫最為經(jīng)濟(jì)。煤炭破碎能夠有效使夾矸煤中的精煤解離出來，通過重力分選不僅提高精煤產(chǎn)率而且能夠達(dá)到脫硫、降低灰分效果[15-16]，對選煤廠生產(chǎn)效益有較大的提升。因此本研究主要目的通過不同破碎方案比較，綜合選煤廠經(jīng)濟(jì)效益和脫硫效果，最終確定適合沁水煤田選煤廠破碎方案。

1?樣品與方法

1.1?試驗(yàn)煤樣

試驗(yàn)煤樣來自沁水煤田寺家莊選煤廠入選原煤，選煤廠連續(xù)采樣時間不得少于2 h，原煤采樣時間一般來說越長越好，因?yàn)檠娱L采樣時間有利于樣本具有代表性，但是選煤廠生產(chǎn)條件并不是穩(wěn)定不變的，而是在一定的波動范圍內(nèi)，因此一味延長采樣時間也會使樣品失去代表性。寺家莊選煤廠原煤皮帶末端裝有采樣機(jī)，皮帶走廊下方場地用于制樣，采樣機(jī)以時間基準(zhǔn)進(jìn)行采樣，采樣時間為90 min，時間間隔82 s，采樣過程由時間繼電器控制電機(jī)帶動采樣鏟橫截煤流取樣，煤樣經(jīng)接樣槽進(jìn)入皮帶下方空地，采樣過程均在選煤廠正常生產(chǎn)情況下采取。

1.2?測試方式

首先在載物盤上粘上雙面膠帶，然后取少量粉末試樣在膠帶并涂至均勻，膠帶邊緣涂上導(dǎo)電銀漿以連接樣品與載物盤，等銀漿晾干進(jìn)行蒸金處理最后采用掃描電鏡分析礦物嵌布特性，整個過程嚴(yán)格按照《煤的顯微組分組和礦物的測定方法》（GB/T8899—2013）標(biāo)準(zhǔn);將原煤浮沉樣品磨樣至20目，再將煤樣、樹脂、固化劑混合攪拌靜置至混合物固結(jié)，隨后磨片、拋光制備成粉煤光片，最后采用反射顯微鏡測定原煤煤巖組成。通過以上分析測試，初步考察硫分在煤中的分布特性和解離的難易程度。試驗(yàn)采用光學(xué)顯微鏡與掃描電鏡觀察分析，其參數(shù)見表1。

1.3?破碎方案

試驗(yàn)采用三種不同破碎方式組成六種破碎方案，圖1為原煤破碎試驗(yàn)流程，即原煤+25 mm分兩份進(jìn)行破碎解離研究，第一份按照25 mm進(jìn)行破碎，第二份按照13 mm破碎;25～13 mm原煤按照13 mm進(jìn)行破碎，以上破碎產(chǎn)品進(jìn)行篩分浮沉試驗(yàn)。

2?結(jié)果與討論

2.1?原煤煤質(zhì)分析

為詳細(xì)了解硫分分布規(guī)律，將煤樣分別按照GB/T477—2008、GB/T 478—2008進(jìn)行篩分浮沉試驗(yàn)，篩分結(jié)果見表2，浮沉結(jié)果見表3;并繪制其硫分可選性曲線見圖2。

由表2可知，原煤+50 mm產(chǎn)率為7.05%，說明原煤硬度不大，50～1 mm各粒度級產(chǎn)率分布比較均勻;-6 mm產(chǎn)率49.13%，平均灰分24.51%，+6 mm平均灰分40.0%，-3 mm產(chǎn)率為34.7%，平均灰分23.41%，進(jìn)一步說明煤質(zhì)較脆易碎;-1.5 g/cm3含量較多為50.32%，且硫分不高，1.5～1.8 g/cm3產(chǎn)率較低為8.38%，說明夾矸煤含量不多;原煤平均硫分為1.89%，屬中高硫煤，且硫分隨粒度降低大致呈減小趨勢。說明通過破碎可以將其解離從而達(dá)到脫硫目的。原煤硫分隨密度先減小后增大，說明通過重力分選可以降低硫分;圖2硫分可選性曲線表明當(dāng)要求精煤硫分為1%時，理論精煤產(chǎn)率為54.4%，理論分選密度約1.47 g/cm3，±0.1含量為30.24%，原煤可選性等級為難選。

沁水煤田高硫煤中黃鐵礦主要以細(xì)小的顆粒充填在有機(jī)組分間，顆粒大小不等，形狀以原生粒狀、莓狀和簇狀、簇狀集合為主，部分充填在有機(jī)組分的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的細(xì)胞腔中，排列非常整齊，高密度級多以黃鐵礦為主，且黃鐵礦呈片狀分布于煤樣之間，低密度級無明顯黃鐵礦，硫酸鹽等賦存，但其硫分偏高，說明其低密度級煤樣中以有機(jī)硫分為主。從圖7不同元素在掃描電鏡下分布情況可以看出，由硫元素和鐵元素集中分布可大致推斷該處為硫化亞鐵，同理根據(jù)氧硅鋁等元素聚集可推測該出為矸石，說明通過一定程度破碎能夠使其精煤與黃鐵礦分離，從而通過重力分選達(dá)到脫硫目的。

2.4?經(jīng)濟(jì)效益預(yù)估

寺家莊選煤廠年產(chǎn)量600萬噸，因當(dāng)?shù)匾缶毫蚍植桓哂?%，因此以精煤硫分1%為參考，現(xiàn)有煤炭價格為-13 mm精煤價格為850元/t，-25 mm精煤為1 000元/t進(jìn)行計算預(yù)估，預(yù)估結(jié)果見表13。

從表13可以得出原煤按照+25 mm破至-25 mm，25～13 mm破至-13 mm進(jìn)行破碎，預(yù)估毛利潤在31 320萬元，顯著提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3?結(jié)論

（1）沁水煤田高硫煤硫分分布為：低密度煤中以有機(jī)硫?yàn)橹鳎呙芏葎t以無機(jī)硫?yàn)橹鳌?/p>

（2）六種破碎脫硫方案比較可知，選擇+25 mm原煤破碎至-25 mm，25～13 mm原煤破碎至-13 mm破碎方案脫硫效果最佳。

（3）當(dāng)要求精煤硫分為1%時，破碎后較破碎前理論精煤產(chǎn)率提高約8個百分點(diǎn)，預(yù)估效益為31 320萬元。

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（責(zé)任編輯：于慧梅）