文|汇锦数能-掌上煤焦
煤中的硫通常以有机硫和无机硫的状态存在。
煤中的有机硫
有机硫是指与煤有机结构相结合的硫,其组成结构非常复杂,主要存在形式有硫醇、硫醚、双硫醚以及呈杂环状态的硫醌和噻吩等。有机硫主要来自成煤植物中的蛋白质和微生物的蛋白质。蛋白质中含硫量为0.3%~2.4%,而植物的总含硫量一般都小于0.5%。所以,硫分在0.5%以下的大多数煤,一般都以有机硫为主。有机硫与煤中有机质共生,结为一体,分布均匀,不易清除。对于以有机硫为主的低硫煤,经洗选后精煤的硫含量反而会因矿物质的减少而增高。
煤中的无机硫
煤中无机硫主要来自矿物质中各种含硫化合物。主要有硫化物硫和少量硫酸盐硫,偶尔也有元素硫存在。
硫化物硫以黄铁矿为主,其次为白铁矿、磁铁矿( Fe7S8)、闪锌矿( ZnS)、方铝矿(PbS)等。黄铁矿与白铁矿的分子式都是FeS2。不同的是黄铁矿为正方晶系晶体,多呈结核状、透镜状、团块状和浸染状等形态存于煤中;白铁矿则是斜方晶系晶体,多呈星散状存于煤中。硫化物硫清除的难易程度与硫化物的颗粒大小及分布状态有关,粒度大者可用洗选法除去,粒度极小且均匀分布在煤中者,就难以选除。高硫煤的硫含量中,硫化物硫所占比例较大。它们一是由成煤植物转化而来,另外就是由硫酸铁等盐类在停滞缺氧的水中,进行还原反应而生成的。
硫酸盐硫以石膏为主,也有少量硫酸亚铁等。我国煤中硫酸盐硫含量大多小于0.1%,部分煤为0.1% ~0.3%,有些风化或氧化过的含黄铁矿高的煤可达0.1% ~0.5%。煤中石膏矿物用洗选法可以除去;硫酸亚铁水溶性好,也易于被水洗除去。
煤中硫的不同分类
煤中的硫按可燃性可以分为可燃硫和不可燃硫(或称固定硫),硫酸盐硫属不可燃硫。按挥发性又可分为挥发硫和固定硫。煤中各种形态硫的总和称为全硫。煤中硫的形态及其相互关系如图所示。
图 煤中硫的形态及其相互关系
各类煤全硫含量高低不等(0.1~大于10% ),硫含量多少与成煤时的沉积环境有关。
(1)海陆交替相或浅海相沉积的煤层,煤中的硫含量就比较高。如华北、华东多数地区晚石炭世太原组的煤层,硫含量为2.5% ~4%;广西、黔东晚二叠世煤层,硫含量高达7%~8%以上,且大部分为有机硫。
(2)内陆环境或滨海三角洲平原环境下形成的煤,硫含量就比较低。如我国第三纪、侏罗纪、晚三叠纪以及华北、华东二叠纪的石盒子组、山西组煤层,其硫含量一般在1.5%以下。
煤中硫的危害
煤中的硫对于炼焦、气化、燃烧和贮运都有害,因此硫含量是评价煤质的重要指标之一。煤在炼焦时,约60%的硫进入焦炭。硫的存在使生铁具有热脆性,用这些生铁炼制钢不能轧制成材。为了除去硫,在高炉生产中需要增加石灰石和焦炭用量,因而导致高炉生产能力降低,焦比升高。焦炭中硫含量每增加0. 1%,炼铁时焦炭和石灰石将分别增加2%,高炉生产能力下降2% ~2.5%,所以炼焦配合煤要求硫分小于1%。
煤气化时,由硫生成的二氧化硫不仅腐蚀设备,而且易使合成催化剂中毒,影响操作和产品质量。煤燃烧时,煤中的硫转化为二氧化硫排入大气,腐蚀金属设备和设施,污染环境造成公害。
硫铁矿硫含量高的煤,在堆放时易于氧化和自燃,使煤的灰分增加,热值降低。世界上高硫煤的贮量占有一定比例,因此寻求高效经济的脱硫方法和回收利用硫的途径,具有重大意义。目前,正在研究中的一些脱硫方法主要有物理方法、化学方法、物理与化学相结合的方法以及微生物法等。
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