微波作用影响煤系黄铁矿的分析

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  摘要:作者对煤粉进行了微波作用实验,并分析了对煤系黄铁矿解离度产生影响的变量,以及处理过程中试样比磁化率的变化情况,为煤粉燃前脱硫技术奠定了技术基础。
  关键词:微波作用;黄铁矿;解离度;比磁化率
  0引言
  煤炭在对我国国民经济发展做出重大贡献的同时,也带来了严重的大气污染。我国煤炭消费量的80%以上直接用于燃烧,产生的SO2约占排放总量的90%,并且我国SO2排放总量居世界第二,虽经近年来已全面治理,但我国SO2排放量仍居高不下。黄铁矿是火电站煤粉中硫分的主要来源,只要研究煤系黄铁矿的分布规律,并想出对策处理煤系黄铁矿,并对煤粉进行燃前脱硫,便能显著降低SO2的排放量。
  1黄铁矿的嵌布规律:
  富含硫元素的黄铁矿细粒与煤岩组分结合得十分紧密,并且黄铁矿细粒可附着于矿物成分表面,也可插入表层,甚至可以嵌入其缝隙沟壑之间,其与矿物成分的结合方式十分丰富,而这些细粒脉石矿物在煤岩组分中交互相连成立体网状结构,这也就是煤中硫分难以去除的主要原因之一。现尝试通过微波作用后,能否提高黄铁矿的解离度。
  2微波试验方法
  以氮气(N2)为保护气,升温速率为36℃/s,采用自制微波装置对破碎后的试样进行焙烧处理。准确称取20g碎后煤样放入炉内,温度200~800℃(每50℃为一个温度级),氮氣流量0.1L/min,快速升温至焙烧温度后保温一定时间,自然冷却至室温、收集。
  3微波时间与功率对黄铁矿解离度的影响
  控制微波时间分别为1min和5min,微波功率分别为500W和1000W,对多个煤样进行试验,结果如下图:
  微波作用1min,只有一部分黄铁矿颗粒不发生变化,而一半以上的颗粒都会有不同程度的变化,会产生新的断裂,或者加宽,说明解离度有显著的增加。微波5min后新断裂产生的占比较大,加宽的颗粒占比较多,没有变化的颗粒占比变少了,由此可见:微波作用时间越长,黄铁矿的解离度越大。
  当微波1min后,功率1000W时相比于500W,产生新断裂的颗粒增多,没有变化的颗粒稍微减少。1000W相比于500W,产生新断裂的颗粒显著增多,没有变化的颗粒也明显减少。由此可见:微波作用功率越高,黄铁矿的解离度越大,在微波5min后尤为明显。
  4粒度对微波后黄铁矿解离度的影响
  分别取8、26、52、113和178μm的等量煤样各三份,第一份作为空白对照,其他两份分别在500W功率下微波作用1min和在1000W功率下微波作用5min,其相对解离程度如图3所示。
  散点图说明,除了更大功率更长时间的微波作用能够获得更大的解离度之外,粒度也是微波作用影响黄铁矿解离度的主要因素之一。粒度越小,微波后黄铁矿的解离度越大,并且大功率长时间的微波作用效果显著;当粒度过大时,微波作用对黄铁矿解离度的提高效果十分微小,甚至没有明显效果。也就是说,在粒度较小时(大约40μm以下),微波作用能够提高煤系黄铁矿的解离度,并且大功率长时间的微波作用效果更好。
  5比磁化率与磁场强度的关系
  煤粉燃烧前脱除无机硫(煤系黄铁矿)的最好方法便是磁选,即利用煤与黄铁矿之间的磁性差异,通过强磁场将黄铁矿选出,达到脱硫目的。而磁选效果的好坏受二者比磁化率差异的影响。
  现进一步考察在450℃、600℃、650℃、700℃时试样的比磁化率与微波环境中磁场强度的关系,结果见图4所示。发现:在黄铁矿逐渐变为磁黄铁矿的升温过程,比磁化率随磁场强度的增加而显著增加,外界磁场强度的饱和值为1.3T左右,在此磁场强度下比磁化率达到最大时。
  由于煤属于弱磁性矿物,并且其比磁化率并不会因微波作用而增大,因此图中比磁化率的增大是由于试样中黄铁矿逐渐变为磁黄铁矿,进而使比磁化率增大。
  6结论
  对煤粉进行微波作用时,微波作用时间越长,黄铁矿的解离度越大;微波作用功率越高,黄铁矿的解离度越大,并在微波5min后尤为明显;在粒度较小时(大约40μm以下),微波作用能够提高黄铁矿的解离度,并且大功率长时间的微波作用效果会更好。除了会提高煤系黄铁矿的解离度之外,微波作用还会增加煤系黄铁矿的比磁化率,当外界磁场强度达到1.3T左右时,其比磁化率达到饱和,并且温度越高,其饱和值越大。
  以上这些实验结论都使得微波处理后的煤粉脱硫效果更好,解离度的提升及比磁化率的增大会使得黄铁矿与煤更容易分开,磁选过程会更容易进行。如今,需要一种为微波处理后煤粉量身定做的磁选设备,这是需要进一步研究的方向。
  参考文献:
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  作者简介:
  第一作者:厉琨、男(1998)、河南省信阳市、汉族、学历(本科)、研究方向(矿物加工)、单位名称(河南理工大学)、单位所在省市(河南省焦作市)、单位邮编(454000)
  第二作者:罗青云、单位(河南理工大学)
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