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内容提要：对煤炭中硫的嵌布进行分析，以兖州矿区为例分析了粒度上限的确定对脱硫效果的影响，分析了主要选煤脱硫方法和设备的粒度上限确定问题。
关键词：高硫脱硫洗选粒度
中图分类号：TF741文献标识码： A
一、前言
我国对高硫煤资源的开发利用越来越多，煤炭资源中，高硫煤占总量的20%左右。主要分布在：西南地区，平均含硫量为3.23%；西北地区，含硫量平均为3.05%；中南地区，含硫量为2.02%；华北地区，平均含硫量为1.65%。由于我国能源结构是以煤为主，8O%以上煤炭直接或间接用于燃烧，所以我国S02年排放量很大，酸雨已覆盖国土面积40％左右，因此如何降低和控制S02的污染变得尤为紧迫和重要。面对烟气脱硫装置的高投资和高运行费用，开发和推广煤炭洗选脱硫技术，能在相当程度上减少烟尘和二氧化硫的排放。
二、高硫煤中硫的形态分析
煤中的硫分按其存在的形态可分为有机硫和无机硫，按各自在煤中含量不同分為:高无机硫煤，高有机硫煤，以及无机硫、有机硫都较高的高硫煤。无机硫以硫化物和硫酸盐的形式存在，在煤中呈现层状、块状结核，或微粒状，用物理方法容易脱除。有机硫以硫醇、硫醚、噻吩等形式存在，富集在煤炭的有机基质中，与煤中的碳元素以共价化学键的形式结合，物理方法很难脱除。我国高硫煤
中，绝大部分煤炭中黄铁矿硫占总硫的60%以上，尤其是重庆地区的南桐、天府、松藻等局及贵州的六枝、林东等地高硫煤多以黄铁矿为主。黄铁矿在煤中的嵌布粒度最大可以达到25cm，最小可以达到0.1μm以下。其密度约为5g/cm3，明显地高于煤炭中的有机质，为选煤脱硫的同时脱灰创造了有利条件。
三、硫的嵌布与煤的破碎粒度对高硫煤脱硫的影响
(一)硫的嵌布特性
高硫煤脱硫首先应该分析无机硫与有机硫的相对含量，以确定技术经济的洗选方法，得到较高的脱硫效率，并获得较好的经济效益。对于无机硫含量相对较高的高硫煤脱硫，选用物理洗选方法就能达到脱除无机硫50-80%的效果，这与无机硫在煤中的分布情况有关。对我国20个高硫煤煤层煤样进行分析，原煤硫分和原煤黄铁矿硫含量有良好的线性相关关系，原煤硫分和有机硫几乎没有相关关系。
这20个高硫煤煤层煤样中黄铁矿硫，50%以上呈单体解离的黄铁矿硫可能通过物理洗选脱除；应用重力分选方法可以脱除一部分破碎解离的共生或充填状态的黄铁矿。浸染状态的硫与煤炭紧密共生，很难分离。
(二)不同粒度的煤中硫的解离及脱硫对策
以兖州矿区的高硫中灰煤为例，随着煤的粒度降低，各粒级煤的灰分、硫分呈急剧下降趋势。100～25mm大粒级的灰分高达44%，随着粒度降低到3～1mm，灰分也急剧减少到10.08%。同样，硫分也从8.59%减少到3.6%。对该煤样来说，在100～1mm综合粒级中，最低硫分为2.33%，存在于3～1mm粒级中。在1～0.063mm细粒级中，最低硫分2.02%存在于0.25～0.125mm粒级中。
当煤的粒度降低后，各密度级煤的硫分也有所降低。也就是说，如果将煤破碎至非常细的粒级，则有部分细粒黄铁矿硫会解离。每一粒级煤在各密度级内硫分的分布情况表明:① 原煤中85%以上的硫都集中在大于1mm的煤中，其中大约有28%存在于密度为1.3 kg/L的浮物中。这说明通过洗选大于1mm 粒级的煤，几乎可以脱除一半的硫。②小于1.3kg/L密度级的浮物产率高，为了最大限度地脱硫，必须在很低的密度下进行分选。③密度为1.3kg/L时，浮物的硫分大于2%。从理论上讲，用物理选煤方法想要获得硫分低于2%的精煤产品几乎是不可能的。
当密度为1.3kg/L时，浮物中的黄铁矿硫的含量最少，为0.29%，但随着密度增大，黄铁矿硫的含量不断增加，密度为2.0kg/L时，沉物中的黄铁矿硫的含量达13.8%。而与煤伴生的有机硫在密度为1.30kg/L时的浮物中超过2%，随着密度的增大，有机硫的含量逐渐减少，密度为2.0kg/L时，沉物中的有机硫含量小于0.7%。
由以上分析可知，靠物理选煤方法很难取得产品硫分小于2%的产品，但以低分选密度分选大于1mm的煤样时，能够获得很明显的脱硫效果。
四、采用不同分选方法与设备脱硫的粒度确定
(一)分选方法不同所选取的粒度
煤炭脱硫方法主要有物理洗选和化学方法两大类，由于化学脱硫方法费用昂贵，操作条件苛刻，且常改变煤的性质，甚至产生二次污染，至今形成产业化。物理洗选能脱除50%～80%的无机硫及大部分灰分，经济实用，是脱硫首选方法。实际工业上常用的方法主要是重选和浮选法。重选和浮选联合脱硫降灰是目前国内外最经济有效的方法。对于大多数煤炭，无机硫的含量随煤的密度升高而升高，为获得硫分和灰分合格的精煤，常需把分选密度降得很低，此时煤的重选可选性将成为难选或极难选。常规的重选法中的跳汰、摇床、螺旋等已不适用，此时重介法最为适用。
在常规降灰选煤工艺中，入料上限多为50mm或更高，而脱硫时为使煤中黄铁矿得以充分解离，必须预先使煤破碎到一定的粒度，甚至达到微米级，此时常规的块煤重介法也不能适用了。由于硫铁矿嵌布粒度的原因，破碎解离必然大大增加了加工成本，从经济的角度，更为可取的办法是将煤破碎到一定粒度，小于25mm或13mm或更细。此时采用末煤重介旋流器进行脱硫最为有效。末煤重介旋流器的分选粒度下限对硫分可达0.1mm，小直径煤泥重介旋流器的分选下限对硫分可达0.074mm左右，这样的磨碎粒度便基本可以满足脱硫的需要。
浮选也是脱硫的有效途径之一，但是，常规浮选选择性不高，粒度上限为0.5mm，下限可达0.02mm主要原因由于黄铁矿的疏水性。黄铁矿经过氧化，其表面亦有疏水性，虽然比煤的疏水性弱，但是在捕收剂的作用下，其可浮性增强，随着浮选时间的增加，其可浮性比煤炭还要高，因此改变药剂制度和控制浮选时间都可以提高脱硫效率，但是采用微泡浮选柱法将使脱硫效果更加明显，此处不对此类设备做详细介绍。
(二)分选设备不同所限制的粒度
在确定脱硫可选性、制定脱(降)硫方案时，除必须综合考虑原煤的总硫、无机硫与有机硫的相对含量、黄铁矿的嵌布粒度外，还必须考虑分选设备的分选精度和有效分选粒度下限。
1、跳汰机选煤脱硫，分选下限约为0.5mm，对于0.5mm以上煤矸石和0.3mm以上的单体解离黄铁矿，跳汰机能够较好的降低选煤产品灰分和硫分。但跳汰机的分选精度差，对硫分高且煤中黄铁矿以细粒为主时，采用单一的跳汰工艺不能达到令人满意的脱硫效果。
2、摇床选煤脱硫，摇床适宜分选13mm以下中等易选的末煤，分选下限可达0.2mm，是一种脱硫效率较高的分选设备。
3、水介质旋流器脱硫，水介质旋流器结构简单，处理量大，适宜分选13mm以下易选的末煤。
4、重介旋流器脱硫，适于处理20-0.2mm难选末煤；与水介质旋流器比较有较高的分选效果。缺点是介质循环量大，动力消耗大，且必须有介质回收系统，生产成本相对较高。
五、结论
随着粒度降低，各粒级灰分、硫分呈大幅度下降趋势。将煤破碎到一定粒度，无机硫的解离程度随着粒度的减小而增加，脱硫效果可以达到50-80%。
分选粒度的确定很重要，根据来煤的各个粒级产率，首先，分析高硫分所在粒度范围；其次，根据各种高效分选方法的粒度上限要求，选择合适的洗选方法，采用末煤重介旋流器，或者采用细粒煤及超细粒煤浮选柱等方法；最后，由适合的分选设备入料粒度，综合确定所需的高硫煤洗选粒度上限。
作者简介：郭晓松，（1985-），男，辽宁沈阳人，工学学士，助理工程师，2009年毕业于中国矿业大学矿物加工工程专业，现就职于中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司选煤工程所，从事选煤厂设计工作。
关键词：高硫脱硫洗选粒度
中图分类号：TF741文献标识码： A
一、前言
我国对高硫煤资源的开发利用越来越多，煤炭资源中，高硫煤占总量的20%左右。主要分布在：西南地区，平均含硫量为3.23%；西北地区，含硫量平均为3.05%；中南地区，含硫量为2.02%；华北地区，平均含硫量为1.65%。由于我国能源结构是以煤为主，8O%以上煤炭直接或间接用于燃烧，所以我国S02年排放量很大，酸雨已覆盖国土面积40％左右，因此如何降低和控制S02的污染变得尤为紧迫和重要。面对烟气脱硫装置的高投资和高运行费用，开发和推广煤炭洗选脱硫技术，能在相当程度上减少烟尘和二氧化硫的排放。
二、高硫煤中硫的形态分析
煤中的硫分按其存在的形态可分为有机硫和无机硫，按各自在煤中含量不同分為:高无机硫煤，高有机硫煤，以及无机硫、有机硫都较高的高硫煤。无机硫以硫化物和硫酸盐的形式存在，在煤中呈现层状、块状结核，或微粒状，用物理方法容易脱除。有机硫以硫醇、硫醚、噻吩等形式存在，富集在煤炭的有机基质中，与煤中的碳元素以共价化学键的形式结合，物理方法很难脱除。我国高硫煤
中，绝大部分煤炭中黄铁矿硫占总硫的60%以上，尤其是重庆地区的南桐、天府、松藻等局及贵州的六枝、林东等地高硫煤多以黄铁矿为主。黄铁矿在煤中的嵌布粒度最大可以达到25cm，最小可以达到0.1μm以下。其密度约为5g/cm3，明显地高于煤炭中的有机质，为选煤脱硫的同时脱灰创造了有利条件。
三、硫的嵌布与煤的破碎粒度对高硫煤脱硫的影响
(一)硫的嵌布特性
高硫煤脱硫首先应该分析无机硫与有机硫的相对含量，以确定技术经济的洗选方法，得到较高的脱硫效率，并获得较好的经济效益。对于无机硫含量相对较高的高硫煤脱硫，选用物理洗选方法就能达到脱除无机硫50-80%的效果，这与无机硫在煤中的分布情况有关。对我国20个高硫煤煤层煤样进行分析，原煤硫分和原煤黄铁矿硫含量有良好的线性相关关系，原煤硫分和有机硫几乎没有相关关系。
这20个高硫煤煤层煤样中黄铁矿硫，50%以上呈单体解离的黄铁矿硫可能通过物理洗选脱除；应用重力分选方法可以脱除一部分破碎解离的共生或充填状态的黄铁矿。浸染状态的硫与煤炭紧密共生，很难分离。
(二)不同粒度的煤中硫的解离及脱硫对策
以兖州矿区的高硫中灰煤为例，随着煤的粒度降低，各粒级煤的灰分、硫分呈急剧下降趋势。100～25mm大粒级的灰分高达44%，随着粒度降低到3～1mm，灰分也急剧减少到10.08%。同样，硫分也从8.59%减少到3.6%。对该煤样来说，在100～1mm综合粒级中，最低硫分为2.33%，存在于3～1mm粒级中。在1～0.063mm细粒级中，最低硫分2.02%存在于0.25～0.125mm粒级中。
当煤的粒度降低后，各密度级煤的硫分也有所降低。也就是说，如果将煤破碎至非常细的粒级，则有部分细粒黄铁矿硫会解离。每一粒级煤在各密度级内硫分的分布情况表明:① 原煤中85%以上的硫都集中在大于1mm的煤中，其中大约有28%存在于密度为1.3 kg/L的浮物中。这说明通过洗选大于1mm 粒级的煤，几乎可以脱除一半的硫。②小于1.3kg/L密度级的浮物产率高，为了最大限度地脱硫，必须在很低的密度下进行分选。③密度为1.3kg/L时，浮物的硫分大于2%。从理论上讲，用物理选煤方法想要获得硫分低于2%的精煤产品几乎是不可能的。
当密度为1.3kg/L时，浮物中的黄铁矿硫的含量最少，为0.29%，但随着密度增大，黄铁矿硫的含量不断增加，密度为2.0kg/L时，沉物中的黄铁矿硫的含量达13.8%。而与煤伴生的有机硫在密度为1.30kg/L时的浮物中超过2%，随着密度的增大，有机硫的含量逐渐减少，密度为2.0kg/L时，沉物中的有机硫含量小于0.7%。
由以上分析可知，靠物理选煤方法很难取得产品硫分小于2%的产品，但以低分选密度分选大于1mm的煤样时，能够获得很明显的脱硫效果。
四、采用不同分选方法与设备脱硫的粒度确定
(一)分选方法不同所选取的粒度
煤炭脱硫方法主要有物理洗选和化学方法两大类，由于化学脱硫方法费用昂贵，操作条件苛刻，且常改变煤的性质，甚至产生二次污染，至今形成产业化。物理洗选能脱除50%～80%的无机硫及大部分灰分，经济实用，是脱硫首选方法。实际工业上常用的方法主要是重选和浮选法。重选和浮选联合脱硫降灰是目前国内外最经济有效的方法。对于大多数煤炭，无机硫的含量随煤的密度升高而升高，为获得硫分和灰分合格的精煤，常需把分选密度降得很低，此时煤的重选可选性将成为难选或极难选。常规的重选法中的跳汰、摇床、螺旋等已不适用，此时重介法最为适用。
在常规降灰选煤工艺中，入料上限多为50mm或更高，而脱硫时为使煤中黄铁矿得以充分解离，必须预先使煤破碎到一定的粒度，甚至达到微米级，此时常规的块煤重介法也不能适用了。由于硫铁矿嵌布粒度的原因，破碎解离必然大大增加了加工成本，从经济的角度，更为可取的办法是将煤破碎到一定粒度，小于25mm或13mm或更细。此时采用末煤重介旋流器进行脱硫最为有效。末煤重介旋流器的分选粒度下限对硫分可达0.1mm，小直径煤泥重介旋流器的分选下限对硫分可达0.074mm左右，这样的磨碎粒度便基本可以满足脱硫的需要。
浮选也是脱硫的有效途径之一，但是，常规浮选选择性不高，粒度上限为0.5mm，下限可达0.02mm主要原因由于黄铁矿的疏水性。黄铁矿经过氧化，其表面亦有疏水性，虽然比煤的疏水性弱，但是在捕收剂的作用下，其可浮性增强，随着浮选时间的增加，其可浮性比煤炭还要高，因此改变药剂制度和控制浮选时间都可以提高脱硫效率，但是采用微泡浮选柱法将使脱硫效果更加明显，此处不对此类设备做详细介绍。
(二)分选设备不同所限制的粒度
在确定脱硫可选性、制定脱(降)硫方案时，除必须综合考虑原煤的总硫、无机硫与有机硫的相对含量、黄铁矿的嵌布粒度外，还必须考虑分选设备的分选精度和有效分选粒度下限。
1、跳汰机选煤脱硫，分选下限约为0.5mm，对于0.5mm以上煤矸石和0.3mm以上的单体解离黄铁矿，跳汰机能够较好的降低选煤产品灰分和硫分。但跳汰机的分选精度差，对硫分高且煤中黄铁矿以细粒为主时，采用单一的跳汰工艺不能达到令人满意的脱硫效果。
2、摇床选煤脱硫，摇床适宜分选13mm以下中等易选的末煤，分选下限可达0.2mm，是一种脱硫效率较高的分选设备。
3、水介质旋流器脱硫，水介质旋流器结构简单，处理量大，适宜分选13mm以下易选的末煤。
4、重介旋流器脱硫，适于处理20-0.2mm难选末煤；与水介质旋流器比较有较高的分选效果。缺点是介质循环量大，动力消耗大，且必须有介质回收系统，生产成本相对较高。
五、结论
随着粒度降低，各粒级灰分、硫分呈大幅度下降趋势。将煤破碎到一定粒度，无机硫的解离程度随着粒度的减小而增加，脱硫效果可以达到50-80%。
分选粒度的确定很重要，根据来煤的各个粒级产率，首先，分析高硫分所在粒度范围；其次，根据各种高效分选方法的粒度上限要求，选择合适的洗选方法，采用末煤重介旋流器，或者采用细粒煤及超细粒煤浮选柱等方法；最后，由适合的分选设备入料粒度，综合确定所需的高硫煤洗选粒度上限。
作者简介：郭晓松，（1985-），男，辽宁沈阳人，工学学士，助理工程师，2009年毕业于中国矿业大学矿物加工工程专业，现就职于中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司选煤工程所，从事选煤厂设计工作。