淺析西山煤電不同煤層硫分分布特征

劉榮芝

(西山煤電集團(tuán) 質(zhì)量處， 山西 太原 030053)

西山煤田井田內(nèi)含煤地層主要為上石炭統(tǒng)太原組(C3t)和下二疊統(tǒng)山西組(P1s). 其中，2#、3#、4#煤層為二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)主要可采煤層，煤層硫分在0.40%～1.10%；7#、8#和9#煤層為石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)主要可采煤層，主要開采煤層的8#和9#煤硫分在1.50%～2.50%. 現(xiàn)階段，西山煤電集團(tuán)多數(shù)礦井已由主采下統(tǒng)山西組煤改為主采上統(tǒng)太原組煤，上統(tǒng)太原組煤相比下統(tǒng)山西組煤呈現(xiàn)出明顯的灰高、硫高趨勢(shì)。

無論是動(dòng)力煤、煉焦煤和化工煤，煤中硫分的存在對(duì)其使用效果均會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。同時(shí)環(huán)保要求日益嚴(yán)格，市場(chǎng)對(duì)于產(chǎn)品煤硫分的把控越來越嚴(yán)格。因此,對(duì)原煤硫分與商品煤硫分分布規(guī)律的研究具有重要的意義。

1 不同煤層全硫與各種形態(tài)硫之間的關(guān)系

煤中的硫主要為無機(jī)硫、有機(jī)硫和極少部分單質(zhì)硫，全硫和各種形態(tài)硫相互之間有一定的關(guān)系。一般高硫煤中硫的組成成分大多數(shù)以硫鐵礦硫(即黃鐵礦硫)為主，只有少數(shù)特殊的高硫煤中的硫是以有機(jī)硫?yàn)橹鳌Ｃ褐辛蚝康陀?.00%時(shí)，通常以有機(jī)硫?yàn)橹鱗1].

1.1 各煤層原煤中全硫與形態(tài)硫含量及占比

2018年西山煤電所屬煉焦煤礦井不同煤層原煤中全硫及各種形態(tài)硫含量及占比檢測(cè)平均數(shù)據(jù)見表1.

西山煤電所屬煉焦煤礦井均為兩種或三種煤層配采，由表1可知，各煤層多屬于中硫或中高硫煤，且不同煤層硫分的賦存形態(tài)也不同，各礦井的上組煤(8#、9#煤)的硫分顯著高于下組煤(2#、3#、4#煤)；部分煤層原煤的全硫中硫鐵礦硫含量占65%以上，例如：馬蘭礦2#煤、西曲礦9#煤、東曲礦8#煤和9#煤、鎮(zhèn)城底礦2#煤、屯蘭礦2#煤和8#煤等；另有部分煤層原煤的全硫中有機(jī)硫含量占比達(dá)到60%以上，例如西曲礦2#煤和8#煤、馬蘭礦02#煤和8#煤、鎮(zhèn)城底礦8#煤、東曲礦4#煤、斜溝礦8#煤等。原煤全硫中硫鐵礦硫或有機(jī)硫的占比情況對(duì)洗選脫除硫分的效率具有明顯影響。

1.2 各煤層浮煤中全硫與形態(tài)硫含量及占比

各煤層的原煤按照GB 474-2008的煤樣制備方法減灰后分析浮煤的全硫及各種形態(tài)硫含量及占比，2018年檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2.

表1 西山煤電各煤層原煤中全硫與形態(tài)硫含量及占比表

表2 西山煤電各煤層浮煤中全硫與形態(tài)硫含量及占比表

由表2可看出，除東曲礦8#、9#煤和馬蘭礦2#煤外，大部分煤層原煤的浮煤中有機(jī)硫占比均超過85%，即浮沉過程中多數(shù)硫鐵礦硫已沉積至沉物(高密度物)。由于硫鐵礦硫的脫除效果與其分布狀態(tài)相關(guān)，浸染狀(星散狀)分布的硫鐵礦硫很難脫除，可以認(rèn)為東曲礦8#、9#煤和馬蘭礦2#煤全硫中硫鐵礦硫?qū)儆诮緺?星散狀)較均勻分布狀態(tài)，此種情況的原煤經(jīng)洗選的降硫效果遠(yuǎn)不及浮煤中有機(jī)硫高占比的煤。

1.3 浮沉過程對(duì)各煤層原煤硫分的脫除效率

煤中的無機(jī)硫和有機(jī)硫在洗選過程中的遷移狀態(tài)不同。煤中的無機(jī)硫主要以硫鐵礦硫(黃鐵礦)的形態(tài)存在，煤中黃鐵礦的存在狀態(tài)決定其能否通過洗選脫除，呈團(tuán)塊狀或結(jié)核狀的黃鐵礦較易與煤分離而大多沉積在洗矸中脫除,呈浸染狀(星散狀)的黃鐵礦則很難用重力洗選方法除去。通常情況下，入洗原煤的全硫中硫鐵礦硫含量占比大，則洗精煤產(chǎn)品的硫分會(huì)較原煤硫分降低。有機(jī)硫?qū)儆诿旱挠袡C(jī)質(zhì)組成，分布相對(duì)均勻，不易洗脫，用重力洗選或浮洗的方法很難將其脫除，通常洗選后精煤的有機(jī)硫含量因有機(jī)質(zhì)比例的增大而增高，如果入洗原煤全硫中有機(jī)硫的占比很大，則可能出現(xiàn)洗精煤硫分高于入洗原煤硫分的情況。煤中硫酸鹽硫含量一般都很低，可以不予考慮。

將2018年西山煤電各礦井煉焦煤煤層煤樣全硫中硫鐵礦硫占比按降序排列，見表3.

表3 浮沉過程對(duì)西山部分煤層原煤硫分的脫除效率表

由表3可知，各礦井不同煤層原煤浮沉(重力洗選)后硫分脫除率普遍較低，硫分脫除率高于40%的只有馬蘭礦2#煤、東曲礦8#煤、西曲礦9#煤、屯蘭礦8#煤、鎮(zhèn)城底礦2#煤。多數(shù)硫鐵礦硫占比高的上組煤重力洗選脫硫效率優(yōu)于有機(jī)硫占比高的下組煤。原煤全硫中硫鐵礦硫占比超過60%的原煤通過浮沉(按密度分級(jí))較易得到明顯的降硫效果；通過浮沉(按密度分級(jí))對(duì)有機(jī)硫占比較高的原煤降硫效果差，脫硫效率基本低于25%；斜溝礦8#煤和東曲礦4#煤的浮煤硫分甚至高于原煤硫分。

不同煤層原煤通過重力分選(按密度分級(jí))后硫分脫除率的差異在實(shí)際生產(chǎn)中具有明顯體現(xiàn)。由于通過重力分選(按密度分級(jí))可使大部分原煤中的硫化鐵硫沉積入重產(chǎn)物，多數(shù)選煤廠洗中煤產(chǎn)品的硫分明顯高于洗精煤產(chǎn)品的硫分。由于斜溝礦13#原煤經(jīng)過浮沉(按密度分級(jí))幾乎未產(chǎn)生降硫效果，同時(shí)8#煤浮煤硫分較原煤硫分小幅度升高，所以，斜溝礦8#煤和13#煤按1∶2比例配洗的氣精煤和洗混煤兩種產(chǎn)品的硫分幾乎沒有差別，而且兩種產(chǎn)品的硫分均與配入洗原煤的硫分比較接近。

西山煤電2018年煉焦用精煤產(chǎn)品中全硫與形態(tài)硫含量及占比見表4.

表4中各煉焦煤選煤廠精煤產(chǎn)品中硫鐵礦硫和有機(jī)硫的占比基本符合表2中各礦井原煤的浮煤中硫鐵礦硫和有機(jī)硫的占比規(guī)律。馬蘭礦肥精煤和東曲礦貧瘦精煤全硫中硫鐵礦硫占比較高而有機(jī)硫占比較低，東曲礦貧瘦精煤全硫中硫鐵礦硫占比高至37.59%，與東曲礦配洗貧瘦精煤的8#、9#原煤的浮煤全硫中硫化鐵硫占比分別高達(dá)51.0% 和44.3%(硫鐵礦硫未能高比例脫除)呈現(xiàn)的規(guī)律一致；馬蘭礦配洗肥精煤的2#原煤的浮煤全硫中硫化鐵硫占比達(dá)到55.5%(硫鐵礦硫未能高比例脫除)應(yīng)是導(dǎo)致該礦肥精煤全硫中有機(jī)硫占比偏低的主因。

表4 煉焦用精煤產(chǎn)品中全硫與形態(tài)硫含量及占比表

2 煉焦煤中硫分對(duì)焦化過程的影響

煉焦煤在焦化過程中有60%～85%的硫轉(zhuǎn)入焦炭中，當(dāng)焦炭中的硫分增大時(shí)，需要增加高爐中的石灰石用量，會(huì)導(dǎo)致高爐生產(chǎn)能力及冶煉強(qiáng)度降低，焦比提高。通常焦炭中的硫分每增高0.10%，焦比就要增高1.5%左右，高爐生產(chǎn)能力降低2%～2.5%，石灰石用量增加約2%，同時(shí)會(huì)降低生鐵質(zhì)量。因此煉焦用配煤的硫分不宜超過1.20%. 一般情況下，單煤硫分除肥煤可以稍高(2.00%～2.50%)外，氣煤的硫分應(yīng)低于1.00%，瘦煤的硫分應(yīng)低于1.50%，但煉制化工用焦的精煤可提高到2.00%左右[2].

焦化過程中煉焦原料煤的灰分全部轉(zhuǎn)入焦炭產(chǎn)品，煉焦原料煤的硫分部分轉(zhuǎn)入焦炭產(chǎn)品。不同礦井的煉焦用煤具有不同的灰分、硫分轉(zhuǎn)化率。硫分轉(zhuǎn)化率采用式(1)計(jì)算：

(1)

式中：

(m)St,d—入爐煤全硫，%；

(j)St,d—焦炭全硫，%；

(m)Vd—入爐煤揮發(fā)分，%；

(j)Vd—焦炭揮發(fā)分，%.

由2018年京唐焦化公司提供的入爐煤灰分、揮發(fā)分、硫分指標(biāo)與焦炭產(chǎn)品的灰分、揮發(fā)分、硫分指標(biāo)計(jì)算出的灰分、硫分轉(zhuǎn)化率見表5.

表5 西山煤電集團(tuán)供京唐焦化公司各單種煤的灰分、硫分轉(zhuǎn)化率表

由表5可知，山西焦煤集團(tuán)6個(gè)供煤?jiǎn)挝恢形魃矫弘娡吞m礦主焦煤灰分轉(zhuǎn)化率最低，對(duì)焦炭灰分影響最??；西曲礦主焦煤硫分轉(zhuǎn)化率最低，對(duì)焦炭硫分影響最小。對(duì)比同樣屬于優(yōu)質(zhì)主焦煤的西曲礦和屯蘭礦焦煤的硫分轉(zhuǎn)化率差別，就能理解市場(chǎng)用戶比較容易接受西曲礦焦煤硫分規(guī)格由1.30%提高到1.50%.

3 結(jié) 論

通過分析原煤、浮煤中全硫及各種形態(tài)硫的組成、煉焦過程中硫分的轉(zhuǎn)化情況，得出如下結(jié)論：

1) 西山煤電所屬煉焦煤礦井的不同煤層中上組煤(8#、9#煤)的原煤硫分明顯高于下組煤(2#、3#、4#煤)；多屬于中硫或中高硫煤；同一煤層中不同礦井的原煤中全硫中硫鐵礦硫含量與有機(jī)硫含量沒有規(guī)律。馬蘭礦2#煤、西曲礦9#煤、東曲礦8#煤和9#煤、鎮(zhèn)城底礦2#煤、屯蘭礦2#煤和8#煤全硫中硫鐵礦硫含量占65%以上；西曲礦2#煤和8#煤、馬蘭礦02#煤和8#煤、鎮(zhèn)城底礦8#煤、東曲礦4#煤、斜溝礦8#煤原煤的全硫中有機(jī)硫含量占比達(dá)到60%以上。

2) 原煤全硫中硫鐵礦硫占比超過60%的原煤通過重力分選可得到明顯的降硫效果，重力分選對(duì)有機(jī)硫占比較高的原煤降硫效果差，脫硫效率基本低于25%；大部分西山煤層原煤的浮煤中有機(jī)硫占比超過85%.

3) 硫鐵礦硫的脫除效果與其分布狀態(tài)相關(guān)，浸染狀(星散狀)分布的硫鐵礦硫很難脫除；東曲礦8#、9#煤和馬蘭礦2#煤全硫中硫鐵礦硫?qū)儆诮緺罘植紶顟B(tài)，難以脫除。

4) 不同礦井煉焦精煤在焦化過程中灰分、硫分轉(zhuǎn)化率不同。屯蘭礦主焦煤灰分轉(zhuǎn)化率最低，對(duì)焦炭灰分影響最小；西曲礦主焦煤硫分轉(zhuǎn)化率最低，對(duì)焦炭硫分影響最小。

充分了解原煤、浮煤中全硫及各種形態(tài)硫的分布情況，掌握煉焦煤在焦化過程中的灰分、硫分轉(zhuǎn)化特性，不僅有利于更科學(xué)合理地制定各礦井商品煤質(zhì)量規(guī)格，指導(dǎo)選煤廠合理調(diào)整多煤層原煤配洗比例，以及礦井中、長(zhǎng)期采掘銜接部署，還可以增強(qiáng)技術(shù)營(yíng)銷針對(duì)性和實(shí)效性。對(duì)于灰分或硫分轉(zhuǎn)化率較低的優(yōu)質(zhì)煉焦煤種可以適當(dāng)放寬其精煤灰分或硫分指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。