[科普中國]-煤中硫

煤中硫的賦存形態(tài)分為無機(jī)硫和有機(jī)硫2大類。還有微量以游離狀態(tài)賦存的元素硫。煤中無機(jī)硫、有機(jī)硫和元素硫的總稱為全硫。

釋義煤中硫的賦存形態(tài)分為無機(jī)硫和有機(jī)硫2大類。還有微量以游離狀態(tài)賦存的元素硫。煤中無機(jī)硫、有機(jī)硫和元素硫的總稱為全硫。

分類無機(jī)硫是煤的礦物質(zhì)中硫化物硫和硫酸鹽硫的總稱。硫化物硫指煤中以各種金屬硫化物形態(tài)存在的硫。其中絕大部分是以黃鐵礦硫(FeS2)形式存在，少數(shù)為白鐵礦硫(FeS2)，兩者分子式雖相同，但結(jié)晶形態(tài)不同。黃鐵礦呈等軸晶系，含硫量53.45%，多呈結(jié)核狀、透鏡狀、團(tuán)塊狀和浸染狀(星散狀)等多種形態(tài)賦存在煤中。白鐵礦呈斜方晶系，多呈放射狀結(jié)核存在，它在顯微鏡下對光的反射性比黃鐵礦; 有些高硫煤中還含砷黃鐵礦(FeS2·FeAs2，是煤中砷的來源)和磁黃鐵礦〔Fen-1Sn(n≥8)，含硫量36.47%〕等其他含硫礦物。硫酸鹽硫指煤的礦物質(zhì)中以硫酸鹽形態(tài)存在的硫。主要以硫酸鈣(生石膏，CaSO4·2H2O)形態(tài)存在(風(fēng)化煤中較多)，也有少數(shù)以硫酸亞鐵(如綠礬，F(xiàn)eSO4·7H2O)形式存在，煤中硫酸鹽硫一般只占總硫分的5%～10%左右，只有風(fēng)、氧化煤中的硫酸鹽硫的比例會(huì)有不同程度的增高。

煤中有機(jī)硫?yàn)榕c有機(jī)質(zhì)結(jié)合的硫，它的組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有機(jī)硫中能溶于酚的組分叫樹脂質(zhì)硫，不溶于酚的叫腐植質(zhì)硫。

煤中的有機(jī)硫、無機(jī)硫化物硫和元素硫統(tǒng)稱可燃硫，硫酸鹽硫?yàn)椴豢扇剂颉Ｃ簾岱纸夂髿埩粼诮固恐械牧蚪泄潭?熱分解過程中析出的硫叫揮發(fā)硫。煤燃燒后殘留在灰渣中的硫叫灰中硫，它多以硫酸鈣、硫酸鎂等形式存在。

含量特點(diǎn)煤中硫的含量從0.2%以下到10%以上的均有，但大多數(shù)煤中的硫含量在0.5%～3.0%之間。

按煤中硫含量將煤分為特低硫煤 (含硫量小于或等于0.5%)、低硫煤(含硫量0.51%～1.00%)、低中硫煤 (含硫量1.01%～1.50%)、中硫煤 (含硫量1. 51%～2.00%)、中高硫煤 (含硫量 2.01%～3.00%)、高硫煤 (含硫量大于3.00%)。

煤中硫的成分與其含量有關(guān)，通常硫含量在0.50%以下的特低硫煤中多以有機(jī)硫?yàn)橹?，這是因?yàn)榈土蛎褐械牧蚍种饕獊碜猿擅涸贾参镏械牡鞍踪|(zhì)以及微生物的蛋白質(zhì);硫分在2%以上的中、高硫煤和高硫煤中的硫則多以無機(jī)硫中的硫鐵礦硫?yàn)橹?，僅少數(shù)礦區(qū)的高硫煤中的硫分以有機(jī)硫?yàn)橹?。從總的看來，中國煤中的硫分多以無機(jī)硫較多，一般硫鐵礦硫約占總硫分的60%～70%，有機(jī)硫多占全硫的30%左右，硫酸鹽硫只占5%～10%。

中國煤中的硫鐵礦大多以結(jié)核狀或團(tuán)塊狀存在，以浸染狀分散在煤中的硫鐵礦相對較少，與有機(jī)質(zhì)相聯(lián)系的微細(xì)狀態(tài)的硫鐵礦更少。所以，中國的中、高硫分煤通過物理洗選的方法大部都能使其硫分得到不同程度的脫除。

中高硫煤和高硫分煤大多形成于濱海泥炭沼澤與海水入浸有關(guān)，總的趨勢是近海型淺海型煤系中煤的硫分普遍較高，內(nèi)陸型煤系中的硫分一般較低。如中國華北聚煤區(qū)石炭系太原組煤層頂板往往為海相石灰?guī)r，其硫分普遍在2%～4%，其上山西組煤層頂板為陸相沉積，硫分一般在0.5%～1.5%左右。華南聚煤區(qū)二疊世煤系，煤中硫分一般可達(dá)2.5%～4.5%左右。廣西更高，達(dá)7%～9%。中國侏羅紀(jì)內(nèi)陸型煤系煤中硫分一般為0.3%～1.5%左右，如東勝-神府煤田的煤中平均硫分低至0.50%以下，大同侏羅紀(jì)煤的平均硫分不超過1.0%。

分析方法測定煤中全硫分的經(jīng)典方法為艾氏卡法，它是用2份碳酸鈉和1份輕質(zhì)氧化鎂的混合劑，與煤樣在800～850℃的高溫下灼燒，使全部硫化合物轉(zhuǎn)化為可溶性硫酸鹽，再用氯化鋇溶液使之生成硫酸鋇沉淀。根據(jù)硫酸鋇的質(zhì)量求算出煤中全硫(總硫分)含量。詳見煤中“全硫的測定方法” (GB214)。

煤中硫鐵礦硫的測定原理是用氧化還原法先將煤樣用稀鹽酸除去煤中硫酸鹽(SO2-4)和其他鹽酸可溶鐵，殘煤再用稀硝酸氧化硫鐵礦中的鐵成為Fe3，并用容量法測定其鐵含量。根據(jù)鐵含量再計(jì)算出煤中硫鐵礦硫含量 (GB215 《煤中各種形態(tài)的測定方法》)。

煤中硫酸鹽硫的測定原理是用稀鹽酸把硫酸鹽全部溶解，并用氯化鋇溶液使硫酸鹽生成硫酸鋇。根據(jù)硫酸鋇的質(zhì)量求算出煤中硫酸鹽硫的含量。

危害硫的危害：硫是煤中主要有害元素，煤燃燒后排入大氣中的二氧化硫(少量為三氧化硫)會(huì)產(chǎn)生酸雨，污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡。煤燃燒產(chǎn)生的二氧化硫還腐蝕鍋爐系統(tǒng)的爐壁和管道，縮短鍋爐系統(tǒng)的壽命。據(jù)測試，中國由燃煤排入大氣中的二氧化硫約占全國二氧化硫排放總量的70%～80%。

煤在煉焦過程中約有80%的硫轉(zhuǎn)入焦炭中，20%左右的硫進(jìn)入煤氣和焦油中。高硫焦炭煉制出的生鐵具有熱脆性，影響生鐵的質(zhì)量。

煤在氯化過程中部分硫轉(zhuǎn)化為二氧化硫，大部分硫形成硫化氫和硫醇、硫醚以及硫茚等氣態(tài)有機(jī)硫化合物。由高硫煤生成的煤氣也需要脫硫以提高煤氣質(zhì)量。

煤在液化過程中絕大部分硫成硫化氫析出，少量硫酸鈣被還原成硫化鈣 (CaS)。

煤中硫的脫除主要采用物理、化學(xué)、生物3種脫硫法。物理脫硫主要依據(jù)黃鐵礦密度為5. 0g/cm，有機(jī)質(zhì)一般小于1. 4g/cm3的差異，通過重力選煤加以脫除，但它只能脫除煤中無機(jī)硫?；瘜W(xué)脫硫主要有堿(NaOH溶液)處理脫硫(包括堿溶液微波脫硫)、化學(xué)氧化 (用氧化劑) 脫硫、溶劑萃取 (四氯乙烯或己醇等)脫硫、熱分解脫硫等方法，它可同時(shí)脫除煤中有機(jī)和無機(jī)硫。但在脫除有機(jī)硫過程會(huì)破壞煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)，降低結(jié)焦性。微生物(細(xì)菌)脫硫是通過生物化學(xué)降解作用來進(jìn)行，因受脫硫菌種限制，和化學(xué)脫硫一樣處于試驗(yàn)室研究階段。煤在燃燒過程可通過向爐中噴入石灰石等固硫劑與SO2化合成硫酸鈣殘留在灰渣中，其脫硫效率可達(dá)80%，并在排煙道通過堿性物質(zhì)(石灰等) 吸收煙氣中SO2。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

周敏 - 副教授 - 西南大學(xué)