燃煤微生物预处理浮选脱硫的试验研究.pdf

收稿日期2001 -07 -04 基金项目教育部高等学校骨干教师资助计划资助项目 作者简介魏德洲 1956- , 男, 河南安阳人, 东北大学教授, 博士生导师 2002 年 5 月 第23卷第5期 东北大学 学报 自然科学版 Journal of Northeastern University Natural Science May 2 0 02 Vol. 23,No . 5 文章编号1005-3026 2002 05 -0477-03 燃煤微生物预处理 浮选脱硫的试验研究 魏德洲1, 周志付1, 梁海军1, 刘志平2 1. 东北大学 资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110004;2. 辽宁电力科学研究院 化学所, 辽宁 沈阳 110004 摘 要研究了煤样中黄铁矿硫的赋存状态以及影响生物预处理浮选脱除煤中硫的几个因 素, 如不同的煤粒度、不同驯化菌种及不同的细菌组成等, 指出煤样中黄铁矿硫的赋存状态适合用 微生物预处理浮选脱硫的方法脱除, 微生物预处理浮选脱硫是一种有效的洁净煤技术, 全硫脱除 率可达到 42同时指出煤驯化接种二次的菌液脱硫效果要比用 9 k 培养基培养的菌液和用煤驯 化接种一次的效果要好, 但是差别不是太大; 细菌的分泌物和细菌细胞在浮选脱硫中是共同起作 用的 关 键 词煤; 黄铁矿硫; 微生物; 预处理; 脱硫; 浮选 中图分类号X 172 文献标识码A 1 研究材料 1. 1 试验煤样 本试验的煤样采自沈阳矿务局所属的红阳三 矿,原煤样经过破碎、掺合、缩分、烘干≤ 50 ℃ 、 过筛等程序制成试验用煤样煤样中各种形态硫 的含量见表 1[ 1],分析煤样的粒度≤0. 2 mm 表 1 煤样中各种硫分及灰分质量分数 Table 1 Content of ash and different sulfur in coal 全硫 St ,ad 黄铁矿 Sp ,ad 硫酸盐硫 Ss, ad 有机硫 So 灰 分 Aad 2. 301. 660. 020. 6232. 11 1. 2 微生物的培养 、 驯化 氧化亚铁硫杆菌 简称 T . f 菌 是利用二价 铁离子或无机物氧化释放出的能量来进行生命活 动的 一 种 自 养 微 生 物 [ 2] ,采 用 西 尔 弗 门 Silvermen 培养基, 对菌种进行培养 , 恒温振荡 培养箱,温度保持在 28 ℃, pH 为 2. 0～ 2. 5菌液 培养时间为 12 d , T . f 菌的浓度为 7 107个/ mL 2 分析方法 2. 1 硫的测定方法 全硫 St 应用美国 Leco 公司生产的 SC132 型自动测硫仪 红外线吸收法 测定 硫酸盐硫 Ss 和黄铁矿硫 Sp 的测定按照 GB/ T 215- 1996 中规定的方法测定 有机硫 So 的测定差减法计算 SoSt-Sp-Ss 2. 2 脱硫率的计算方法 本文采用我国学者借鉴浮选完善度指标的概 念提出的煤的脱硫效率指标ηs的计算公式[ 3] ηs γj Sy-Sj100 Sy 100 -Ay-Sy , 式中 ,γj为精煤产率, ; Sy为原煤硫分 , ; Sj为 精煤硫分 , ; Ay为原煤灰分, ηs用于评定全硫脱除效果时, 公式中的 Sy和 Sj均用全硫 ; 用于评定黄铁矿硫脱除效果时, Sy 和 Sj均用黄铁矿硫 3 结果与讨论 3. 1 煤样中黄铁矿硫的赋存状态分析 在影响燃煤脱硫效果的因素中 ,以黄铁矿硫 的质量分数及其形态最为重要故在脱硫之前有 必要研究煤样中的黄铁矿硫的形态来推测煤样中 黄铁矿硫的可脱除性 , 应用显微镜分析方法来预 测煤样中黄铁矿硫脱除的难易程度[ 4 ～ 10] 图1 是在偏光显微镜下拍摄的图 1a , 1b 分 别是粒度为 2. 0 ～ 3. 0 mm 和 4. 0 ～ 5. 0 mm 的煤 样中黄铁矿硫的岩相照片 图 1 煤样中黄铁矿形态的岩相照片 Fig . 1 Picture of lithofacies analysis of pyrite in the sample coal a粒度 2. 0～ 3. 0 mm; b粒度 4. 0～ 5. 0 mm 图中白色部分为黄铁矿, 灰白色部分为煤 ,暗 灰色部分为杂质大部分煤颗粒内未见到黄铁矿 晶体 ,只在少数几个煤颗粒内见到黄铁矿晶体在 不同煤颗粒内黄铁矿分布也各异, 有单体分散在 一个煤颗粒内, 也有成集合体分布在一个煤颗粒 内,黄铁矿晶体的形状多为圆柱状 ,也有不规则粒 状图 1a 中黄铁矿颗粒直径一般在 0. 01 ～ 0. 02 mm 之间, 图 1b 中黄铁矿颗粒直径一般在 0. 005 ～ 0. 05 mm 之间经过统计分析浸染状的黄铁矿 约占总黄铁矿的质量分数为 50以上因此, 采 用常规的分选方法不易脱除煤样中黄铁矿硫 ,这 已被生产实践所证实所以借助于微生物的作用 来脱除该煤样中的黄铁矿硫是合适的 3. 2 脱硫试验 3. 2. 1 浮选脱硫试验流程 本文各试验基本条件 捕收剂用量 121 g/t , 起泡剂用量 32 g/ t , 浮选矿浆中的固体质量分数 为11. 76 ,菌液各 70 mL , 菌液的初始 pH 约为 2. 0试验流程如图 2 所示 图 2 微生物预处理 浮选试验流程 Fig . 2 Experiment flow of microbial pretreatment - flotation desulfurization 3. 2. 2 煤的不同粒度对脱硫及脱灰的影响 试验条件 Ⅰ号样的粒度为 0. 2 mm ; Ⅱ号 样的粒度为0. 2～ 0. 5 mm ; Ⅲ号样的粒度为0. 5 mm 的煤样 ; Ⅳ号样的粒度为 0. 5～ 1 mm ; Ⅴ号样 的粒度为1. 0 mm煤样与菌液的质量体积比为 2∶ 7浮选矿浆的 pH 值为 3. 20不同粒度的煤的 脱硫及脱灰效果如图 3所示 图 3 煤的不同粒度下的脱硫和脱灰效果 Fig . 3 Effect of removal of sulfur and ash under different size coal 从图 3 中可以得知, 随着粒度的增大,脱硫率 和脱灰率逐渐增高 , 到 0. 5 ～ 1 mm 时, 脱硫率达 到最大值 ,而脱灰率在 -1. 0 mm 时达到最大值, 此时脱硫率比 - 0. 5 mm 时稍有下降这说明 0. 5 ～ 1 mm 这个粒级是本试验煤样达到最佳脱硫效 果的粒级煤样粒度过大 ,则降低了黄铁矿颗粒与 细菌的接触概率及粘着概率; 另外, 粒度过大 ,减 弱了细菌在煤颗粒及黄铁矿颗粒表面的吸附程 度,从而使黄铁矿的抑制减弱 ,导致脱硫率和脱灰 率有所下降当煤样粒度过细时 ,由于煤泥复盖 由于表面力引起的微粒在粗粒表面的粘附 等原 因而造成脱硫率和脱灰率下降 3. 2. 3 不同驯化菌种对脱硫效果的影响 接种一次菌液 用煤驯化 ,在图中用煤驯化 1 表示 、 接种二次菌液 用煤驯化,在图中是用煤驯 化 2表示 和 9 k 培养基菌液 在图中是用 9 k 表 示 ,其他条件同 3. 2. 2, 试验流程见图 2测得脱 硫率见图 4 图 4 不同驯化菌种对脱硫效果的影响 Fig. 4 Effect of removal of sulfur by different domestcation microbial 从图 4 可知用煤驯化一次培养的菌液不如用 9k 培养基培养的菌液的脱硫效果好, 但是当再一 次接种用煤驯化, 则脱硫效果要比用煤驯化一次 478东北大学学报 自然科学版 第 23 卷 培养的菌液和用 9k 培养基培养的菌液的脱硫效 果都要好 3. 2. 4 不同菌液组成对脱硫及脱灰效果的影响 9k 样 用 9 k 培养基培养的菌液 、9 k 上样 用 9 k 培养基培养的菌液的上清液 、9 k 下样 用 9 k 培养基培养的菌液的下部液体 , 菌液均 为 40 mL其他条件同 3. 2. 2,试验流程见图 2测 得脱硫率见图 5 图 5 不同菌液组成对脱硫及脱灰效果的影响 Fig . 5 Result of removal of sulfur and ash by different ingridient of microbial 由图 5 可以看出用 9 k 培养基培养的菌液的 脱硫率和脱灰率要比其上清液和下部液体各自的 脱硫效率和脱灰率高 , 但是其两者之间的差异不 是太大而同时上清液和下部液体的脱硫效果几 乎是一致的 ,虽然多次试验结果都显示上清液的 脱硫效果和脱灰效果要比下部液体的稍好一些 从图 5 可知细菌分泌物和细菌细胞可能是同时对 脱硫起作用的, 进一步的研究尚在进行中 4 结 论 1煤样中黄铁矿硫的赋存状态适合用微生 物预处理浮选脱硫的方法脱除, 利用微生物脱硫 是一种有效的洁煤方式, 脱硫率 全硫 可达到近 42的 2对本实验煤样来说煤的粒度为 0. 5 ～ 1 mm 时,微生物浮选脱硫的效果最好 3煤驯化接种二次的菌液脱硫效果要比用 9 k 培养基培养的菌液和用煤驯化接种一次的效果要 好,但是差别不是太大 4细菌的分泌物和细菌细胞在浮选脱硫中 是共同起作用的 5本试验脱硫率不高的一个主要原因, 是 本文介绍的研究结果 ,仅是初步试验结果,更细致 的研究工作尚在进行之中 参考文献 [ 1]周志付,王中谦,崔振扬, 等燃煤微生物预处理浮选脱硫的 影响因素研究[ J]安全与环境学报, 2001, 1 1 23- 26 Zhou Z F , Wang Zh Q , Cui Zh Y, et al .Study on influencing factor of microbial pretreatment and floatation desulphurization in coal [ J] .Safetyand Environment Transaction , 2001, 1 1 23-26. 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Institute of Chemistry, Liaoning Electric Power Academy of Sciences, Shenyang 110004, China.Correspondent ZHOU Zhi -fu, E -mail zhouzhifu sohu. com AbstractDistribution of pyrite and several factors influencing microbial pretreatment and floatation desulphurization in coal were studied.The factors includes different granularity of coal, different domestication microbial and different microbial ingredient.The microbial pretreatment and floatation desulphurization is an effective of cleaning coal and the microbial pretreatment-flotation is fit for removing pyretic sulfur in coal. The effect of removal of sulphur can reach 42, and the removal of sulfur with domestication microbial by the coal domesting twice is better than that with 9 k culture and the coal domesting once. The microbial and its cells operate together in removing sulfur in coal. Key wordscoal; pyrite; microbial; pretreatment;desulphurization;floatation Received July 4, 2001 479第 5 期 魏德洲等 燃煤微生物预处理浮选脱硫的试验研究