太西洗煤廠煤中有害元素的遷移特性

2021-03-04 05:57:17 字數 5089 閱讀 2612

1樓:中地數媒

太西洗煤廠的原煤來自汝箕溝礦區的大峰、汝箕溝、白芨溝等煤礦,為此,採集了白芨溝煤礦原煤(塊煤、粉煤)及太西洗煤廠洗前煤、煤泥、精煤(精末、小粒、中粒、大粒)。樣品基本性質見表6-1。

1.太西煤原煤和洗選產物的物質組成

太西煤中顯微組分以鏡質組為主,惰質組較少,殼質組極少(表6-1)。洗前煤、白芨溝粉煤、塊煤的惰質組含量分別為27.1%,15.

3%和12.8%,惰質組分高的原煤,其有害微量元素含量也較高,僅s,hg,cd,co,br,p,ni,be例外(圖6-1)。

在各粒級精煤中,精末、大粒中鏡質組分高,小粒、中粒中鏡質組分低,即兩頭高中間低;惰質組分則正好相反,兩頭低中間高;殼質組分規律不甚明顯,但有隨粒度增大而減小的趨勢。由此,說明顯微組分的組合關係、物理性質決定了精煤的粒度大小。分析各元素在各粒級精煤中的分布,發現na,cr,br的含量也出現兩頭低中間高的情況,而有機硫,as,hf,v,zn,pb,nb則正好相反,可能與顯微組分組成有關。

惰質組分高的原煤,其灰分一般也高。不同粒級精煤的灰分產率均低於5%,而入洗原煤灰分產率高達17.88%。

因此,經過洗選之後,大部分灰分能夠被脫出。

表6-1 太西煤樣品基本測試資料 (wb/%)

圖6-1 太西原煤中灰分、惰質組分與微量元素含量的關係

通過對煤樣中灰分產率與元素含量的相關分析得知:在大於99%置信水平上,k,co,br,w,mo,s,p,ni,mn,cu,be與灰分不顯相關,其他元素都與灰分臨界相關或顯著相關,表示它們主要呈無機相賦存。但是,與灰分產率不顯相關的元素也不能說明它們都是以有機相為主,如有機硫只佔全硫中的較少部分(表6-1)。

如果採用元素與灰分之間的相關係數(r)表示它們的礦物親和性,則有害元素的礦物親和性大小順序為:r>0.9的元素有ba,v,cr,th,zn,u,pb,as,cd;0.

9>r>0.5 的元素有mo,sb,cu,mn,ni;0.5>r>0的元素有be,s,p;r<0 的元素有hg,br,co。

hg,br,co與灰分之間呈負相關關係,指示這些元素可能具有有機聯絡。

與中國煤、美國煤中元素含量算術平均值相比,太西原煤中co,cd,k的含量高於中國煤平均值,sb,k,co,cd,hg的含量高於美國煤平均值。如果以富集水平(任德貽等,1999b)來衡量,則太西原煤中「低」水平的元素有al,zn,「高」水平的元素有mg,k,hg。用富集係數(ef)來評價,則太西原煤中有害元素as,sb,se,co,cd,hg,pb,br和mo明顯富集,但通過洗選以後,僅有 br 高於地殼豐度。

這些含量較「高」或明顯富集的元素,可能與熱液變質作用有關。汝箕溝礦區含煤地層中廣泛發育熱液型石英脈,便是與深部隱伏岩體有密切聯絡的地質證據,該區無煙煤的形成便是熱液變質作用的結果。

2.煤中有害元素向煤泥的洗選富集

煤泥是煤洗選出精煤後的剩餘產物,除元素as,zn,mn外,煤泥中其他元素含量均高於原煤(圖6-2),表明這些元素或多或少都與礦物有聯絡。如果用富集率(f)表示煤中元素的礦物親和性,則有害元素的礦物親和性大小順序為:f>0 的元素有se,s,cu,hg,sb,u,pb,ree,cr,th,ba,v,br,be,cd,p,ni,co,hf,zn;f<0的有mo,as,mn。

圖6-2 太西洗煤廠煤泥中有害元素的富集率

3.有害元素在不同粒級精煤中的分布規律

首先,除br,p,cu外,所有粒級精煤中的元素含量均小於原煤。隨精煤粒度增大,fe,ca,mn的含量增大,而稀土元素及u,sb,th,sc,ta,mo,p,ti,s的含量則逐漸減小。元素as,pb,v,nb,al的含量雖也逐漸減小,但在大粒級精煤中含量又增高。

因而,有害元素mn在精末中,zn,ni,be,cu,cd在精小粒中,as,pb,v在中粒中,其他元素在大粒中的脫除率最高(圖6-3)。

圖6-3 太西洗煤廠精煤中微量元素的脫除率

第二,mn,br,s,p,cu,mg,ca的脫除率出現負值,說明它們在洗選過程中有富集現象,與有機質有關,也可能與細分散礦物有關。例如,s,cu及p在精末中可能呈極細小的黃銅礦、黃鐵礦、磷酸鹽礦物存在,由於顆粒太細容易被有機質包裹封閉而不能脫除,導致其在精末中的脫除率為負值,在精大粒(或中粒)中脫除率卻表現為較高的正值(秦勇等,2002)。在各粒級精煤中,其他元素都有不同程度的脫除,絕大部分元素的脫除率均大於50%。

相對於其他粒級,精大粒中有害元素的脫除率(c)較高。如果用脫除率表示煤中元素的礦物親和性,則礦物親和性大小順序為:c>0.

5的元素有sb,cr,u,th,mo,ree,hg,as,p,co,v;0.5>c>0 的元素有be,s,zn,hf,ni,pb,cd,mn;c<0的元素有cu,br。

大武口、公烏素、安太堡洗煤廠煤中有害元素的遷移特性

2樓:中地數媒

大武口、公烏素、安太堡洗煤廠洗前煤、精煤、煤泥(尾煤)樣品的基本性質見表6-2。

1.顯微組分在洗煤產物中的分布

煤物質組成的差異性,如顯微組分的密度、硬度、韌性、可磨性等,將會導致各洗煤產物中顯微組分的分配比例出現差別,但先前對原煤顯微組分的研究文獻較多,對精煤、中煤、煤泥顯微組分組成特徵的研究鮮見報道。下面簡要闡述精煤、中煤、煤泥中顯微組分的分布特徵。

表6-2資料揭示:

表6-2 大武口、公烏素、安太堡洗煤廠煤樣品的基本性質 (wb/%)

1)與原煤相比,精煤中鏡質組分、殼質組分有所增加,安太堡、公烏素、大武口精煤中鏡質組含量分別增加了8%,2%,6%左右,惰質組分、礦物有所減少;中煤、煤泥中鏡質組和殼質組顯著減少,惰質組和礦物含量顯著增加;在中煤和煤泥中,鏡質組與惰質組的含量較為接近。

2)在精煤中,均質鏡質體增多,碎屑鏡質體、碎屑惰質體有所減少;在中煤中,結構鏡質體有所增加,均勻鏡質體有所減少;在煤泥中,除了有類似於中煤的特點外,碎屑鏡質體,特別是碎屑惰質體明顯增多,碳酸鹽礦物大幅度增加(表6-3)。

煤的物理洗選大多是基於煤顆粒密度不同的原理。在洗選過程中,密度小的鏡質組、殼質組及含礦物較少的組分被分選為精煤,含礦物較多並與有機組分緊密相連的部分被分選為中煤,被水沖走的礦物質及部分含礦物的組分沉澱後為煤泥。惰質組往往由於被礦物質充填或礦化,密度相對較大,其中絲質體性脆、細胞孔隙多、細胞壁較薄等特徵,決定了其較其他組分易於碎成粉末,因而中煤、煤泥中惰質組較多,特別是煤泥中碎屑惰質體大幅度增加。

表6-3 公烏素洗煤廠各樣品顯微組分(部分)定量分析 (wb/%)

此外,礦物的粒度分布及嵌布狀態也決定了它在各組分中的分布,粒度大的礦物,被洗選到矸石中,粒度較小的礦物大部分分配到煤泥中,粒度極小的礦物已被有機組分包裹,能分配到各產物中。礦物的嵌布狀態也決定其在洗選過程中能否被解離,存在煤裂隙、孔隙中或獨立聚集狀存在的礦物在洗選過程中容易解離,因而在中煤、特別是精煤中很少見到這種礦物嵌布狀態。如果礦物充填在細胞腔中或以分散狀嵌布在有機組分(一般為基質鏡質體)中,則很難在洗選中能被脫除。

因而,在精煤、特別是中煤中,常能見到這種礦物嵌布狀態。下面,對精煤、中煤、煤泥中的礦物分布狀態作簡要描述。

精煤、中煤中的礦物主要是粘土礦物,其次為黃鐵礦,也含有少量的石英與碳酸鹽礦物。顯微鏡下觀察,粘土礦物的粒度一般大於黃鐵礦的粒度,常以條帶狀與鏡質體共生,部分以分散狀充填在結構鏡質體、絲質體的胞腔中。黃鐵礦一般呈分散狀,分散的黃鐵礦粒度較小,而呈獨立聚集狀的黃鐵礦則粒度較大,但在精煤、中煤中少見,常見細粒黃鐵礦分散嵌入在基質鏡質體中,或充填在絲質體的胞腔以及鏡質體的裂縫中,繼承了胞腔或裂縫的形狀。

在氧化絲質體的胞腔中偶見石英,碳酸鹽礦物少見。

煤泥中礦物的另乙個特點,是除了粘土礦物、黃鐵礦較多之外,碳酸鹽礦物顯著增多,可能是因為碳酸鹽易溶於水且在煤中多呈獨立的聚集狀、脈狀,顆粒較大,洗選過程中容易解離。粘土礦物、黃鐵礦一般呈聚集狀分布,或大片的散布在有機組分中,準確地說是有機組分被分散的黃鐵礦包裹或嵌布在粘土礦物中。

2.灰分、硫分在洗煤產物中的分布

從表6-2看出,精煤中灰分、硫分及黃鐵礦硫顯著減少,而有機硫則有所增加(大武口洗煤廠精煤例外,原因詳見本章第二節)。這是因為物理洗選只能對礦物的解離起作用,一般不能改變有機組分的化學結構,因而有機硫在煤炭洗選過程中不會減少。但由於無機硫(主要是黃鐵礦)的大幅度減少,相比較而言,有機硫的含量相對增加了。

在中煤,特別是煤泥中,灰分、硫分及黃鐵礦硫顯著增加,有機硫則相對減少,這是中煤、煤泥中礦物增多、有機組分減少的必然結果。

3.有害元素在洗煤產物中的分布

對3個洗煤廠洗選產物中各有害元素的富集率、脫除率進行了計算。為了便於對比,將精煤中有害元素的脫除率按大小順序排列,結合中煤、煤泥中有害元素的富集率作圖分析,發現以下規律:

1)在洗選過程中,煤中有害元素向煤泥中富集。圖6-4分別反映了大武口、公烏素及安太堡洗煤廠煤泥中有害元素的富集率大小順序,但三者差異較大,只能在一定程度上反映出各自的礦物親和性大小。

圖6-4 大武口、公烏素、安太堡洗煤廠煤泥中有害組分的富集率

2)3個洗煤廠精煤中有害元素脫除率的大小及順序都不一樣。但是,比較而言,hg,as,mn,cr,黃鐵礦硫及灰分的脫除率在3個洗煤廠精煤中脫除率都較高,而 u,v,be,br,pb及sb等元素的脫除率較低,甚至出現負值,說明精煤中該類元素的含量相比原煤增加了。脫除率的大小反映了該元素在煤中的賦存狀態,脫除率為較大的正值,說明其主要為無機相,脫除率為較大的負值,說明其在煤中主要為有機相。

3)比較安太堡與公烏素、大武口精煤中有害元素的脫除率,發現安太堡精煤中有害元素出現負值的元素明顯地較後兩者多。究其原因,安太堡煤的煤級較公烏素、大武口煤級低,因而與煤中有機質結合的金屬元素較多。

4)從理論上講,精煤中有害元素的脫除率與煤泥中該元素的富集率應該同步變化,即脫除率高,富集率也高。除少數元素(如大武口煤泥中的cu,th,ni,sb,ree,p,u和v)之外,3個洗煤廠樣品中其他元素無一完全是這樣。同理,以無機相為主的有害元素在中煤中的富集率與煤泥中該元素的富集率應該是互補的,以有機相為主的有害元素的富集率在中煤、煤泥中的變化應趨於一致。

從圖6-5中明顯看出,當精煤中某元素的脫除率為負值時(也就是主要為有機相),三個洗煤廠的中煤、煤泥中該元素的富集率變化基本一致(個別元素如be除外)。但當精煤中某元素的脫除率為正值時,僅有公烏素洗煤廠的中煤、煤泥中有害元素的富集率出現互補,即當某元素在中煤中富集率為波峰時,煤泥中該元素的富集率出現低谷。

圖6-5 三座洗煤廠精煤、中煤及煤泥中有害組分的分布情況

5)在公烏素洗煤廠的中煤、煤泥中,絕大部分有害元素的富集率出現負值,也即中煤、煤泥中有害元素的含量小於原煤中的含量,包括灰分與黃鐵礦硫,可能與煤炭洗選效果較好有關,也可能是在洗煤廠取樣時所採取的中煤、煤泥與原煤不對應。事實上,現場所採的洗選產物很難或幾乎不可能與洗選所用的原煤相對應。因此,實驗模擬洗選研究就顯得格外重要。

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