高梯度磁选煤脱硫的理论基础及实验研究.pdf

， {8 泛 一 珥 高梯度磁选煤脱硫的理论基础 及实 究 ． 曼 邵绪新 郭梦熊 中国矿业大学北京研 究生部 摘要对煤糸黄铁矿的表面特性进行 1理论分析． 并测定 1煤及煤 系黄铁矿的磁化率。 结 果 表 明， 煤 系黄铁矿表 面富碳 ， 但它 与煤的磁性相 反 ， 煤呈逆磁性 ， 黄 铁矿 呈顺磁 性 ， 为HGMS 煤 脱硫提供 了理论依据 。在此 基础上 ． 利 用 C HG 1 0型 高梯度碰 选机进 行 7细粒 煤脱 硫 实验 ， 处理南桐一0 ． 3 I n lT l 高硫蜞 ，取得 1精煤产率 6 5 ．脱硫率 6 0 以上的较好效果。 关键词高硫煤煤 系黄铁矿矿床黄铁矿磁化率高梯度磁选 煤炭脱硫技术包括 洗选、 磁选 、 化学、 生物和微 波脱硫。 洗选法脱硫最经济 ． 但 只能脱无机硫。 生物 化学法脱硫不仅能脱无机硫． 也能脱除有机硫 。 但生 产成本昂贵 ． 距工业应用尚有一定距离 】 。 洗选脱硫 包括采用跳汰、 重介、 摇床、 水介质旋流器、 螺旋溜槽 和浮选等。 实践证明 上述方法对煤 中黄铁矿呈粗粒 嵌布 0 ． 5 lT l l n以上 的团块 的排除是有效的， 但 对细粒级煤和煤中黄铁矿呈细粒嵌布的高硫难选煤 的处理是困难的。如四川南桐选煤厂入洗煤的硫分 1 ． 8 ． 经浮选后的精煤硫分仍为 1 ． 8 。其根源在 于煤系黄铁矿的特殊表面性质， 导致其具有一定疏 水性， 与煤分离难度增加。 高梯度磁选 HG MS 利用 煤与煤系黄铁矿磁性质的差异， 而不依赖于表面性 质， 从分离原理上消除了上述影响， 且高梯度磁选不 仅能脱除 已单体解离的矿物 ， 还能脱除部分连生体 状的黄铁矿 ， 这是浮选法所不能比拟的。 本研究从煤系黄铁矿表面性质和煤及煤系黄铁 矿磁化性质研究入手 ，从理沦上论证了高梯度磁选 的可行性 ，并采用高梯度磁选机对南桐煤进行脱硫 试验 ，取得了较好的指标。 l HG MS煤脱硫的理论基础 1 ．1 煤系黄铁矿表面特性研究 矿床黄铁矿的抑制研究已相当广泛 ．但是许多 煤炭部 “ 八五”重 电科研资助项 口 2 0 研究表明矿床黄铁矿的抑制剂不适合抑制煤系黄铁 矿。主要在于煤系黄铁矿与矿床黄铁矿的表面性质 明显不同．因此 ，研究煤系黄铁矿的表面性质是研 究其抑制的前提 。同时，表面特性的研究 ，在一定 程度上也反映内部结构及整体性质 。间接地为其脱 硫提供依据。 实验采用光 电子能谱 E S C A 来研究煤系黄铁 矿的表面性质及脱硫性。 1 ． 1 ． 1 样 品、仪 器及测试 方法 煤系黄铁矿取自四川南桐煤矿 ，分别为结核状 黄铁矿、含白铁矿的黄铁矿、煤中黄铁矿 取 自选 煤厂 。 矿床黄铁矿分别为矽卡岩型黄铁矿和热液型 黄铁矿 。 每个样 品经玛瑙乳钵研磨，在英国 KR AT OS X S A M8 0 0 仪器上进行 E S C A分析。该设备分辩率 为 0 ． 9 e V、灵敏度 0 ． 1 ，使 用 A1 K n激发 线 1 4 8 6 ． 6 e V，电压为 1 2 k V．电流为 1 5 m A．分析误 差小于 0 ． 4 。 结合能以杂质碳 C 2 8 4 ． 6 e V为标准校正以 消除样品荷电效应的影响。利用设备所附的程序对 各窄谱的曲线进行拟合。 刻蚀分析时采用中分辩率 ， Kr 离子刻蚀 ， 4 k V， 每刻蚀 1 rai n相当于深度 4 ． O ～5 ． 0 D i l l 1 ． I ． 2结 果分 析 图 l a 是不同黄铁矿的氧谱 ， 其峰都较强． 峰 位相对集 中。从表 l 的元素可知矿床黄铁矿和煤系 洁净煤技术 1 9 9 6 年第 2 卷 第 1期 维普资讯 黄铁矿的氧含量没有明显区别 ，表明表面的氧化总 体上是相当的。但从百碳含氧量看，矿床黄铁矿的 含氧量明显高于煤系黄铁矿。矽卡岩、热液型黄铁 矿的百碳含量分别为 6 6 ． 2 7 、4 1 ． 4 5 ，而结核状、含 白铁矿的黄铁矿和煤中黄铁矿的百碳含氧量分别为 37 ． 9 3、 1 8 ．3 9 、 1 9 ． 8 3 结台能／ e V 表 l 不 同黄铁 矿的氧化分析 煤 系黄铁 矿与矿床黄铁 矿最大 的区别在于碳 谱，见图 1 b 。 矿床黄铁矿的放大倍数明显地大于 煤系黄铁矿，在其表面的碳峰不强 从峰形看 ，煤 系黄铁矿的不规整较强， 反映其碳质存在形式复杂， 即除存在杂质碳外，还有其他形式的碳 。矿床黄铁 矿碳主要以杂质碳形式存在，其表面含量在 3 O 左 曰 1 不同黄铁矿 的氧、碳谱图 右。从过去的研究经验看 ，在化学计量组成中含有 碳的矿物，其表面含碳量均大于 4 O ，而化学计量 组成中不含碳矿物 ，其表面含碳量不超过 3 O 。 如果从这 2 个值来处理 2 类黄铁矿 ，煤系黄铁矿的 含碳量则 比其理 论上 不含碳 的化学计 量组成 高 2 3 ～4 4 ，而矿床黄铁矿则否。由此证明煤系黄 铁矿是与碳质共生。高碳含量对于浮选行为起十分 重要的作用。 为了搞清S 、 F e 随深度的变化规律， 特 进行了刻蚀分析。刻蚀时间分别为 5 rai n 、1 5 rai n ． 其结果绘于图 2 。 由图 2 可见， 随着刻蚀时间的增加 即测试深度增加 ． 硫渐减． 铁渐增 ． S 、 F e含量比 渐趋稳定，这表明矿物表面氧化 比内部强得多，在 高梯度磁选煤瞪硫的理论 基础及实验研究 ■ 如 结台能／ e V 图 2 南桐煤 中黄铁矿 的剖蚀舟 矿物内部 2 0 ～4 0 n m这种氧化作用逐渐减缓 。 在 刻蚀分析中还发现，在 自然表面层内硫具有多种形 态，且有氧峰伴随。而随着刻蚀时间的增加，氧峰 减弱，硫的高能峰消失。这意昧着在矿物内部黄铁 矿的氧化消失。可 见黄铁矿的氧化仅发生在较薄的 表面层内 2 5 n n 1 21 维普资讯 总之黄铁矿表面特征既反映内部及整体的某些 陛质 ． 但又不同于此 ． 差别就在于表面的氰化层 及富 疏层 ． 并且与碳质共生． 表面富碳。 如图 2所示 ． 煤中 黄铁矿表面层的 s 、 F e比大于 4 ， 黄铁矿 与煤有相 近的可浮性 。 因此 ， 国内外研究的矿床黄铁矿抑制剂 在煤脱硫实际应用中均失效， 其原困就在 于此。 I ． 2 煤及煤系黄铁矿的磁性研究 黄铁矿、 煤及煤系大多数矿物部属 F 弱磁性矿 物 ． 因此用弱磁选肌来分离效果 佳勾 脱除煤中 黄铁矿． 有必要对煤中黄铁矿及煤的磁化卒进行f 9 1lJ 试 ， 为 H GMS脱硫工艺提供参考依据。实验中对p ⋯南桐等矿区的煤及黄铁矿进行 r比磁化率删试 t ． 2 I 样品、仪器及实验条件 样品共计 1 5个．其中 8个煤 系黄铁矿样 ． 3 矿床黄铁矿样，4个煤样 样品磁化率测试是在中国科学院物珲删究所 导磁测室的超导样品振动磁测使 L 进行的 超 导磁体样品振动测磁仪的参数及实验备件 将厚小于4兀 1 T n ． 长小 2 0 r D _ I l 和宽小于 1 u r I I V n的 块状样品 通常大小为 3 I i 1 n 1 8 mm1 0 n r ／ 1 ．重 为 0 3} 0 ． 】 g的样品贴在杆状样品架 } ．芹， 、 半 径 1勾1 o mm 的球体状均匀磁场一千 T ．磁场 0一} 3 7 MA ／ m， 均匀度为 】 0 ． 噪音背景的磁 小于 】 ． 5 1 0 ‘ An 1 ．测试范嗣士1 l _ 0 3 8 3 7 8 0 愉删垂直 圈 ．温度范围 】 ． 5 3 0 0 K，N i I i 台金超 导磁体 升退磁蘧 0 ． 0 J 样品一 叮 版 】 mg列 ”g ．磁化 率 灵敏 度 1 ． 2 6 1 0 ” ， g ．仪器 精度 】 。 1 ． 2 ． 2结 果 分析 丧 2所示是所测样品质量磁化串的寓删值．其 中城 门山矽 } 岩和热液 黄铁矿磁化率系 2 种矿物 的动态质鼍磁化率。 由表 2叮知 ．煤 系黄铁矿磁化率景 若为结核 状 1 I 1 1 0 l n,／ g 。 最 大菁为基质状 5 ． 8 4 I 1 m ／ g s种聚集状态黄铁矿的 『 均磁化率 1勾 】j 8 。 1 0 m’ 幢 ．矿床黄铁 矿的 均 值为 l 2 l 】 0。 m。 ／ g 闲此 ．煤系黄铁 是矿床黄铁 乎均 磁化率 的 1 3倍。而南桐烟煤 的磁 化率 为 ～】 ． 7 4⋯ 3 ． 0 5 1 0”m ／ g ．负号表示逆磁性。虽然煤 系莆 铁矿与煤两者磁化率相对值柑筹较大．但绝对值都 很小 尽管黄铁矿的磁性较弱 ．但由丁黄铁 帧 磁性 ．煤呈逆磁性 ．并且煤 系黄铁 的磁化率 菁 大于矿床黄铁矿 常 大 1 ～2个数 级 ．冈此 ． ； Ms更适 合 r煤 乐黄铁 的脱硫 ，尤 其是砂层 状．砂晶细分散状、集台状等用其 l 脱硫法 翳睨 ， 表 2 煤及煤系黄铁矿 、矿床黄 铁矿的质量磁化率 娄 聚焦状患或煤岩娄 型 融化 率／ i o m E 煤 系 黄 铁 矿 求 黄 铁 结攘牡 菊花状 基质壮 盘宵 八面 双 晶 砂 层状 栉 壳特 肇 晶 立 晶 形 城山矽 乍岩 九时帆积型黄铁矿 热渡型黄铁驴 南桐镜烘 南桐亮煤 南恫晴煤 半亮攥 除的黄铁矿。另外，HGMS不仅可能脱除煤中黄铁 矿 ．而且预汁还能脱除含铁量较高的煤系牯 、菱 铁矿等矿物．以降低灰分。 2 H ； MS煤脱硫的实验研究 2 I 试样及设备 H ； MS懈脱硫试验的煤样取 自南桐选煤 r． 原 煤 踱碎 经 o ． 3 mm 筛分． 筛 F 物即 勺试验用煤样 ， 表 3是用 MP V 显微镜光度i 1 对样品所做的黄 铁矿申体解离度 硬粒级嵌布特性分析 。 由表 3可知． 按镜 F观察 铁矿颗粒个数 百 ’ 分比计算．单体解离 黄铁矿占 佯的 5 9 5 7 ．小 于 5 0 n 1 单体解离颗 粒占全样的 4 2 ． 5 5 ．而与煤共牛的 5 0 m颗粒 f 咩的 3 8 ． 3 0 ．即样品一十 f 小丁 5 O m的所 肯单 体和1 } 荦体解离黄铁矿占原料的 8 0 ． 8 5 ．由此说 明藏样品r } I 营铣 旱细粒嵌布。 表 3 南桐原煤破碎产品的黄铁矿粒度嵌布特性分析 嵌布特性 单 解离 特 铁日 煤 J 上 一 莓 目。 桂度 m 一一一一 一 e t { 一l 0 L 一 屯O 2 0 ～ 0 n O～ 1 L - 】 l _0 2 j 5 3 4 ．2 5 8 】 1 0 6 4 6 3 8 5 9 j7 净蠓拄术 l 9 6年荦 2 卷第 1 期 ～ 叫 肼 丌．皇 一 越 书 一 拍 嘶 三 { ⋯ 兰 三 吧 维普资讯 试验设备为 C HG 1 0型连续式 H GMS， 该机系 8 0 年代初沈 阳矿山机器厂的仿S a l a 式产品， 最高场 强为 1 T 特斯拉 ，平环式，分选环直径 1 I l l ，额 定处理量为 0 ． 2t ／ h ，设有 4 种转速可调。 2 ． 2 实验结果及分析 在 C HG一 1 0型仿 S a l a H GMS上 主要进行 了矿 浆浓度、精煤冲洗水量与精煤黄铁矿硫脱除率的关 系试验。 由前面的分析可知 ， 黄铁矿的磁性较弱 ， 需 要的磁场强度应尽可能高一些 ，因此 ，试验均采用 该机最高磁场强度 1 T。 由图 3可以看出，在精煤冲洗水量 ，分选槽线 速度均不变 的情况下，随矿浆浓度提高，精煤产率 变化呈下降趋势。 但变化不大， 精煤产率从 5 时的 3 矿装浓 鏖与精嫫 黄铁矿硫脱除率 的关系 1 精煤 产宰 ；2 精煤黄铁矿硫脱 除率 3 精煤 黄铁矿硫含量 ． 以下图同 6 6 4 2 降低到 1 2 时的 5 6 ． 9 3 。 由于机械夹杂现 象，随矿浆浓度提高逐渐增强，精煤黄铁矿硫含量 从 0 ． 8 6 增加到 1 ． 2 2 ． 相应地精煤黄铁矿硫脱除 率从 6 3 ． 7 1降低到 4 8 ． 5 2 。在该试验 中最佳矿浆 浓度为 5 ，在此浓度 F，精煤产率 为 6 6 ． 4 2 ，精 煤硫分 0 ． 8 6 ，硫脱除率 6 3 ． 7 l 。 图 4 表明， 在精煤冲洗水量为 2 0I ／ mi n时． 精 煤产率最低 ，为 4 2 ． 1 ，但黄铁矿硫含量也低，脱 硫率高达 6 7 ． 9 3 。 随着精煤冲洗水量加大，精煤黄铁矿含硫量增 加，精煤黄铁矿硫脱除率下降。冲洗水量加大将弱 吸附在钢网上的黄铁矿冲洗下来 ，导致精煤硫分增 加 。最佳精煤冲洗水量为 4 0 I ／ mi n 高梯度磁选煤 脱硫的理论基础及蛮驻研究 * 证 翟 矗 * {L 基 l 精 冲砖量 ， Lmi n 圈 4 晴域冲洗水量与精媒 黄链 琉脱 际蠹的关 蔓 3 结 论 通过对煤系黄铁矿的表面特性理论分析，测定 了煤及煤 系黄铁矿的磁化率 ．利用CH G 1 0型连续 式高梯度磁选机对四川南桐高硫煤进行 了实验验 证 ．得出以下结论 c ] 煤系黄铁矿含碳量远高于矿床黄铁矿 表 明煤系黄铁矿与碳质共生，高碳含量对 f浮选行为 起十分重要的作用 另外．刻蚀分析表明煤系黄铁 矿表面富硫， 因此． 浮选方法很难脱除煤中黄铁矿， 2 煤系黄铁矿 与矿床黄铁矿均呈顺磁性 ，煤 呈逆磁性 ，而煤 系黄铁矿的平均磁化率是矿床黄铁 矿的 1 3倍。因此．H GMS更适合于煤系黄铁矿脱 硫 ，尤其是砂层状、砂晶细分散状、集合状等其它 脱硫法不易脱除的黄铁矿。 3 用 C H G l 0型连续式 高梯度 磁选机处理 南 桐0 ． 3mm 高硫煤 ，在矿浆浓度 5 、 精煤冲洗水 量 0 ． 0 4m ／ ram、分选槽线速度 8 ． 7 3 c m／ s条件 『 可获得 6 j 的精煤， 而精煤黄铁矿硫脱除率达 6 0 以 上 参考文献 1 郭警熊 ．刘清侠．鄱绪新 等．中国解决 s 污染的遗径环境 护 ．1 9 8 9 S 2 ～ 5 2鄙绪薪．腔磷矿和自云石的捕收与抑制 [ 学位论 文] 也京_ 【 _ 国矿业大学北京研究牛部 ．1 9 9 0 作者简介 曾鸣工程 币． 硕士。 l 9 8 8年 7月毕业于 中国矿业太学北京 研 完生部． 理在研 宅生部从事矿物加工工程的科研工 作，已 盅 扛论文 篇。 维普资讯 上 接篱 1 9页 3 结 论 1 空气重介流化床具有似流体特性 ，在 良好 的操作条件下，床层密度均匀稳定，具有良好的分 选性能 ．适合于煤炭的分选。 2 流化床密度主要由床层 L 隙率和加重质密 度决定．不同种类的加重质可形成不同密度的流化 床层 一但工作气流速度必须在一定范围内调节．以 保持流化床的稳定性 。 3 空气重介流化床选煤是一项全新的高效干 法分选技术． 可有效地分选 5 0 ～6 mm级煤炭 ， 可能 偏差E 值为0 ． 0 6 ．数量效率不小于9 o 作者简介 骆振福讲 师一 博士． 1 9 9 0年毕业于 中国矿业大学K- - 学 位 ．曹发表凳文近 2 0篇。 RES EARCH ON SEPARATI ON PER ANCE OF AI R DENS E M EDI UM FLUI DI ZED BED FOR COAL PREPARTI ON Lu o Z h e n f u Ta o Xi u x i a n g Ch e n Qi n g r u h i n a r n i v e r s i l y ，M i n i n g a n d ‘e t h n o l o g y Ab s t r a c t Thi s p a pe r i n t r o du c e s t he f l u i di z a t i on p r o c e s s o f a i r de ns e m e di u m ，a n d a n a l y s e s t h e s e p a r a t i o n p e r f o r ma n c e o f a i r d e n s e me d i u m f l u i d i z e d b e d a p p l i e d i n c o a I p r e p a r a t i o n Th e r e s u l t s o f f l u i d i z a t i o n c h a r a c t e r i s t i c e x p e r i me n t s a n d s e p a r a t i o n e x p e r i me n t s i n p i l o t s y s t e m a n d i n d u s t r i a l s y s t e m s h o w t h a t t h e a i r d e n s e me d i u m f l u i d i z e d b e d h a s g o o d s e p a r a t i o n p e r f o r ma n c e ．a n d c a n s e p a r a t e e f f i c i e n t i v t h e c o a 1。 f s i z e 5 0～ 6 m m ． Ke ywo r d s a i r de n s e me d i u m ．f t u i di z e d b e d．s e p a r a t e 1 g 9 5 0 91 8收稿1 洁净煤技术 1 9 9 6年第 2卷第 】 期 维普资讯