中高硫煤浮选脱硫脱灰的试验研究与机理探析.docxVIP

中高硫煤浮选脱硫脱灰的试验研究与机理探析

一、绪论

1.1研究背景与意义

煤炭作为我国的主要能源，在能源结构中占据着举足轻重的地位。在煤炭资源中，中高硫煤占有相当比例。随着我国经济的快速发展，对煤炭的需求持续增长，中高硫煤的合理开发与利用显得尤为重要。然而，中高硫煤中的硫分和灰分在煤炭利用过程中会带来诸多问题。

从环保角度来看，煤炭燃烧时硫分转化为二氧化硫等有害气体排放到大气中，是造成酸雨、雾霾等大气污染的主要原因之一，严重危害生态环境和人类健康。我国大气污染特征呈现烟煤型污染，由二氧化硫造成的酸雨危害已经覆盖了我国国土面积的40%，全国每年因二氧化硫造成的直接和间接经济损失高达上千亿元人民币。从煤炭高效利用角度出发，灰分的存在不仅降低了煤炭的热值，影响煤炭的燃烧效率，还会在燃烧过程中产生大量炉渣，增加运输和处理成本。在工业应用中，高硫分和高灰分还会对设备造成腐蚀和磨损，影响生产的正常进行。因此，对中高硫煤进行脱硫脱灰处理，对于减少环境污染、提高煤炭利用效率、促进煤炭行业的可持续发展具有重要的现实意义。

1.2中高硫煤资源概况

我国煤炭资源总量丰富，但分布不均。中高硫煤在我国煤炭储量中占有一定比例，其储量分布呈现出明显的地域特征。南方地区如两广、两湖、四川和贵州等省（区）是中高硫煤的主要分布区域。广西和重庆商品煤的平均硫分很高，一般达到3.5%-4.0%；湖北平均硫分达4.63%，属于高硫煤地区；四川有大约3/4的煤炭是高硫煤，南桐、天府等煤田的平均硫分多在4%左右；贵州大部分为高硫煤，六枝矿区炼焦煤的平均硫分为2%-6%。此外，华北地区部分煤矿也存在中高硫煤，如山西汾西煤田部分区域的硫分在2-4%，甚至更高。

近年来，我国中高硫煤产量总体上呈现出波动变化的趋势。随着环保政策的日益严格和对煤炭质量要求的提高，部分高硫煤矿井的开采受到一定限制，中高硫煤产量占比有所下降。但由于我国煤炭需求总量巨大，中高硫煤在短期内仍将是煤炭供应的重要组成部分。从开采趋势来看，未来中高硫煤的开采将更加注重环保和资源综合利用，开采技术也将朝着高效、清洁的方向发展。

1.3硫分和灰分对煤炭利用的危害

硫分在煤炭燃烧过程中会产生一系列严重危害。煤炭中的硫主要以无机硫和有机硫的形式存在，燃烧时大部分硫转化为二氧化硫排放到大气中。二氧化硫是一种酸性气体，在大气中经过一系列复杂的化学反应后，可形成酸雨。酸雨会对土壤、水体、植被等生态环境造成严重破坏，导致土壤酸化、肥力下降，影响农作物的生长和产量；使水体酸性增强，危害水生生物的生存；腐蚀建筑物和文物古迹，造成巨大的经济损失。此外，二氧化硫还会对人体健康产生危害，刺激呼吸道，引发咳嗽、哮喘等疾病，长期暴露在高浓度二氧化硫环境中，甚至可能导致肺气肿等严重疾病。

灰分是煤炭燃烧后剩余的无机物质，其对煤炭利用也有诸多负面影响。首先，灰分的存在降低了煤炭的热值，相同质量的煤炭，灰分含量越高，其所能释放的热量就越少，这直接影响了煤炭作为能源的利用效率。在火力发电中，灰分高的煤炭需要消耗更多的煤炭来产生相同的电量，增加了发电成本。其次，在煤炭燃烧过程中，灰分会形成炉渣和飞灰。炉渣的产生不仅增加了运输和处理成本，还占用大量土地资源；飞灰则会对大气环境造成污染，并且可能携带重金属等有害物质，对人体健康和生态环境构成潜在威胁。此外，在工业锅炉和窑炉等设备中，高灰分煤炭的燃烧还会导致设备结渣、积灰，影响设备的正常运行和使用寿命，增加设备维护成本。

1.4煤炭脱硫脱灰技术研究现状

1.4.1物理法

物理法脱硫脱灰是目前应用较为广泛的技术，其原理主要是基于煤炭与杂质在物理性质上的差异，如密度、表面润湿性、磁性等，实现煤炭与硫分、灰分的分离。

跳汰是一种重力分选方法，它利用跳汰机使水流产生上下脉动，煤炭和矸石等杂质在脉动水流中按密度差异分层，密度小的煤炭上浮成为精煤，密度大的矸石等下沉成为尾矿，从而实现脱硫脱灰。跳汰法工艺简单、成本较低，适用于处理粗粒级煤炭，但对于细粒级煤炭的分选效果较差。

重介质选煤是利用密度介于煤和矸石之间的重介质作为分选介质，使煤炭和矸石在重介质悬浮液中按密度分离。重介质选煤具有分选精度高、分选效率快、适应性强等优点，能够有效脱除煤炭中的硫分和灰分，可处理不同粒度级的煤炭，尤其对于难选煤的分选效果显著。但该方法也存在一些缺点，如需要专门的介质制备和回收系统，设备投资较大，生产过程中介质的损耗也会增加成本。

浮选是依据矿物表面润湿性的差异，在气-液-固三相界面进行的分选过程。在煤炭浮选中，煤粒表面具有天然的疏水性，而矸石等杂质表面亲水性较强。通过添加浮选药剂，如捕收剂、起泡剂和调整剂等，进一步增强煤粒的疏水性，使其能够附着在气泡上并上浮成为精煤，而矸石等杂质则留在矿浆中成为