选煤厂酸性煤泥水的成因及危害
2010-09-27王鹏
王鹏
(太原理工大学矿业工程学院,山西太原030024)
选煤厂酸性煤泥水的成因及危害
王鹏
(太原理工大学矿业工程学院,山西太原030024)
某些选煤厂的煤泥水为酸性,腐蚀了选煤厂的设备、管道,缩短了设备、管道的使用寿命,同时也严重影响了絮凝剂药剂的添加效果.酸性煤泥水的形成机理在于煤中存在过高的硫分,尤其是硫铁矿硫(SP)的含量过高.文章对其成因及危害进行分析.
酸性煤泥水 成因 危害
原煤中含有一定数量的杂质,必须进行洗选加工后才能被各用煤单位使用.而我国目前年洗选原煤近10亿吨,有着数以千计的各型选煤厂,其中绝大多数都采用湿法选煤的工艺方法.煤泥水是煤泥与水混合而成的流体,是湿法选煤加工工艺的工业尾水,含有大量的煤泥及泥化物质,成分十分复杂,其性质对选煤厂的生产有着极其重要的影响.
1 酸性煤泥水的成因
一般来说,选煤厂用水来自于地下水或自来水,由于水中含有矿物质,其pH值一般为中性或弱碱性,在选煤厂中与煤泥混合成为煤泥水后,如无特殊情况,其pH值也应大体保持原状,如辽宁铁法煤业集团小康矿选煤厂的煤泥水pH值在7.3~7.8之间.但如果洗选的原煤中硫分含量较高,则可能导致出现一种特殊的煤泥水,即酸性煤泥水.选煤厂煤泥水的pH值为酸性的现象虽然不是十分普遍,但由于其具有较大的危害性,故应对酸性煤泥水进行研究和探讨,以了解酸性煤泥水的形成机理与危害,确保选煤厂生产的正常进行.
1.1 我国煤炭资源的硫分概况
我国的煤炭资源平均硫分1.72%,煤炭资源中有20%原煤的总硫分>2%,我国西南地区高硫煤多,北方地区硫分低,上层煤硫分低,下层煤硫分高.我国高硫煤层煤样中的平均硫分为2.76%,其中硫铁矿硫1.61%,有机硫1.04%,硫酸盐硫0.11%.有机硫占37.7%,硫铁矿硫占58.33%.
由于国家对环境保护的重视及可持续发展政策的要求,我国对选煤厂各产品中的硫分含量有着严格的规定[1],具体见表1,表2.
表1 精煤硫分等级划分表
表2 其他产品硫分等级划分表
煤中的硫根据存在状态可分为有机硫(SO)与无机硫两大类.有机硫以硫醇类、各种硫化基、噻吩基等形式存在于煤的有机质大分子中,不可能用物理分选方法分离;无机硫以黄铁矿、白铁矿和硫酸盐的形式存在于煤的矿物质中,其中以黄铁矿、白铁矿形式存在的硫又称为硫化铁硫(SP),以硫酸盐的形式存在的称为硫酸盐硫(SS)[2].
1.2 酸性煤泥水形成机理
为了分析酸性煤泥水成因,做了如下煤样化学分析结果:选取西山煤业集团西铭矿选煤厂8#原煤,原煤灰分为34.14%,硫分为3.16%,属高灰高硫煤,化学分析结果见表3.
表3 西铭矿8#原煤全硫和硫铁矿硫分析表
由结果可知样品中硫绝大多数为硫铁矿硫.
由于黄铁矿在不同的环境条件下,会发生不同的氧化反应:
在干燥空气中,黄铁矿被缓慢氧化:
FeS2+3O2=FeSO4+SO2
缺氧条件下:
FeS2+2O2=FeSO4+S
在潮湿环境中,黄铁矿氧化成硫酸与硫酸亚铁稀溶液:
2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4
硫酸亚铁进一步氧化,生成硫酸铁和水:
4FeS4+O2+2H2SO4=2Fe2(SO4)3+2H2O
硫酸铁溶液进一步氧化黄铁矿:
FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4
FeSO4与H2SO4在水中电离:
试验表明,在干燥空气中,常温条件下,黄铁矿的氧化速率很小.在潮湿环境中,常温条件下黄铁矿会发生一系列反应.首先是黄铁矿氧化生成亚铁离子与硫酸,亚铁离子进一步氧化生成三价铁离子,三价铁离子又加速黄铁矿的氧化再生成亚铁离子和硫酸.在有硫杆菌类细菌存在时,整个反应过程将大大加速,与纯化学过程相比,反应速度可提高3个数量级以上[3],从而最终使得煤泥水变为酸性.
由此可见,煤中硫分,尤其是硫铁矿硫(SP)含量的高低是决定煤泥水是否为酸性的关键因素[4].
2 酸性煤泥水的危害
目前看来,随着采煤机械化与采掘深度的增加,高硫煤的问题日益严峻.这不仅直接关系到能否有效地通过洗选降低产品的硫分,使其满足用户对产品硫分的要求,从而提高煤炭产品的销路和市场的竞争力,而且其带来的酸性煤泥水还会对选煤厂的生产造成极大危害,故高硫煤的问题必须引起高度重视[5].
对于选煤厂的生产而言,酸性煤泥水带来的危害主要表现为两个方面.
⑴酸性煤泥水存在于整个选煤系统中.由于高硫煤的影响,导致了洗选系统整个煤泥水系统都处在酸性环境中,煤泥水偏酸性,会对设备及管道产生腐蚀,从而影响设备和管道的正常使用寿命.
⑵严重的影响到絮凝剂药剂的添加效果[6].以古交的马兰矿选煤厂为代表,马兰矿选煤厂是一座年处理量达400万吨的大型选煤厂.由于配套矿井马兰矿原煤硫分较高,因而在开采和选煤过程中,这些含硫矿物在空气、水和细菌的共同作用下易形成硫酸、硫酸高铁溶液,并溶出煤炭中的多种离子.在选煤生产中会产生含铜、铁、铅、锌、铬等的酸性废水,因而导致该厂煤泥水偏酸性(pH值约为4~5).煤泥水偏酸性,对设备和管道产生腐蚀,影响了设备和管道的正常使用寿命.同时也使厂中使用的絮凝剂聚丙烯酰胺的絮凝效果大大降低[7].
而西铭矿选煤厂在高硫煤洗选过程中,精煤产品仓下呈现强酸环境 (产品仓下收集水样检测表明:极端恶劣情形下,pH=1.8,腐蚀性极强),产品仓下渗漏水导致皮带给料机导料槽、驱动滚筒、改向滚筒、重型缓冲托辊、履带、链条等主要部件腐蚀严重,材料配件消耗增加,检修频繁,严重影响正常外运,同时这种强酸环境为工人检修也带来了安全隐患.
3 结论
综上所述,煤中硫分,尤其是硫铁矿硫(SP)的含量过高是造成选煤厂酸性煤泥水的直接原因.酸性煤泥水的存在,会对选煤厂设备和管道造成腐蚀,影响使用寿命,严重的还会威胁到工人的身体健康和安全,须加以重视,采取措施以消除其危害.
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[7]王力勤.马兰矿选煤厂酸性煤泥水的处理实践[J].选煤技术,2009(2):17-19.
Abstract:Some coal preparation plants slurry is of acidity.The pipelines and equipments be corroded seriously.Life of the pipelines and equipments are shortened,at the same time,adding effects of the flocculation agents are harmed by acidic slurry.Causes of Acid Slurry is the sulfur of coal,especially the pyrite sulfur(SP)
Key words:acidic slurry;causes;hazard
〔编辑 石白云〕
Causes and Hazard of Acidic Slurry from Coal Preparation Plants
WANG Peng
(School of Mining Enigeering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi,030024)
TD922.1
A
2010-09-25
王鹏(1978-),男,山西阳城县人,助教,研究方向:矿物加工.
1674-0874(2010)06-0071-02