循环流化床锅炉粉煤灰中硫的赋存状态研究
丁爱娟1，2，郑诗礼2，马淑花2，郭 奋1，王月娇2
【摘 要】摘要:高铝粉煤灰是重要的提取氧化铝的原料，而硫是氧化铝生产中主要有害杂质。以山西朔州地区循环流化床锅炉产生的高铝粉煤灰为研究对象，采用XRF、XRD和SEM-EDS并结合炉前煤分析结果研究了其中硫的赋存状态。研究结果表明，炉前煤中硫含量达到3．77%，以黄铁矿形式存在的无机硫约占总量的50．71%。这种煤经循环流化床锅炉燃烧后，粉煤灰中主要含硫矿物转化为硫酸钙和钙矾石，这与铝土矿中硫的赋存状态显著不同。对比粉煤灰和950℃焙烧后粉煤灰XRD结果表明，钙矾石是在粉煤灰堆存过程中硫酸钙与粉煤灰中的氧化铝、水等进一步水化生成的产物。 【期刊名称】矿产综合利用 【年(卷),期】2013(000)002 【总页数】5
【关键词】关键词:粉煤灰;氧化铝;硫;赋存状态
粉煤灰是煤炭燃烧发电过程中产生的固体废弃物，大量粉煤灰占地堆积，造成环境污染，严重危害人类健康［1］。因此，粉煤灰的处置越来越受到社会的关注［2］，我国西北地区，煤炭资源丰富，火力发电是主要的电力供应方式，粉煤灰问题更加突出。该地区的煤炭资源中铝含量较高，粉煤灰中氧化铝含量在40%左右［3］，与我国中等铝土矿中氧化铝的含量相当，其综合利用受到了前所未有的关注［4－10］，从粉煤灰中提取氧化铝既能缓解粉煤灰的环境污染问题，又能缓解我国铝资源紧缺的供需矛盾［11］。
按燃煤锅炉形式，可分为煤粉炉和循环流化床炉产生的粉煤灰［12］。后者由
于反应温度低、原料适应性好、二氧化硫排放量易于控制等优点［13－14］，正在全国推广使用。目前山西朔州地区广泛采用循环流化床锅炉，这种锅炉在燃烧过程中添加大量的石灰石作为固硫剂，同时，朔州地区炉前煤中富含高岭石、一水软铝石等高铝矿物，因此，燃烧后形成的粉煤灰中氧化铝含量普遍偏高，可作为提取氧化铝的原料。但是，硫的存在会对氧化铝生成造成极大的危害［15］，体现为管道堵塞、设备腐蚀、碱耗增加及产品质量下降等问题［16－17］。本研究通过对粉煤灰中的硫存在形式研究，为粉煤灰提取氧化铝技术的研发及粉煤灰资源合理利用提供理论指导。
1 试验原料及仪器
原料:煤炭和粉煤灰均取自山西朔州某电厂，煤炭样品在85℃下烘干48 h备用，粉煤灰样品采自电厂的粉煤灰堆场。
仪器:AXIOS型X荧光光谱仪，D/Max-RC型固定铜靶X射线衍射仪，5800SV扫描电子显微镜，CS-344型碳硫分析仪。
2 硫的赋存状态研究
2．1 炉前煤 2．1．1 XRD 分析
炉前煤XRD分析见图1。由图1可以看出，炉前煤的矿物组成并不复杂，由石英、高岭石、黄铁矿以及方解石组成。其中高岭石和石英为主要成份，同时含有少量的黄铁矿与方解石。其中黄铁矿(FeS2)是硫在煤中唯一以晶体存在的含硫物相，未见其他含硫矿相。 2．1．2 SEM-EDS 分析
为了进一步研究确认炉前煤中硫的分布状况，使用SEM-EDS对炉前煤进行元
素的面分布测定。结果见图2和图3。
由炉前煤冷镶磨样后的电镜图可以看出，煤中的矿相分布较为均匀，每种矿相都独立存在。对该电镜图所示的区域进行元素面分布扫描及能谱分析，可知Fe与S元素伴生存在于炉前煤样品中，二者的元素图谱几乎相同。这与XRD分析得到的S以黄铁矿(FeS2)存在相吻合。结合图2和图3可以清晰看出，黄铁矿对应于电镜图片中的白色颗粒状物质。在电镜图中黄铁矿相与其他矿相差别明显，黄铁矿颗粒尺寸较小，在煤中以星点状的独立相存在，且在煤中分布均匀，无明显的分布集中区域。 2．1．3 总硫及无机硫分析
通过碳硫分析仪分析，该地区的炉前煤总硫含量折合单质硫为3．77%，在煤炭行业，硫含量高于3%即为高硫煤。因此，该地区的炉前煤属高硫煤。 炉前煤中无机硫含量的确定采用GB-215－82进行测定。由于XRD显示硫在炉前煤中主要以黄铁矿的形式存在，所以只进行了煤中黄铁矿中硫的测定。经测定分析，煤样中黄铁矿中硫的质量分数为1．91%，占煤中总硫的50．71%。 2．2 粉煤灰
2．2．1 化学成份分析
粉煤灰化学成分采用XRF定量分析，经四分法取样后进行粉煤灰化学成份分析，得到样品的化学组成见表1。
由表1可知，该地区粉煤灰中的铝含量较高，达到32．43%，远高于全国粉煤灰中氧化铝的平均值;但同时二氧化硅含量也较高，达到41．77%，A/S为0．78，具有提取氧化铝的价值。此外，粉煤灰中还含有三氧化硫3．51%，折合成单质硫为1．40%。在以铝土矿为原料生产氧化铝的工艺中，要求铝土
循环流化床锅炉粉煤灰中硫的赋存状态研究
