沁水煤田高硫煤破碎解离研究

韦鲁滨 董亚林 邵珠倩 魏涛 杨熙祖 朱学帅

摘 要：为降低沁水煤田高硫煤硫分并提高精煤产率，以沁水煤田高硫煤为研究对象，进行筛分、破碎、浮沉试验研究。结果表明：沁水煤田高硫煤硫分分布呈低密度级以有机硫为主、高密度级以无机硫为主的趋势;采用六种破碎方案进行破碎解离研究，比较分析煤样不同破碎方案解离脱硫效果，综合考虑选煤厂经济效益和脱硫效果，最终选择+25 mm原煤破碎至-25 mm，25～13 mm原煤破碎至-13 mm破碎方案;当精煤硫分为1.0%时，破碎后理论精煤产率17.68%较破碎前9.26%提高约8个百分点，破碎后较破碎前经济提高31 320万元，显著提高了企业经济效益。

关键词：高硫煤;硫分;破碎解离;筛分;浮沉

中图分类号：TD94

文献标识码： A

文章编号 1000-5269（2020）05-0009-09   DOI：10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2020.05.02

煤炭作为我国主要能源之一，是国民经济高速发展不可或缺的一部分[1]。但高硫煤燃烧过程中会释放二氧化硫、三氧化硫、硫化氢等有毒气体，这些有害气体形成酸雨不仅造成环境污染而且还会对铁路建材造成破壞 [2-3];再者煤炭的储存、加工和利用[4-5]常常被煤中硫分所限制;煤中黄铁矿被氧化会释放大量热量加速煤的氧化与自燃，对煤的储运极其不利;煤中硫分还会降低焦炭质量，导致钢铁质量严重不足，增大高炉出渣量[6-7]，因此煤炭脱硫刻不容缓。

目前煤炭脱硫主要有燃前脱硫、燃中固硫、燃后脱硫三种方式，燃前脱硫普遍被认为最为经济[8]，我国一直以燃前脱硫为主要脱硫手段，燃中固硫与燃后脱硫以辅助形式对其补充[9]。燃前脱硫主要包括物理脱硫、化学脱硫、生物脱硫等。化学脱硫需在高温高压等严苛条件下进行且破坏煤质结构[10-12];生物脱硫主要利用微生物改善黄铁矿亲水性使其脱除，但其脱硫速率较慢且对温度、活性较为敏感[13-14];因此物理脱硫最为经济。煤炭破碎能够有效使夹矸煤中的精煤解离出来，通过重力分选不仅提高精煤产率而且能够达到脱硫、降低灰分效果[15-16]，对选煤厂生产效益有较大的提升。因此本研究主要目的通过不同破碎方案比较，综合选煤厂经济效益和脱硫效果，最终确定适合沁水煤田选煤厂破碎方案。

1 样品与方法

1.1 试验煤样

试验煤样来自沁水煤田寺家庄选煤厂入选原煤，选煤厂连续采样时间不得少于2 h，原煤采样时间一般来说越长越好，因为延长采样时间有利于样本具有代表性，但是选煤厂生产条件并不是稳定不变的，而是在一定的波动范围内，因此一味延长采样时间也会使样品失去代表性。寺家庄选煤厂原煤皮带末端装有采样机，皮带走廊下方场地用于制样，采样机以时间基准进行采样，采样时间为90 min，时间间隔82 s，采样过程由时间继电器控制电机带动采样铲横截煤流取样，煤样经接样槽进入皮带下方空地，采样过程均在选煤厂正常生产情况下采取。

1.2 测试方式

首先在载物盘上粘上双面胶带，然后取少量粉末试样在胶带并涂至均匀，胶带边缘涂上导电银浆以连接样品与载物盘，等银浆晾干进行蒸金处理最后采用扫描电镜分析矿物嵌布特性，整个过程严格按照《煤的显微组分组和矿物的测定方法》（GB/T8899—2013）标准;将原煤浮沉样品磨样至20目，再将煤样、树脂、固化剂混合搅拌静置至混合物固结，随后磨片、抛光制备成粉煤光片，最后采用反射显微镜测定原煤煤岩组成。通过以上分析测试，初步考察硫分在煤中的分布特性和解离的难易程度。试验采用光学显微镜与扫描电镜观察分析，其参数见表1。

1.3 破碎方案

试验采用三种不同破碎方式组成六种破碎方案，图1为原煤破碎试验流程，即原煤+25 mm分两份进行破碎解离研究，第一份按照25 mm进行破碎，第二份按照13 mm破碎;25～13 mm原煤按照13 mm进行破碎，以上破碎产品进行筛分浮沉试验。

2 结果与讨论

2.1 原煤煤质分析

为详细了解硫分分布规律，将煤样分别按照GB/T477—2008、GB/T 478—2008进行筛分浮沉试验，筛分结果见表2，浮沉结果见表3;并绘制其硫分可选性曲线见图2。

由表2可知，原煤+50 mm产率为7.05%，说明原煤硬度不大，50～1 mm各粒度级产率分布比较均匀;-6 mm产率49.13%，平均灰分24.51%，+6 mm平均灰分40.0%，-3 mm产率为34.7%，平均灰分23.41%，进一步说明煤质较脆易碎;-1.5 g/cm3含量较多为50.32%，且硫分不高，1.5～1.8 g/cm3产率较低为8.38%，说明夹矸煤含量不多;原煤平均硫分为1.89%，属中高硫煤，且硫分随粒度降低大致呈减小趋势。说明通过破碎可以将其解离从而达到脱硫目的。原煤硫分随密度先减小后增大，说明通过重力分选可以降低硫分;图2硫分可选性曲线表明当要求精煤硫分为1%时，理论精煤产率为54.4%，理论分选密度约1.47 g/cm3，±0.1含量为30.24%，原煤可选性等级为难选。

沁水煤田高硫煤中黄铁矿主要以细小的颗粒充填在有机组分间，颗粒大小不等，形状以原生粒状、莓状和簇状、簇状集合为主，部分充填在有机组分的细胞结构的细胞腔中，排列非常整齐，高密度级多以黄铁矿为主，且黄铁矿呈片状分布于煤样之间，低密度级无明显黄铁矿，硫酸盐等赋存，但其硫分偏高，说明其低密度级煤样中以有机硫分为主。从图7不同元素在扫描电镜下分布情况可以看出，由硫元素和铁元素集中分布可大致推断该处为硫化亚铁，同理根据氧硅铝等元素聚集可推测该出为矸石，说明通过一定程度破碎能够使其精煤与黄铁矿分离，从而通过重力分选达到脱硫目的。

2.4 经济效益预估

寺家庄选煤厂年产量600万吨，因当地要求精煤硫分不高于1%，因此以精煤硫分1%为参考，现有煤炭价格为-13 mm精煤价格为850元/t，-25 mm精煤为1 000元/t进行计算预估，预估结果见表13。

从表13可以得出原煤按照+25 mm破至-25 mm，25～13 mm破至-13 mm进行破碎，预估毛利润在31 320万元，显著提高企业经济效益。

3 结论

（1）沁水煤田高硫煤硫分分布为：低密度煤中以有机硫为主，高密度则以无机硫为主。

（2）六种破碎脱硫方案比较可知，选择+25 mm原煤破碎至-25 mm，25～13 mm原煤破碎至-13 mm破碎方案脱硫效果最佳。

（3）当要求精煤硫分为1%时，破碎后较破碎前理论精煤产率提高约8个百分点，预估效益为31 320万元。

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（责任编辑：于慧梅）