我国动力煤煤中硫成因的研究

贺英

(秦皇岛出入境检验检疫局煤炭检测技术中心,河北秦皇岛 066000)

我国动力煤煤中硫成因的研究

贺英

(秦皇岛出入境检验检疫局煤炭检测技术中心,河北秦皇岛 066000)

随着我国经济的发展及其近几年经济的持续增长,也意味着能源消耗的加大。我国能源消费的结构中,煤炭在一次能源消费中占60%多,世界平均水平是25%,是全世界少有的以煤炭为主的能源消费大国。中国SO2排放量居世界第一,有40%的国土受到酸雨的污染,中国大气污染造成的损失占GDP总量的2%～3%。因此,煤中硫的脱出,尤其是有机硫的脱除,是一个亟待解决的问题。本文分析总结煤中硫成因的基础上,希望为煤中硫的脱除提供理论依据。

煤中硫 成因模式 H2S

1 煤中硫的赋存状态

目前就硫的赋存状态达到的共识是：煤中硫的赋存状态为有机硫和无机硫，无机硫又包括黄铁矿及硫酸盐硫，煤中硫以黄铁矿硫和有机硫为主，硫酸盐硫含量很少，对其研究较少。

煤中黄铁矿硫是煤中硫的主要赋存形式，从宏观和微观形态来看，黄铁矿的宏观形态有：透镜状，结核状，薄膜状，侵染状，脉状，条带状。通过镜下观察黄铁矿的微观形态有：莓球状黄铁矿，晶粒状，团块状，充填型黄铁矿，均一球形黄铁矿，鱼子状黄铁矿。

2 煤中硫的形成机制

煤中硫的形成是逐渐累积的过程，根据黄铁矿的形态及同位素组成等特征，黄铁矿的形成划分为四个阶段；同生-准同生阶段、早期成岩阶段、晚期成岩阶段、后生阶段。因此，煤中各种形态的有机硫和无机硫的共存是不同成煤阶段演化的产物，硫的生成贯彻于成煤作用的始终：即从植物死亡开始一直到成煤作用结束都有硫的生成，但各个阶段生成硫的种类、数量、形态不尽相同。本文根据成煤作用的各个阶段及煤层中形成H2S的各种成因，阐述煤中硫的形成机制。

自然界中的H2S根据其形成机理可分为：生物成因、热化学成因、无机成因。(1)生物降解是在腐败作用主导下形成H2S的过程，这种方式出现在煤化作用早期，生成H2S规模和含量不会很大，也难以聚集。(2)热化学分解是指含硫有机化合物在热力作用下，含硫杂环断裂形成H2S，又称裂解型H2S。(3)岩浆成因是由于地球内部硫元素的丰度远高于地壳，岩浆活动使地壳深部的岩石熔融、并产生含H2S的挥发成分来还原硫酸盐。(4)微生物硫酸盐还原作用是指微生物硫酸盐还原菌，利用各种有机质或烃类，将硫酸盐还原生成H2S的过程。(5)硫酸盐热化学还原成因主要是指硫酸盐与有机物或烃类物质发生作用，将硫酸盐矿物还原生产H2S和二氧化碳。

2.1 生物降解阶段煤中硫的形成

成煤植物死亡后，就会在腐败作用下发生降解而产生H2S优先气体。生成的H2S优先与沉积物中的铁反应，生成硫铁矿FeS，硫化铁再转化为FeS2时，可能还经历胶黄铁矿阶段。

若体系中活性铁离子缺乏，则富于的H2S就会与有机质反应生产有机硫。需要指出的是：高硫煤中黄铁矿的形成，也许需要满足以上条件；但低硫煤中黄铁矿的形成，不一定要具备SO42-、有机质，也许只有Fe2+就可形成黄铁矿，因为高硫煤中以黄铁矿硫为主，而低硫煤中以有机硫为主。特低硫煤、低硫煤中黄铁矿可能是由生物降解生成的H2S与活性铁离子直接反应生成的。高硫煤中的黄铁矿硫，在植物死亡后生物降解产生H2S时就开始生成，此阶段生成的黄铁矿是高硫煤中黄铁矿的一部分，自然其规模不大。

2.2 同生阶段煤中硫的形成

随着泥炭的堆积，早期形成的泥炭被上覆泥炭或水体所覆盖，沼泽由氧化环境进入还原环境，生物降解作用终止，泥炭层的还原性增强，有利于硫酸盐还原菌的繁殖。硫酸盐还原菌作用有机质还原SO42-生成H2S，如果有足够的SO42-就会生成大量的H2S。淡水环境下SO42-的供给有限，生成的H2S规模不大，所以只能形成少量的有机硫和黄铁矿，即淡水环境下形成低硫煤。而在海水环境下，海水带来大量的SO42-，能生成大量的H2S，从而为煤中硫的大规模形成提供了物源，即能形成高硫煤。以此，泥炭的沉积环境是决定煤中硫含量高低的最关键因素之一。

2.3 成岩阶段煤中硫形成

(1)早期成岩阶段煤中硫的形成：随着泥炭的埋深，其还原性进一步增强，细菌活动更加频繁。到泥炭层，从而在硫酸盐还原菌的作用下形成大量如果硫酸盐供应充足，就会形成大量的H2S。若泥炭埋深后被海水覆盖，海水带来的硫酸盐会渗透出H2S。同时，弱碱性的还原条件使泥炭中高价铁离子最大限度地转变为低价铁离子，促进了煤中黄铁矿的形成。

(2)晚期成岩阶段煤中硫的形成：随着地壳的进一步下降，泥炭层的覆盖物越来越厚，温度和压力越来越大，不利于硫酸盐还原菌的生存，硫酸盐微生物还原作用停止。此时热化学成因的H2S开始生成，即热化学分解和硫酸盐热化学还原作用生成H2S。此阶段生成的H2S只能与沉积物中铁经过一系列反应生成FeS2。因此，硫分含量随着煤的变质程度的增高有不断增高的趋势。

3 结语

(1)煤中硫，在植物死亡后，由生物降解作用。产生H2S时就开始生成；虽然此时产生的H2S规模不大，只能形成小规模的硫。低硫煤、尤其是特低硫煤中，黄铁矿硫的生成，是由生物降解作用产生的H2S直接与沉积物中的铁反应。

(2)我国煤中硫含量随变质程度的增高而增高，噻吩硫结构的比例随着变质程度的增高而逐渐增大，而噻吩硫比较稳定，不易分解。

(3)根据成煤作用的演化阶段和煤层中H2S的形成机理，得出煤中各种形态的有机硫和无机硫的共存，是不同成煤阶段演化的产物，硫的生成贯彻于成煤作用的始终，即从植物死亡开始一直到成煤作用结束都有硫的生成，但各个阶段生成硫的种类、数量、形态不尽相同。所以对煤的成因和赋存状态研究，对提高脱硫效率具有现实意义。

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