微波作用影响煤系黄铁矿的分析

厉琨 罗青云

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℃為一个温度级），氮气流量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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[2]2王灿，焦红光，崔敬媛，等.煤系硫化矿物磁性强化技术的现状及展望[J].河南理工大学学报（自然科学版），2008，27（4）：454-459.

3张义顺，史长亮，田瑞霞.基于PFC2D高梯度磁场下煤粉干式磁选行为模拟[J].煤炭学报，2013，38（9）：1668-1674.

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）