渭北煤中硫元素的赋存特征及高效脱除方法研究

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1、1绪论1绪论1.1选题背景及研究意义我国作为燃煤大国，煤炭已探明储量优于石油、天然气，在一次性能源结构中占75%以上，居世界前列[1]。根据我国对一次能源的预测（见表1.1），预计煤炭的比例有可能降低，但是由于国民经济发展的需要，煤炭消费量仍很大，中国一次能源生产和消费在20~50年内，以煤炭为主的格局不会改变。表1.1我国一次能源需求预测(未计生物质能)/%[2]Tab.1.1Thepredictofournationalfirstenergy/%时间煤炭石油天然气水电核电NRSE2010年66.517.56.56.72.00.82020年62.417.88.96.73.2

2、1.02050年51.918.010.57.26.85.5随着国民经济的迅速发展，中国的煤炭需求量也日益增长。据报道，我国80%左右的煤主要利用方式还是直接燃烧，在燃烧过程当中可燃硫（主要为无机硫黄铁矿硫和有机硫）燃烧生成的SO2气体，对环境的影响相当大，其主要危害如下[3]：（1）SO2对人体健康的危害SO2气体无色并有强烈刺激性气味，易于溶解在人的体液和其他黏液中，长期影响会导致多种疾病，如上呼吸道感染、慢性支气管炎、肺气肿等。SO2在氧化剂或光的作用下生成硫酸盐，这可以使人患病，浓度太高会增加患者的死亡率。据有关资料显示，当硫酸盐浓度约为10μg/m3每年时，浓度每减小

3、10%，死亡率将减少0.5%。（2）SO2对植被的危害研究表明，在较高SO2浓度的环境中，植物叶片表面出现“烟斑”，严重时叶片萎蔫，叶脉褪为白色，甚至会导致植物死亡；浓度较低时，植物的生长机能受到影响，不但使产量下降，同时质量也会变差。早在1983年，对我国13个省市进行统计，结 果显示2×104hm2的土地受到SO2的影响，粮食产量减少接近2×104t，蔬菜产量损失500t，其危害程度显而易见。（3）SO2对金属的腐蚀SO2是公认最重要的腐蚀气体，可以加速多数金属的腐蚀过程，主要表现在对钢结构的腐蚀。水灾、风灾、火灾、地震造成直接损失的总和，都没有金属腐蚀造成损失大，同时金

4、属腐蚀严重影响我们的工业设施、生活设施以及交通设施。据统计，每年全世界约7000亿美元，中国4%的国民生产总值（GNP）的经济损失都是由金属腐蚀1万方数据西安科技大学硕士学位论文所致。（4）酸雨对生态环境的影响SO2和SO3与大气云层中的水分子形成酸雨，一般pH值为4.0~4.5，甚至更小，腐蚀湖泊、地下水、建筑物、森林、古文物以及人的衣物。酸雨使植物叶子变黄脱落，森林消亡，土壤肥力下降，农作物产量降低，造成建筑物腐蚀和损坏，由此造成我国每年高达数百亿元的经济损失[4-9]。据国家环保局有相关方面报导，我国国土面积的30％为酸雨区。根据中央电视台报道，我国受酸雨影响最严重的地

5、区是华中、华南、西南及华东，通过对106个城市进行降雨酸碱度检测，结果显示43个城市为酸雨区。SO2排量的超标，使城市空气污染更加严重，通过国家环保局对全国监测数据分析表明，我国大气中SO2不达标的城市日益增多，目前年平均浓度高于国家环境空气质 量二级标准以及日平均浓度超过三级标准的城市已达到62.3%[10]。为降低这些危害，减少煤中硫元素的富集及排放，本文在前人的基础上，深入地分析渭北煤中硫的赋存形态和分布特征等，以便针对性采用微波辅助脱硫方法进行煤中硫元素的有效脱除，旨在拓宽渭北高硫煤的利用途径，提高煤矿的经济效益，为降低环境污染、保护生态及陕西煤炭行业的长期健康发展提

6、供技术支撑。1.1煤中黄铁矿的赋存状态及成因根据煤中硫的赋存状态，可分为有机硫和无机硫。有机硫包含硫醇类(R-SH)、硫醚类(R-S-R)、含噻吩环的芳香体系、硫醌类和二硫化合物或硫蒽等。无机硫主要为黄 铁矿(FeS2)，白铁矿、砷铁矿、石膏、绿矾等含量较小[11]。从图1.1煤中硫的赋存状态可以看出，对煤中硫的脱除主要为无机硫黄铁矿和有机硫。硫化物：白铁矿、石膏、绿矾，以黄铁矿为主，多呈结核状、团块状和浸染状等形态。 无机硫硫的硫酸盐：含量少，且遇水溶解。赋存状态有机硫[12]硫醚或硫化物(R-S-R')硫醇或羟基化物(R-SH)主要以C-S键结合，其种类多、结构复杂。噻吩

7、类杂环硫化物图1.1煤中硫的赋存状态Fig.1.1TheoccurrenceofSulfurincoal1.2.1黄铁矿的赋存特点黄铁矿在煤层中大多以结核状存在，结核直径范围在5～100mm，而大多数集中2万方数据1绪论在30～40mm。镜煤中的黄铁矿大多数呈纺锤形，结核较小，一般约20mm；但在暗煤和丝炭中主要是球形，少数为椭球形，黄铁矿结核的大小差别很大，范围在5～100mm，暗煤中黄铁矿结构与煤结合的紧密度比镜煤大。对精煤、中煤、尾煤光片用显微镜观察，发现黄铁矿的显微类型主要为自形晶晶粒等粒状，充