高硫炼焦煤中硫的嵌布规律及降硫方案研究

王旺楠

（山西西山煤电股份有限公司西曲矿选煤厂，山西 古交 030200）

煤炭是我国重要的一次能源，在国民经济发展中占据重要地位。但我国的煤炭开采及使用过程长时间以来一直是相对粗放的模式。随着环保压力的日益加重，煤炭的清洁利用成为全社会关注的焦点。煤中硫在煤炭的使用过程中属于有害元素，一方面会对焦炉、锅炉等煤炭使用设备造成破坏，另一方面会严重污染空气［1-2］。而随着优质煤资源的日益减少，高硫煤逐渐增多，如何实现高效脱硫成为当前选煤领域的一项重要研究内容。目前，在煤炭洗选过程中主要是通过重选方式对硫铁矿等无机硫进行一定程度上的脱除，而当煤种不同时，这部分硫与煤岩组份的嵌布规律一般不同，因此要达到最佳脱硫效果时的洗选工艺也必然有所差异［3-4］。以山西古交地区炼焦煤为样品，通过对其进行筛分、浮沉试验研究该样品中硫的嵌布规律，并以此为依据制定适宜的洗选方案，以达到最佳的脱硫效果，为从工艺优化角度研究煤炭脱硫提供试验参考。

1 试验仪器准备

对样品进行不同密度、不同粒度的煤质指标分析，并需要对部分试验中间产物进行破碎。涉及到的主要仪器见表1。

表1 主要试验仪器

2 样品准备与性质分析

样品为选煤厂经储运车间破碎后进入主洗车间的原煤。主洗车间工艺为“重介旋流器+浮选”的分选工艺，入洗粒度上限为50 mm。在正常生产班次中，由重介旋流器入料皮带上采取样品共计100 kg，采取“堆锥四分法”缩分至10 kg。对这10 kg样品进行筛分试验，结果见表2。

表2 样品筛分信息

如表2所示，该样品经准备车间破碎后，50 mm的入洗原煤累计灰分为29.77%，累计硫分为1.92%，属于高硫煤。经一次破碎后，入洗原煤粒度主要集中在13～6 mm范围内，煤泥含量16.74%，属于中等泥含量。随着粒度的降低，原煤灰分逐渐升高，说明在该原煤中，相对于精煤组份，矸石的脆性更大，易于泥化；同时，随着粒度的降低，硫分呈现降低趋势，这一规律与灰分的变化规律相反。为考察其变化原因，对原煤进行浮沉试验，结果如表3。

表3 原煤浮沉数据

如表3所示，随着密度级的升高，各密度级硫分呈现出先降低后升高的趋势，其中+1.8 g/cm3密度级的硫分高达3.62%，远高于-1.8 g/cm3密度级的累计硫分1.33%。-1.3 g/cm3密度级的硫分也较高，为1.43%，高于-1.8 g/cm3密度级的累计硫分，这部分硫主要是与有机组分共生的有机硫。综合表1、表2的数据可知，原煤中的硫分包含有机硫和无机硫两大类，有机硫主要存在于有机煤岩组分中，随着密度级的升高其含量会逐渐降低［5］；无机硫主要存在于矸石中［6］，该样品中的无机硫主要存在于较高密度级的矸石组份中，在较低密度级的矸石中含量相对较低。也即，易于泥化的矸石中的无机硫含量相对较低，大量的无机硫仍以夹矸的形式嵌布在大块原煤中，这部分无机硫是可以通过破碎的方式与精煤组份解离开来的［7］。

由表3中还可见，随着分选密度的不同，样品的±0.1含量变化较大。由表4的煤炭可选性评定标准可见，当分选密度定为1.6 g/cm3时，样品的±0.1含量为13.57%，属于中等可选煤。但此时累计灰分为11.66%，超出了精煤产品11%的灰分控制范围；而分选密度为1.5 g/cm3时，样品的±0.1含量为21.46%，此时可选性等级为较难选。综合以上分析，从解离硫分和改善可选性的角度考虑，应当在洗选过程中增加破碎环节。

表4 煤炭可选性评定标准

3 破碎试验分析

将缩分后的两组等量入洗原煤样品进行破碎试验，第1组试验为直接破碎试验，即-50 mm原煤直接进入颚式破碎机破碎；第2组试验为分级破碎，即-50 mm原煤经13 mm分级后，+13 mm进颚式破碎机破碎，破碎后与-13 mm原煤混合。对两种方法破碎后的样品进行筛分试验，并测定灰分及硫分，见表5、表6。

表5 直接破碎样品筛分数据

表6 分级破碎样品筛分数据

对比表5、表6可见，经两种不同破碎方式处理后，样品的粒度组成有很大差异。

首先，直接破碎相比于分级破碎会产生更多的煤泥。由表3可见，经本试验破碎前，样品煤泥量为16.74%，直接破碎法处理后，煤泥量增至26.18%，而分级破碎后，煤泥量为18.94%，与原样相比，煤泥分别增加了9.44%和2.20%。在洗选过程中，煤泥量的大幅增加，会对浮选系统造成较大压力，对整个洗选系统的稳定性不利，从这一角度讲分级破碎更适合于应用于生产［8-9］。

其次，直接破碎和分级破碎处理后，煤泥硫分分别为1.79%和1.60%，由第2节分析可知，这主要是由于较低硫分的矸石部分易碎，其进入煤泥后使得煤泥整体的平均硫分有所降低。而由于在浮选过程中，浮选药剂的捕收能力有限，这些低硫矸石的混入，必然在一定程度上降低高硫泥质与浮选药剂结合的概率，从而在一定程度上达到浮选降硫的作用。

表7 分级破碎样品浮沉试验数据

对分级破碎并脱泥后的样品进行四级浮沉试验，见表7。

如表7所示，经分级破碎后，样品各密度级的产率、灰分及硫分相比于表3中的数据有很大变化。从±0.1含量这一指标看，分级破碎后的样品，在分选密度为1.5 g/cm3时，±0.1含量为14.2%，可选性等级为中等可选，此时累计灰分为9.30%，符合产品灰分要求；当分选密度为1.6 g/cm3时，±0.1含量为7.99%，此时可选性等级为易选，并且累计灰分为10.26%，仍然符合产品要求。同时，当分选密度为1.6 g/cm3时，硫分为1.27%，为累计硫分的最低值。因此，当分选密度定为1.6 g/cm3时，重力分选后的原煤可达最佳脱硫效果。

4 分选方案分析

综合以上分析，该原煤在入洗粒度为50 mm时，在保证产品质量合格的前提下，原煤可选性较差，洗后产品硫分预计在1.31%以上。为了改善原煤可选性，同时尽可能达到脱硫效果，拟对准备车间处理过的原煤进行分级后的二次破碎，即+13 mm原煤经二次破碎后与-13 mm原煤混合入洗，仍采用重介旋流器分选，分选密度控制在1.5～1.6 g/cm3范围内。煤泥仍去浮选，浮选指标根据重选产品指标适当浮动，保证最终产品指标符合客户需求。

5 结语

1）原煤中同时存在有机硫和无机硫，其中无机硫主要赋存于高密度级的矸石中。

2）由于无机硫在较低密度级的矸石中赋存量少于高密度级矸石，而这部分矸石硬度较低，易于泥化，因此破碎处理会使煤泥中较低密度级矸石含量增加，这在一定程度上可降低浮选精煤的硫分。

3）为避免全级破碎造成煤泥量剧增，应采用先分级后破碎的方式，有针对性地对大颗粒物料进行破碎。

4）当采用13 mm分级破碎后，原煤在分选密度为1.5～1.6 g/cm3范围内时可选性较好，此时可在满足产品灰分要求的情况下获得最低的产品硫分，产品硫分最低为1.27%。