平朔煤中矿物质及微量元素镓、锂分布规律研究

平朔煤中矿物质及微量元素镓、锂分布规律研究

资源供需矛盾的日益加剧使得矿物加工对资源综合利用,甚至对其全元素利用的需求更加迫切,矿物加工产物的高值化研究已成为学科发展关注的焦点。煤炭洗选是洁净煤技术的源头,而筛分、浮沉是选煤过程应用最广泛的工艺之一。

在筛分、浮沉得到的分级产物中,矿物质成分和各种微量含量往往具有较大的差异。因此研究矿物质及微量元素在洗选过程中的分布规律对有效富集煤中矿物质及微量元素,推动煤炭高效利用具有重要的理论意义和应用价值。

本文以平朔矿区弱黏煤为研究对象,在分析原煤基本性质的基础上,通过筛分、浮沉试验获得各粒度级和各密度级产物,且对各级产物进行高温灼烧制得灰化产物,采用X射线衍射法对各级产物及其灰分中矿物质进行定性定量分析,化学分析法测定镓元素含量,ICP-OES测定锂元素含量,通过矿物质与微量元素关系分析了二者的相关性,并且通过逐级化学提取法对煤中镓、锂两种元素的赋存状态进行了初步研究。最后对安太堡选煤厂工艺流程中的矿物质及镓、锂元素的迁移规律以及镓、锂元素与矿物质之间的亲和性关系进行了深入讨论。

结果如下:(1)粒度分级矿物质、镓、锂分布规律表明:随着粒度的增加,矿物质及镓、锂元素含量总体呈现降低的趋势。灰化前矿物质高岭石含量在各粒度级中变化较为明显,在-0.045mm粒度级中,高岭石含量最高,达到21.22%;镓元素含量在各粒度级中变化不大,基本在7.8-15.9μg/g的范围内;锂元素含量为456-536μg/g,且随着粒度级的增大有略微降低的趋势,降低幅度不明显,最大最小值差为80μg/g。

灰化后矿物质硬石膏在各粒级中差异最明显,在-0.045mm粒度级中,硬石膏达到

17.23%;镓元素含量均高于30μg/g,其中小粒度级的煤灰中镓元素富集的量最大,富集比为3.36;锂元素含量为330-500μg/g,随着粒度级的增大先增加后降低,降低幅度为170μg/g;在0.045-0.074mm粒度级含量达到最高,含量为501.4μg/g。(2)密度分级矿物质、镓、锂分布规律表明:随着密度的增加,矿物质及镓、锂元素总体呈现增加的趋势。

灰化前各密度级中高岭石的含量最高,+2.0g/cm~3密度级中,达到53.11%;镓元素呈现轻微的递增趋势,范围为9-14μg/g;锂元素含量为147-1987μg/g,随着密度级的增加有明显的升高趋势,最大最小值差为1800μg/g。灰化后各密度级矿物质硬石膏、红柱石、石英在+2.0g/cm~3含量最高,分别为43.12%、14.03%、8.25%;镓元素含量为5-11μg/g,随着密度级的增大而逐渐增大;锂元素含量为50-2300μg/g,随着密度级的增大逐渐增加,最大最小值差为2250μg/g。

(3)分级产物灰化前后矿物质、镓、锂之间的相关性分析结果表明:分级产物灰化前高岭石与镓、锂元素的相关性最强,相关性系数分别为0.961和0.947。分级产物灰化后石英、红柱石、硬石膏与镓元素的相关性较强,分别为0.1、0.704、0.797。

石英、赤铁矿、红柱石与锂元素的相关性较强,分别为0.921、0.965和0.678。另外,在粒度级试验样品中,镓、锂富集因子范围分别为0.4-0.85和0.62-0.98。

在密度级试验样品中,镓、锂富集因子范围分别为0.5-0.85和0.62-0.94。说明分级产物中的镓、锂元素在灰化的过程中,一部分以气体的形式逸出,绝大多数以固态的形式富集到灰分中。

(4)逐级化学提取法中两种元素的富集状态规律表明:镓元素在腐殖酸结合态、有机态、残渣态中含量较大,分别为24%、21%和17%。因残渣态主要由硅酸盐矿物质组成,而黏土

矿物质存在大量硅酸盐矿物质,说明平朔煤中镓元素主要赋存于有机物及黏土矿物中。

锂元素在残渣态和碳酸盐结合态中占绝大部分,含量分别为30%和42%。说明平朔煤中锂元素在提取过程中更多地进入碳酸盐晶格和硅酸盐晶格中,主要赋存于碳酸盐和粘土矿物质中。

(5)矿物质及镓、锂元素在选煤生产工艺过程中的分布规律表明:随着矸石化程度的提高,产物中矿物质、镓、锂元素的含量也在不断提高。但是从元素富集率来看,精煤中的富集效果最好,随着矸石程度变大,富集效果反而变差。

整体来看,无论从含量以及富集程度,末煤的三种产物都较块煤的三种产物的效果显著。产物灰化前镓元素、锂元素与高岭石的相关性较强。

产物灰化后的煤灰中镓、锂元素主要与石英的相关性较强;其它的矿物质相对较弱,说明镓、锂元素与硅铝氧化物的亲和性较好。