微波作用影響煤系黃鐵礦的分析

厲琨 羅青云

摘要：作者對煤粉進行了微波作用實驗，并分析了對煤系黃鐵礦解離度產生影響的變量，以及處理過程中試樣比磁化率的變化情況，為煤粉燃前脫硫技術奠定了技術基礎。

關鍵詞：微波作用；黃鐵礦；解離度；比磁化率

0引言

煤炭在對我國國民經濟發展做出重大貢獻的同時，也帶來了嚴重的大氣污染。我國煤炭消費量的80%以上直接用于燃燒，產生的SO2約占排放總量的90%，并且我國SO2排放總量居世界第二，雖經近年來已全面治理，但我國SO2排放量仍居高不下。黃鐵礦是火電站煤粉中硫分的主要來源，只要研究煤系黃鐵礦的分布規律，并想出對策處理煤系黃鐵礦，并對煤粉進行燃前脫硫，便能顯著降低SO2的排放量。

1黃鐵礦的嵌布規律：

富含硫元素的黃鐵礦細粒與煤巖組分結合得十分緊密，并且黃鐵礦細?？筛街诘V物成分表面，也可插入表層，甚至可以嵌入其縫隙溝壑之間，其與礦物成分的結合方式十分豐富，而這些細粒脈石礦物在煤巖組分中交互相連成立體網狀結構，這也就是煤中硫分難以去除的主要原因之一?，F嘗試通過微波作用后，能否提高黃鐵礦的解離度。

2微波試驗方法

以氮氣（N2）為保護氣，升溫速率為36℃/s，采用自制微波裝置對破碎后的試樣進行焙燒處理。準確稱取20g碎后煤樣放入爐內，溫度200～800℃（每50℃為一個溫度級），氮氣流量0.1L/min，快速升溫至焙燒溫度后保溫一定時間，自然冷卻至室溫、收集。

3微波時間與功率對黃鐵礦解離度的影響

控制微波時間分別為1min和5min，微波功率分別為500W和1000W，對多個煤樣進行試驗，結果如下圖：

微波作用1min，只有一部分黃鐵礦顆粒不發生變化，而一半以上的顆粒都會有不同程度的變化，會產生新的斷裂，或者加寬，說明解離度有顯著的增加。微波5min后新斷裂產生的占比較大，加寬的顆粒占比較多，沒有變化的顆粒占比變少了，由此可見：微波作用時間越長，黃鐵礦的解離度越大。

當微波1min后，功率1000W時相比于500W，產生新斷裂的顆粒增多，沒有變化的顆粒稍微減少。1000W相比于500W，產生新斷裂的顆粒顯著增多，沒有變化的顆粒也明顯減少。由此可見：微波作用功率越高，黃鐵礦的解離度越大，在微波5min后尤為明顯。

4粒度對微波后黃鐵礦解離度的影響

分別取8、26、52、113和178μm的等量煤樣各三份，第一份作為空白對照，其他兩份分別在500W功率下微波作用1min和在1000W功率下微波作用5min，其相對解離程度如圖3所示。

散點圖說明，除了更大功率更長時間的微波作用能夠獲得更大的解離度之外，粒度也是微波作用影響黃鐵礦解離度的主要因素之一。粒度越小，微波后黃鐵礦的解離度越大，并且大功率長時間的微波作用效果顯著；當粒度過大時，微波作用對黃鐵礦解離度的提高效果十分微小，甚至沒有明顯效果。也就是說，在粒度較小時（大約40μm以下），微波作用能夠提高煤系黃鐵礦的解離度，并且大功率長時間的微波作用效果更好。

5比磁化率與磁場強度的關系

煤粉燃燒前脫除無機硫（煤系黃鐵礦）的最好方法便是磁選，即利用煤與黃鐵礦之間的磁性差異，通過強磁場將黃鐵礦選出，達到脫硫目的。而磁選效果的好壞受二者比磁化率差異的影響。

現進一步考察在450℃、600℃、650℃、700℃時試樣的比磁化率與微波環境中磁場強度的關系，結果見圖4所示。發現：在黃鐵礦逐漸變為磁黃鐵礦的升溫過程，比磁化率隨磁場強度的增加而顯著增加，外界磁場強度的飽和值為1.3T左右，在此磁場強度下比磁化率達到最大時。

由于煤屬于弱磁性礦物，并且其比磁化率并不會因微波作用而增大，因此圖中比磁化率的增大是由于試樣中黃鐵礦逐漸變為磁黃鐵礦，進而使比磁化率增大。

6結論

對煤粉進行微波作用時，微波作用時間越長，黃鐵礦的解離度越大；微波作用功率越高，黃鐵礦的解離度越大，并在微波5min后尤為明顯；在粒度較小時（大約40μm以下），微波作用能夠提高黃鐵礦的解離度，并且大功率長時間的微波作用效果會更好。除了會提高煤系黃鐵礦的解離度之外，微波作用還會增加煤系黃鐵礦的比磁化率，當外界磁場強度達到1.3T左右時，其比磁化率達到飽和，并且溫度越高，其飽和值越大。

以上這些實驗結論都使得微波處理后的煤粉脫硫效果更好，解離度的提升及比磁化率的增大會使得黃鐵礦與煤更容易分開，磁選過程會更容易進行。如今，需要一種為微波處理后煤粉量身定做的磁選設備，這是需要進一步研究的方向。

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作者簡介：

第一作者：厲琨、男（1998）、河南省信陽市、漢族、學歷（本科）、研究方向（礦物加工）、單位名稱（河南理工大學）、單位所在省市（河南省焦作市）、單位郵編（454000）

第二作者：羅青云、單位（河南理工大學）