南桐细粒煤离心重力分选脱硫试验研究.pdf

第3 7 卷第5 期 2 0 0 8 年9 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y 南桐细粒煤离心重力分选脱硫试验研究 陶有俊，陶秀祥，张翠玉 中国矿业大学化工学院，江苏徐州 2 2 1 1 1 6 V 0 1 ．3 7N o ．5 S e p ．2 0 0 8 摘要分析了南桐细粒煤的硫分组成及其分布规律，通过对其煤岩特性研究，得出南桐细粒煤中 黄铁矿嵌布特性及其物理法脱硫的可行性，通过在F a l c o n 离心重力场中的分选脱硫试验，研究 了微细粒级煤在离心重力场中的分选行为，以及不同窄粒度级的脱硫效果．结果表明对 O ．0 4 5 m m 煤炭，F a l c o n 离心分选机可以有效分选脱硫，而由于微细粒在分选过程中随水流进入溢流量 加大，F a l c o n 离心机对 O ．0 4 5m mc o a l ．Ap o o rs e p a r a t i o ne f f i c i e n c yf o r O ．0 4 5m mf i n ec o a l w a so b t a i n e db e c a u s eo fu l t r af i n ec o a lo v e r f l o ww i t hw a t e rc u r r e n td u r i n gt h es e p a r a t i o n p r o c e s s ． K e yw o r d s f i n ec o a l ；p y r i t e ；c e n t r i f u g a lg r a v i t ys e p a r a t i o n ；d e s u l f a r i z a t i o ne f f i c i e n c y 由于目前针对细粒煤所采用的浮选法脱硫存 在着运行成本高、环境污染大、脱硫效率低等缺点， 使得细粒煤的高效脱硫难题一直难以解决，因此， 随着原煤中的细粒级含量逐渐加大，研究和开发先 进、高效的细粒煤脱硫技术已显得愈来愈迫切，细 粒煤的脱硫降灰已成为我国洁净煤技术的一个重 要方面． 由于重力分选成本低、环境污染小，而被广泛 应用于金属矿和煤炭的分选中．随着水力学、两相 流和选矿理论的发展，重力分选设备已经从简单地 应用重力、水流阻力发展到利用重力、水流阻力、离 心力、电磁力、机械振动力等复合力场进行分选，从 而使得重力分选设备对细粒甚至微细粒的分选能 力得到极大提高．F a l c o n 离心分选机被称为目前 最有效的细粒重选设备之一，该设备通过采用离心 力场来强化细粒物料按密度进行有效分离，尤其对 收稿日期2 0 0 8 一0 2 2 5 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 项目 2 0 0 7 A A 0 5 2 3 3 9 I 煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室开放基金项目 C P E U K F 0 6 0 6 作者简介陶有俊 1 9 6 4 一 ，男，安徽省滁州市人，教授，工学博士，从事细粒煤分选和脱硫方面的研究． E - a m i l t y j 9 0 0 0 1 2 6 ．c o r nT e l 0 5 i 6 - 8 3 8 8 5 9 7 6 万方数据 第5 期陶有俊等南桐细粒煤离心重力分选脱硫试验研究6 0 1 细粒高硫煤中的黄铁矿硫的脱除有很好的效 果L - 1 ’州． 重庆地区是我国西南重要的煤炭基地，但高硫 煤比例较大，其中南桐煤田又较为典型．其所含煤 岩系属二叠世龙潭组，共有6 个煤层，其中4 ，6 号 为主要可采煤层，均为高硫煤．4 号煤的全硫含量 一般为3 ．3 7 ％～8 ．2 1 ％；6 号煤的全硫含量一般为 3 ．5 9 ％～4 ．3 0 ％．南桐煤田中硫的赋层状态均以硫 铁矿硫为主，约占到全硫的6 0 ％以上，这也就决定 了南桐煤的脱硫应以脱除黄铁矿硫为主而进行，而 F a l c o n 离心重力分选机对黄铁矿硫的高效脱除效 果为南桐细粒煤的脱硫提供了十分经济和有效的 措施． 1 入料性质分析 试验煤样为南桐矿区 O ．5m m 级浮选人料， 表1 和表2 分别为煤样的筛分、浮沉结果． 表1南桐煤小筛分试验结果 T a b l e1 S c r e e n i n gt e s tr e s u l t so fN a n t o n gf i n ec o a lw ／％ 表2 南桐煤小浮沉试验结果 T a b l e2 D e n s i t yd i s t r i b u t i o no fN a n t o n gf i n ec o a l Ⅲ／％ 由南桐煤的小筛分试验结果可以看出 O ．5m m 级原煤平均硫分达3 ．6 8 ％，灰分为3 1 ．4 1 ％，属高 灰、高硫煤，其中0 ．2 5 ～0 ．1 2 5m m 级含量占 3 3 ．7 2 ％，为主导粒级，其中 1 ．8g ／c m 3 密 度级含量高达3 0 ．2 2 ％，灰分和硫分分别为 7 6 ．8 0 ％和9 ．3 8 ％，主要为矸石和硫铁矿，从不同 密度级的硫分分布来看，从低密度到高密度级硫分 分布形态呈凹形，其中 1 ．3g ／c m 3 密度级硫分高 于1 ．3 ～1 ．4 和1 ．4 ～1 ．5g ／c m 3 密度级硫分，说明 入料中有机硫含量不会太低． 2煤岩特性分析 南桐细粒煤的矿物成分主要含有黏土矿物、黄 铁矿和碳酸盐矿物等．其显微煤岩特征见表3 [ 5 书] ． 表3 煤岩分析 T a b l e3M a c e r a lc o m p o s i t i o na n a l y s i sw ／％ 黏土矿物为煤样中主要的矿物质，油浸反光下 呈灰暗色，在煤中呈细条带状、细分散状．煤样中所 含的硫化矿物主要为黄铁矿，其含量在2 ．1 5 ％左 右，其中黄铁矿是分选过程中主要脱除的对象． 另外，煤泥中还含有少量的石英、碳酸盐矿物， 其含量甚微，对离心重力分选并无太大影响．图1 为南桐细粒煤的X 射线衍射定性分析图谱，图2 为试验煤样的煤岩图片． 从图2 中可以看出南桐煤的无机矿物成分相 对较复杂，其黏土类矿物主要有高岭石和伊利石／ 蒙脱石混层，另外还含有石英、黄铁矿、以及少量的 碳酸盐矿物菱铁矿和方解石．由于煤样中含有较多 的黏土类矿物，对于呈细分散状或浸染状的以及充 填于植物胞腔中的黏土矿物，很难解离，脱除效果 也不理想；对呈条带状的黏土矿物，在煤破碎后及 们 山 Q 瑙 秘 菸 { 毫 K Q ％，K K 高岭石 多 I 伊利石／蒙混层 Q 石英 P 黄铁矿 s 菱铁矿 少 C 方解石 少 C o a l 煤 多 O 其它 少 c ∞1 ’ C ∞l i “ - Q 9 o 菇靠占1 矿去茹1 F 靠广右1 矿墨■苟≮5 衍射角度“。 图1南桐细粒煤的X 射线衍射定性分析图谱 F i g ．1 Xr a yq u a l i t a t i v ea n a l y s i so fn a n t o n gf i n ec o a l 水洗过程中容易形成大量高灰细泥，如果其含量很 高的情况下，可以考虑预先脱泥；煤中所含的硫化 矿物主要是黄铁矿，为本试验研究中要脱除的主要 矿物成分，对于呈分散状单体解离的黄铁矿利用离 鲫渤湖伽枷姗姗瑚瑚啪啪如 万方数据 6 0 2中国矿业大学学报第3 7 卷 心重力分选方法脱硫效果较好；另外，南桐煤中都 含有少胃的碳酸盐矿物，以及少量的氧化矿物石 3 结果与讨论 英，由于含量较少，所以对F a l c o n 离心分选影响不 大． 图2 试验煤样的煤岩图片 F i g ．2 M a c e r a lp i c t u r e so ft e s ts a m p l e 表4 和5 分别为南桐煤F a l c o n 分选试验精矿 和尾矿产品的筛分分析，图3 和4 分别为不同粒级 的灰分和硫分变化趋势． 表4 南桐煤F a l c o n 试验精煤小筛分结果 T a b l e4S c r e e n i n gt e s tr e s u l t so fF a l c o nt e s tc l e a nc o a l ∞／％ 表5 南桐煤F a l c o n 试验尾煤小筛分结果 T a b l e5 S c r e e n i n gt e s tr e s u l t so fF a l c o nt e s tt a i l i n g “ ／％ 从筛分试验结果来看入料的硫分随粒度的减 小呈降低趋势，而灰分在 0 ．1 2 5m m 后略有升 高，说明人料的微细粒中泥岩含量偏多，黄铁矿含 量较粗粒减少，黄铁矿呈粗粒分布．精矿和尾矿产 品的0 ．5m m 至0 ．0 4 5m m 各粒级的灰分比较平 均，硫分变化也不太大，只有 0 ．0 4 5m m 级的灰 分和硫分增加较明显，造成 o ．0 4 5m m 级产品灰 分增加的原因，主要是由于微细粒在分选过程中随 水流进入溢流量偏高，造成对精矿的污染，使得该 粒级的精矿和尾矿产品的灰分和硫分均偏高． 表6 为南桐煤F a l c o n 试验产品筛分综合结 果，图5 为不同粒级的可燃体回收率、脱硫率、灰分 脱除率和全硫综合脱硫效率的变化情况． 粒缀／m m 图3 南桐煤F a l c o n 分选试验产品不同粒级 灰分的变化情况 F i g ．3 A s hv a r i a t i o no fF a l c o nt e s t 述 龌 删 粒级／m m 图4南桐煤F a l c o n 分选试验产品不同 粒级硫分的变化情况 F i g ．4 S u l f a rv a r i a t i o no fF a l c o nt e s tp r o d u c t i o nw i t h d i f f e r e n ts i z ef r a c t i o np r o d u c t i o nw i t hd i f f e r e n ts i z ef r a c t i o n 从图5 中可以看出随着粒度的减小，可燃体 回收率逐步增加，而全硫脱除率和灰分脱除率在逐 步降低，造成这种可燃体回收率和脱硫率以及脱灰 率的变化趋势，仍然是由于细粒在重力分选过程 中，随着粒度变细，颗粒随水流进入溢流量加大，使 得可燃体回收率变大，同时由于部分细粒重产物也 随水流进入精矿，这样也就造成随粒度减小，脱硫 和脱灰率逐步降低，这种变化趋势基本反应了在复 合物理力场中细粒分选的规律性．从综合分选指标 即全硫脱硫效率来看，随粒度的减小，全硫脱硫效 率基本上呈增加的趋势，只是 0 ．0 4 5m m 煤炭，F a l c o n 离心分选机 可以有效分选脱硫，而随着粒度变细，颗粒不能有 效地按密度分层，微细粒在分选过程中随水流进入 溢流量加大，F a l c o n 离心机对 O ．0 4 5m m 微细粒 级煤炭的分选效果较差．F a l c o n 离心机有效分选 深度应控制在0 ．0 4 5m m ． 致谢本文得到中国矿业大学科研基金项目 2 0 0 6 8 0 1 0 资助，特此感谢． 参考文献 [ 1 ] 陶有俊，T A OD a n i e l ，赵跃民，等．采用D e s i g n - E x - p e r t 设计和优化F a l c o n 分选试验[ J ] ．中国矿业大学 学报，2 0 0 5 ，3 4 3 3 4 3 - 3 4 8 ． T A OY o u - j a n ，T A OD a n i e l ，Z H A OY u e - m i n ，e ta 1 ． D e s i g na n do p t i m i z a t i o no fF a l c o ns e p a r a t i o nt e s tU s i n gd e s i g n - e x p e r ts o f t w a r e [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y ，2 0 0 5 ，3 4 3 3 4 3 3 4 8 ． E 2 ] T A OY o u j u n ，L U OZ h e n - f u ，Z H A OY u e - m i n ，e t a 1 ．A ne x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nd e s u l f u r i z a t i o no f f i n ec o a lu s i n ga ne n h a n c e dc e n t r i f u g a lg r a v i t ys e p a r a t o r [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆ T e c h n o l o g y ，2 0 0 6 ，1 6 4 3 9 9 4 0 3 ． [ 3 ] H O N A K E RRQ ．H i g hc a p a c i t yf i n ec o a lc l e a n i n gU s i n ga ne n h a n c e dg r a v i t yc o n c e n t r a t o r [ J ] ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，1 9 9 8 ，1 1 5 3 5 5 3 8 ． [ 4 ] 陶有俊，赵跃民．强化重力场中细粒煤脱硫研究 [ M ] ．徐州中国矿业大学出版社，2 0 0 7 ． [ 5 ] 韩德馨．中国煤岩学[ M ] ．徐州中国矿业大学出版 社，1 9 9 5 ． [ 6 ] 赵师庆．实用煤岩学[ M ] ．北京地质出版社，1 9 9 1 ． 责任编辑骆振福 万方数据