高硫煤电化学调浆浮选脱硫XRD谱研究.pdf

第3 0 卷第6 期 2 0 0 1 年1 1 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 0N o ．6 N O V ．2 0 0 1 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 1 0 60 6 3 0 0 4 高硫煤电化学调浆浮选脱硫X R D 谱研究 朱英，朱红，吕小丽，孙康 中国矿业大学化工学院，江苏徐州n 1 6 0 S 摘要对山东充州、内蒙鸟迭高硫煤进行了电化学调装处理，运用x 一射线衍射 x R D 测试技术 从定性、定量两个方面对高硫煤电化学调浆浮选脱硫进行了研究．证实了煤中黄铁矿被氧化为多 硫化铁的事实．结果表明，电化学调浆不破坏煤的结构，经过电化学调浆浮选，能有效的脱除煤中 硫、尤其是黄铁矿硫．它是一种温和、无污染、高效的脱硫新方法． 关键词x 一射线衍射；高硫煤；电化学调荣；脱硫 中图分类号T D9 4文献标识码A 电化学调浆，是矿浆中矿物在给定外加电压作 用下产生极化作用，并在矿物表面形成新的相，改 变矿物的表面电位和双电层结构及矿浆液相的离 子组成，从而改变矿物的浮游特性．不同矿物电化 学处理制度不同、同一矿物在不同的电化学处理制 度下也会表现出不同的浮选行为．因此，在一定的 电化学处理制度下控制工作电极的极化电位和介 质p H 值，即可调整和控制矿物之浮游特性，实现 矿物的有序分离[ ““．经大量研究表明，还原制度更 有利于煤和黄铁矿的分离[ ⋯，因此，我们运用还原 机制进行电化学调浆处理． 根据晶体对x 射线的衍射特征衍射线的 方向和强度，能准确的确定晶态物质的化学组成和 结构形态“] ．此外，X R D 方法也可以根据各物相特 征峰的强度，对混合物进行定量分析，这是很多物 理化学方法不能做到的[ ““．为了进一步研究高硫 煤的电化学脱硫技术，我们对山东充州、内蒙乌达 高硫煤进行电化学调浆处理后，采用X R D 分析技 术从定性、定量两个方面，对浮选脱硫状况进行了 全面研究． 1 实验部分 1 ．1 原煤试样 本试验煤样分别选用山东兖州、内蒙乌达高硫 煤样，将煤制成0 ．1m m 的分析样品供测试用．煤 样分析结果见表1 ． 表1 煤质分析 坚 垒坠型z 坐 垡 塑型旦型堑z 塑』竖 煤样 M “A dV 耐c dH l dN “ ks I d 竟州煤2 ．9 42 2 ．1 24 2 ．7 56 0 ．4 z 4 ．0 20 ．9 85 ．7 64 ．4 1 内羹煤0 ．9 63 0 Z 83 1 ．4 8 5 8 ．4 43 ．5 0 0 ．9 4 2 ．9 23 ．Z 5 1 ．2 测试条件 在D ／M a x 一3 B 型x 射线衍射仪上，采用c u 靶，K a 辐射，石墨弯晶单色器，x 射线管电压为 3 5k V ，电流为3 0m A ，定性分析用连续扫描、扫 描速度为3 。 ／m i n ，采样间隔为0 ．0 2 。．定量分析 采用步进扫描，扫描速度为0 ．2 5 。 ／r a i n ，采样问 隔为0 ．0 1 。，停留时间为1s ． 2 定性分析 利用x 一射线衍射仪，对电化学处理前后的山 东兖州、内蒙乌达高硫煤进行X R D 定性分析，定 性测试结果见图1 ．表2 列出了主要矿物的P D F 卡 片主要标准数据．其中各物的形态归属是依据国际 性组织“粉末衍射联台会” J C P D S 所属的国际中 I , I C D D 提供的各种纯物的标准衍射数据[ 7 ‘8 ] ．表 3 为处理前后各煤样X R D 谱中黄铁矿的峰高测试 数据．各谱图中的A 为高岭石A I 。 O H e S i 。O 。。，B 为石英S i O ，C 为黄铁矿F e S ，F 为方解石C a C O s ， H 为多硫化铁F e S 。． 收稿日期，2 0 0 1 一0 3 1 2 基金璜目国家自然科学基金资助项目 5 0 1 7 4 0 5 4 作者简介．朱英 1 9 6 6 一 ，女，江苏省苏州市人，中国矿业大学讲师，工学碗士，从事应用化学方面的研究 万方数据 第6 期朱英等高硫煤电化学调浆浮选脱硫X R D 谱研究 6 3 l 2 口“。l a 竞州煤 } ∞ ● 嚣 世 晕 拄 靠 图1 原煤X R D 图谱 F i g ．1X R Ds p e c t r ao lf a wc o a l 表2A 1d o H B S i d 0 1 0 ，S i 0 2 ，F e s 2 ．F e 韵 P D F 卡片主要标准数据 T a b l e2S t a n d a r dd a t ao fA h O H 日轧0 , 0 S i 0 2 ，F e S 2 ，F e S ．i nP D Fc a r d 由圈1 和表2 可知，山东兖州原煤中含有次生 矿物高岭石 A 、方解石 F 、石英 B 、黄铁矿 c 和少量的多硫化铁 H ；内蒙乌达原煤中含有高岭 石 A 、石英 B 和黄铁矿 c 和少量多硫化铁 H f m 挝 鹱 摇 担 2 0 ，【。 啪竞州煤 2 目“’1 [ b 乌选煤 矿物．由此也可知由于成煤条件的不同，其煤的次 生矿物有所不同．从分析山东兖州、内蒙乌达的原 煤图谱可以看出，在0 ．2 6 46P A T I 处为多硫化铁的 典型特征衍射峰，迸一步说明煤表面的黄铁矿被氧 化的事实，同时也证实了黄铁矿表面初始氧化产物 为多硫化物F e S ．”] ． 由衍射图谱2 ，3 和表3 分析可知 1 山东兖州和内蒙乌达煤样经过电化学调浆 还原后谱图的峰底与未处理时浮选精煤谱峰峰底 相同，这说明，煤的结构在电化学调浆反应前后未 发生变化．由此证实，电化学调浆处理不破坏煤的 结构，它是一种温和的处理方法． 2 从两种煤样经过电化学调浆后的谱图3 分 析得出，在0 ．2 6 46n i n 处为多硫化铁的典型特征 衍射峰已消失，经电化学调浆后F e 可能被还原． 3 从衍射谱囹2 分析得出，山东兖州、内蒙乌 达煤经过浮选其成灰矿物含量也明显减少，尤其是 石英减少最为明显，高岭石略为减少，这可能与成 灰矿物在煤中的嵌布状态有关．从谱图3 分析看 出，经过电化学调浆后成灰矿物略微减少，由此，可 以看出，电化学调浆对成灰矿物略有抑制． } ∞ ● 魁 鼹 揉 辖 图2 浮选糖蝻} X R D 图谱 F i g ．2X R Ds p e c t r ao ff l o a t e dc o a l b 乌迭煤 fm．蛞一、避氍蔷皋 万方数据 中国矿业大学学报第3 0 卷 k 倒 瑚 蕊 2 口／f0 1 c a 充州煤 k ● 越 鼎 盏 浆 2 0 ，【。 b 乌选煤 图3 电化学还原浮选精煤X R D 图谱 F i g ．3X R Ds p e c t r ao ff l o a t e dc o a lb ye l e c t r o c h e m i c a lr e d u c t i o n 4 表3 黄铁矿峰高分析可以得出，内蒙乌达 煤中黄铁矿含量较高，山东充州、内蒙乌达煤经电 化学调浆还原后其黄铁矿含量明显少于浮选精煤 中的含量，可见，电化学调浆更有利于煤中硫脱除， 尤其黄铁矿的脱除． 表3 以上各X R D 谱围中黄铁矿主要峰离数据 T a b l e3P e a kv a l u eo fp y r i t e s0 fX R Ds p e c t r a 3 定量分析 为进一步确定电化学调浆对脱硫的作用，我们 对电化学调浆前后的乌达煤进行了定量分析．定量 分析采用x ．射线衍射K 值法定量，参照国标 G B 5 2 2 5 8 5 ，金属材料定量相分析一x 一射线衍射K 值法，并结合文献[ 9 ] 所提供的方法与实验条件进 行测试分析与计算． 3 ．1 配制样品 各分析样品配制 原煤浮选精煤 参比物重量／g 0 ．0 920 ．0 7 7 原样配人量／g 0 ．6 4 10 ．6 7 8 质量量比0 ．1 4 30 ．1 1 4 3 ．2 选择测试峰 选择黄铁矿的 2 0 0 晶面测试，其晶面间距为 d 2 0 0 0 ．2 7 0n m ，衍射角度为2 0 3 3 ．2 。，测试 范围为3 2 ．2 ～3 4 ．2 。；并选择最常用的刚玉 A I 。0 。 作为参比物，确定其 1 1 3 晶面为测试峰， 其晶面问距为d 1 1 3 一0 ．2 0 8n m ，衍射角度为 2 0 4 3 ．4 。，测试范围为4 2 ．4 ～4 4 ．4 。． 3 ．3 丘值计算 各样品衍射峰的积分强度测定结果为 原煤浮选精煤黼 黄铁矿 2 0 0 晶面 1 04 7 076 5 066 0 8 刚玉 1 1 3 晶面 3 94 5 0 船4 6 53 45 7 8 丘嚣譬1 ．0 8 6 3 ．4 黄铁矿的含■计算 将以上数据代 K 值法公式即可求得原煤、 浮选精煤、电化学调浆浮选精煤中黄铁矿的含量 质量分数 分别为3 ．5 ％，2 ．4 ％，1 ．8 ％． 3 ．5 定量结果 从对内蒙乌达煤的定量分析结果看出，经电化 学调浆还原后，黄铁矿的1 ．8 “ 质量分数 ，与浮 选精煤相比，黄铁矿含量明显减少．其分析结果与 定性分析结果一致．可见，电化学调浆浮选能有效 脱除煤中硫，尤其对黄铁矿有强烈的抑制作用． 4 结论 运用X R D 从定性、定量两个方面对山东兖州 和内蒙乌达原煤、浮选精煤、电化学调浆还原精煤 进行分析．从衍射图谱得出这两种原煤中含有黄铁 矿、石英、高岭土等矿物．但由于成煤条件的不同， 所以其矿物成分也有所不同．这两种原煤中黄铁矿 均属于微细粒级嵌布 1 0m ，所以通过浮选只能 除去一部分黄铁矿，必须采用先进的脱硫方法．经 过电化学调浆还原后，煤中黄铁矿得到大量脱除， 同时也脱除大量的成灰的石英矿物，高岭石脱去不 多，可能是在煤中主要为浸染状分布．同时从图谱 分析得到，电化学调浆还原不破坏煤结构．由以上 定性与定量分析结果可以得出，电化学调浆浮选脱 硫是一种温和、高效的先进脱硫新方法，有待于进 一步研究开发． 警一 万方数据 第6 期 朱英等高硫煤电化学调浆浮选脱硫X R D 谱研究 参考文献 [ 1 ] 朱英．高硫煤电化学调浆浮选脱硫研究[ D ] ．北京 北京化工大学理学院．2 0 0 0 ． [ 2 j 朱红．电化学表面改性强化煤的浮选脱硫的机理 研究[ D ] ．徐州中国矿业大学能源利用与化学工程 系．1 9 9 9 ． [ 3 路迈西，黄铁矿舶电化学性质及可浮性调控洁净煤技 术[ J ] ．洁净煤技术，1 9 9 6 ，2 3 3 1 2 一】5 ， [ 4 ] 膝风恩，王煜明，X 射线学基础与应用[ M ] ，长春吉 林大学出版社，1 9 9 1 ． [ 5 ] C u l l i t yBD ．E l e m e n t so fxr a yd i f f r a c t i o n S e c o n d e d i t i o n [ M ] ．L o n d o n A d d i s o n W e sL e yP u b l i s h i n g [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] C o m p a n y ，1 9 7 8 ． G u ] l i t yBD ．x 一射线衍射初步E M ] ，冯根源译，北京 中国工业出版社。1 9 6 5 ． 中国矿业大学分析测试中心．现代分析测试方法 [ M ] ．徐州中国矿业大学出版社，19 8 8 ．4 6 ～6 0 ． I n t e r n a f i o n a tC e n t e rf o rD i f f r a c t i o nD a t a ．P o w d e rd i [ f r a c t i o nf i l e [ R ] ．P e n n s y l v a n i a JC P D SI n t e r n a t i o n C e n t e rf o rD i [ f r a c t i o nD a t a ，1 9 8 4 ． W a n gC ，P a nCD ，W a n gD Q ，e ta 1 ．A n i m p r o v e d m e t h o df o rq u a n t i t a t i v e a n a l y s i s o f s e d i m e n t a r y m i n e r a l sb yx r a yd i f f r a c t i o n 口．P o w d e rD i f f r a c t i o n ， 1 9 9 6 。 3 ．2 3 5 2 3 9 ． S t u d yo fE l e c t r o l y t i cR e d u c t i o nD e s u l f u r i z a t i o n o fH i g hS u l f u rC o a lb yX R D Z H UY i n g ，Z H UH o n g ，L UX i a o - l i ，S U NK a n g S c h o o lo fC h e m i c a tE n g i n e e r i n ga n dT e c h n o l o g y - C U M T ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a A b s t r a c t T h eh i g hs u l f u rc o a lt r e a t e db ye l e c t r o r e d u c t i o nw a sr e s e a r c h e da n da n a l y z e dq u a l i t a t i v e l ya n d q u a n t i t a t i v e l yu s i n gX R Dm e t h o d ．T h er e s u l ts h o wt h a tt h ep y r i t ei nc o a li st h eo x i d i z e dF e ，a n dC a nb e s u p p r e s s e db ye l e c t r o r e d u c t i o n ．C h a n g e si ns t r u c t u r eo fc o a l i sn o to b s e r v e d ，s h o w i n gt h a tt h ee l e c t r o - r e d u c t i o nd e s u l f u r i z a t i o ni sas i m p l en e wm e t h o dw i t h o u te n v i r o n m e n tp o l l u t i o n ． K e y w o r d s X R D h i g hs u l f u rc o a l ；e l e c t r o r e d u c t i o n } d e s u l f u r i z a t i o n 万方数据