我國動力煤煤中硫成因的研究

賀英

(秦皇島出入境檢驗檢疫局煤炭檢測技術中心,河北秦皇島 066000)

我國動力煤煤中硫成因的研究

賀英

(秦皇島出入境檢驗檢疫局煤炭檢測技術中心,河北秦皇島 066000)

隨著我國經濟的發展及其近幾年經濟的持續增長,也意味著能源消耗的加大。我國能源消費的結構中,煤炭在一次能源消費中占60%多,世界平均水平是25%,是全世界少有的以煤炭為主的能源消費大國。中國SO2排放量居世界第一,有40%的國土受到酸雨的污染,中國大氣污染造成的損失占GDP總量的2%～3%。因此,煤中硫的脫出,尤其是有機硫的脫除,是一個亟待解決的問題。本文分析總結煤中硫成因的基礎上,希望為煤中硫的脫除提供理論依據。

煤中硫 成因模式 H2S

1 煤中硫的賦存狀態

目前就硫的賦存狀態達到的共識是：煤中硫的賦存狀態為有機硫和無機硫，無機硫又包括黃鐵礦及硫酸鹽硫，煤中硫以黃鐵礦硫和有機硫為主，硫酸鹽硫含量很少，對其研究較少。

煤中黃鐵礦硫是煤中硫的主要賦存形式，從宏觀和微觀形態來看，黃鐵礦的宏觀形態有：透鏡狀，結核狀，薄膜狀，侵染狀，脈狀，條帶狀。通過鏡下觀察黃鐵礦的微觀形態有：莓球狀黃鐵礦，晶粒狀，團塊狀，充填型黃鐵礦，均一球形黃鐵礦，魚子狀黃鐵礦。

2 煤中硫的形成機制

煤中硫的形成是逐漸累積的過程，根據黃鐵礦的形態及同位素組成等特征，黃鐵礦的形成劃分為四個階段；同生-準同生階段、早期成巖階段、晚期成巖階段、后生階段。因此，煤中各種形態的有機硫和無機硫的共存是不同成煤階段演化的產物，硫的生成貫徹于成煤作用的始終：即從植物死亡開始一直到成煤作用結束都有硫的生成，但各個階段生成硫的種類、數量、形態不盡相同。本文根據成煤作用的各個階段及煤層中形成H2S的各種成因，闡述煤中硫的形成機制。

自然界中的H2S根據其形成機理可分為：生物成因、熱化學成因、無機成因。(1)生物降解是在腐敗作用主導下形成H2S的過程，這種方式出現在煤化作用早期，生成H2S規模和含量不會很大，也難以聚集。(2)熱化學分解是指含硫有機化合物在熱力作用下，含硫雜環斷裂形成H2S，又稱裂解型H2S。(3)巖漿成因是由于地球內部硫元素的豐度遠高于地殼，巖漿活動使地殼深部的巖石熔融、并產生含H2S的揮發成分來還原硫酸鹽。(4)微生物硫酸鹽還原作用是指微生物硫酸鹽還原菌，利用各種有機質或烴類，將硫酸鹽還原生成H2S的過程。(5)硫酸鹽熱化學還原成因主要是指硫酸鹽與有機物或烴類物質發生作用，將硫酸鹽礦物還原生產H2S和二氧化碳。

2.1 生物降解階段煤中硫的形成

成煤植物死亡后，就會在腐敗作用下發生降解而產生H2S優先氣體。生成的H2S優先與沉積物中的鐵反應，生成硫鐵礦FeS，硫化鐵再轉化為FeS2時，可能還經歷膠黃鐵礦階段。

若體系中活性鐵離子缺乏，則富于的H2S就會與有機質反應生產有機硫。需要指出的是：高硫煤中黃鐵礦的形成，也許需要滿足以上條件；但低硫煤中黃鐵礦的形成，不一定要具備SO42-、有機質，也許只有Fe2+就可形成黃鐵礦，因為高硫煤中以黃鐵礦硫為主，而低硫煤中以有機硫為主。特低硫煤、低硫煤中黃鐵礦可能是由生物降解生成的H2S與活性鐵離子直接反應生成的。高硫煤中的黃鐵礦硫，在植物死亡后生物降解產生H2S時就開始生成，此階段生成的黃鐵礦是高硫煤中黃鐵礦的一部分，自然其規模不大。

2.2 同生階段煤中硫的形成

隨著泥炭的堆積，早期形成的泥炭被上覆泥炭或水體所覆蓋，沼澤由氧化環境進入還原環境，生物降解作用終止，泥炭層的還原性增強，有利于硫酸鹽還原菌的繁殖。硫酸鹽還原菌作用有機質還原SO42-生成H2S，如果有足夠的SO42-就會生成大量的H2S。淡水環境下SO42-的供給有限，生成的H2S規模不大，所以只能形成少量的有機硫和黃鐵礦，即淡水環境下形成低硫煤。而在海水環境下，海水帶來大量的SO42-，能生成大量的H2S，從而為煤中硫的大規模形成提供了物源，即能形成高硫煤。以此，泥炭的沉積環境是決定煤中硫含量高低的最關鍵因素之一。

2.3 成巖階段煤中硫形成

(1)早期成巖階段煤中硫的形成：隨著泥炭的埋深，其還原性進一步增強，細菌活動更加頻繁。到泥炭層，從而在硫酸鹽還原菌的作用下形成大量如果硫酸鹽供應充足，就會形成大量的H2S。若泥炭埋深后被海水覆蓋，海水帶來的硫酸鹽會滲透出H2S。同時，弱堿性的還原條件使泥炭中高價鐵離子最大限度地轉變為低價鐵離子，促進了煤中黃鐵礦的形成。

(2)晚期成巖階段煤中硫的形成：隨著地殼的進一步下降，泥炭層的覆蓋物越來越厚，溫度和壓力越來越大，不利于硫酸鹽還原菌的生存，硫酸鹽微生物還原作用停止。此時熱化學成因的H2S開始生成，即熱化學分解和硫酸鹽熱化學還原作用生成H2S。此階段生成的H2S只能與沉積物中鐵經過一系列反應生成FeS2。因此，硫分含量隨著煤的變質程度的增高有不斷增高的趨勢。

3 結語

(1)煤中硫，在植物死亡后，由生物降解作用。產生H2S時就開始生成；雖然此時產生的H2S規模不大，只能形成小規模的硫。低硫煤、尤其是特低硫煤中，黃鐵礦硫的生成，是由生物降解作用產生的H2S直接與沉積物中的鐵反應。

(2)我國煤中硫含量隨變質程度的增高而增高，噻吩硫結構的比例隨著變質程度的增高而逐漸增大，而噻吩硫比較穩定，不易分解。

(3)根據成煤作用的演化階段和煤層中H2S的形成機理，得出煤中各種形態的有機硫和無機硫的共存，是不同成煤階段演化的產物，硫的生成貫徹于成煤作用的始終，即從植物死亡開始一直到成煤作用結束都有硫的生成，但各個階段生成硫的種類、數量、形態不盡相同。所以對煤的成因和賦存狀態研究，對提高脫硫效率具有現實意義。

[1]梁漢東,張桃英,馮久舟,等.從高硫煤的抽提物和殘渣中檢測元素硫.

[2]王成師.西曲礦8號可選性與脫硫可行性研究.

[3]劉大錳,楊起,周春光,等.華北晚古生代煤中黃鐵礦賦存特征與地質成因研究.

[4]王紅冬.山西古交礦區8號煤中硫的賦存特征.

[5]任德貽,雷加錦.唐躍剛等煤顯微組分中有機硫的微區分析和分布特征.