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摘 要：煤在燃烧过程中排出的大量SO2等有害气体，给我国造成了严重的环境污染和经济损失。因此，煤炭的脱硫降灰成为当前乃至未来研究的热点之一。本文就当前煤粉脱硫的现状和优缺点进行阐述，重点对煤粉干法高梯度磁选进行试验研究，以期对脱硫技术具有一定的指导和借鉴意义。
关键词：干法磁选；高梯度；脱硫
引 言
煤炭在我国的能源消费中占主导地位，为我国提供了75%的工业燃料，76%的发电能源和80%的民用商品能源[1]。但是作为煤炭主要利用方式的燃烧却给我国造成了严重的环境污染和经济损失。其中，全国90% 的SO2和70%的烟尘排放量均来自燃煤，致使我国大气污染呈现煤烟型污染，仅每年因过量排放 SO2 造成的经济损失就在1100 亿元以上[2]。因此，基于煤在燃烧过程中排出大量的有害气随着能源和环境问题的日渐突出，煤炭脱硫受到了人们前所未有的关注，成为当前乃至未来研究的热点课题之一[3]。
煤炭脱硫技术总体上分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三大类。燃烧中脱硫主要指型煤固硫技术和循环硫化床脱硫技术，可脱除50%～60%的硫，效率不高，并存在易结渣、磨损和堵塞等难题；燃烧后脱硫又称烟气脱硫技术，属末端冶理，尽管脱硫率可高达90%，但其设备及运行费用极其昂贵，特别是废液二次处理问题等突出[4]。煤的燃烧前脱硫技术，由于其成本低、工艺简单等优点具有非常重要的意义。燃烧前脱硫又分为物理法、化学法和生物法三种，化学选煤方法和生物选煤方法虽然可以同时脱出煤中的无机硫和有机硫，但由于生产工艺复杂、生产周期长和易产生二次污染等因素，短期内难以实现工业化，而真正大规模应用于生产实际的只有物理法。
煤粉干式高梯度磁選脱硫技术就是一种基于煤（逆磁性）和煤系黄铁矿及其它矿物（顺磁性）的磁性差异而进行分离的物理脱硫技术。由于磁选脱硫技术能耗低、工艺设备简单，被国外有关专家认为是未来燃煤脱硫的主要工艺之一。
1、磁选脱硫的原理及研究现状
1.1 磁选脱硫的工作原理
煤中的硫分主要以无机硫（黄铁矿及硫酸盐硫）和有机硫两种形态存在。鉴于煤系黄铁矿和煤中绝大部分矿物质是顺磁性物质，而煤基质是逆磁性的，这就为煤粉磁选脱硫提供了条件。利用煤（逆磁性）和煤系黄铁矿及其它灰分矿物质（顺磁性）磁性的差异，在具有强大磁力分选空间中，受到磁力和机械力（包括重力、离心力、流体阻力等）的共同作用，沿不同的路径运动（如图1所示），实现煤与煤系黄铁矿和部分矿物质的分离[5]，从而达到脱硫的目的。因此，作用在顺磁性矿石上的磁力F1必须大于与磁力方向相反的机械力的合力F机，即F1>F机。
图1 磁选脱硫的工作原理图
在我国高硫煤中，黄铁矿硫一般占总硫量的50%以上，占无机硫的90%以上[6]。因此，脱出煤中的无机硫对脱硫技术意义重大。
1.2磁选脱硫技术的研究现状
自从1932年Frantz首次提出了采用磁选从煤中脱出黄铁矿的方法后，1943年的Gaudin[7]、1959的Flinter[8]等人分选黄铁矿的试验，但由于高梯度磁选机尚未问世，而黄铁矿作为一种弱的顺磁性物质，与煤基体之间的比磁化率差值并不显著，因此试验未取得良好的结果。随着高梯度磁选技术的发展，高梯度磁选脱硫技术得到了技术上的保证。美国、日本、瑞典、英国等国先后进行了高梯度磁选脱硫试验[8-9]。我国对煤炭磁选脱硫技术的研究起步较晚，1990中国矿业大学的郑建中等
人先后测定了不同种类的煤及煤系黄铁矿、煤中矿物质的比磁化率，并进行了煤浆湿法连续式高梯度磁选脱硫的试验研究。徐州环保所从1987年到1988年在国内首次开展了在实验室内的干法煤粉磁选脱硫的试验研究[10]。
应用高梯度磁分离技术对煤进行脱硫除灰分有湿法和干法两种。湿法磁选脱硫技术研究较成熟，脱硫率高（50-80%），但由于湿法的分选过程是在水中进行的，其后续煤泥水处理系统十分庞大，要配套相关的浓缩、分级、脱水、干燥等工序，工艺系统复杂，投资及运行成本均较高，且易造成新的环境污染。而干法分选技术不仅分选效果好，而且分选工艺简单，投资及运行成本都比较低，也不会造成新的污染[11]。因此，无论是从环境保护、技术工艺角度而言，还是从经济效益的角度而言，煤粉干式永磁高梯度磁选脱硫技术都是最有前景的脱硫工艺。
2、干法磁选试验研究
2.1 试验设备
本干式永磁高梯度磁选机主要由机架、机壳、主磁系、辅助磁系、分选腔保护套、给料漏斗和聚磁介质等部分组成（外观如图2所示）。采用软铁挤压导磁、铠装聚磁等手段的多面挤压的技术，把不同磁化方向和结构参数各异的磁块组合成特定的磁路结构，在较大幅度地提高了磁场强度的同时，获得了较宽分选空间。其分选空间为φ30mm时，对称中心轴线上的磁场强度可达1.3T。工作时，将磁选机平置或竖置，将直径略小于分选腔内径的聚磁介质筒置于分选腔内，而后通过给料漏斗将物料给入聚磁介质筒，物料可通过风力输送（干选）或以矿浆的形式（湿选）流经聚磁介质筒，磁选机水平放置时，物料可自上向下进入，也可自下向上进入，非磁性料顺利物通过聚磁介质的间隙成为非磁性产品，而磁性矿物则在磁场力的作用下吸附在聚磁介质上，待聚磁介质吸附饱和后，停止给料，将聚磁介质筒从分选腔中取出，吸附于聚磁介质上的磁性物料在自身重力作用下脱落成为磁性产品。
2.1试验结果及分析
结合干式永磁高梯度磁选机的特点及含有弱磁性粉体黄铁矿的煤粉的物性问题，本试验采用北宿煤和宜洛煤对干式高梯度磁选的脱硫效果进行研究，确定试验方案流程如图3：
根据方案进行试验，实验结果如表1所示：
根据表1绘制北宿煤、宜洛煤在不同粒度条件下精煤产率、脱硫率的变化图如图4。
由表1和图4可知：在对磨制煤粉的极弱磁性的煤系黄铁矿物质进行分选时，取得了良好的脱硫效果。其中，北宿煤和宜洛煤均在粒度级为100-200目（0.15mm-0.074mm）时精煤产率（95.61%、82.78%）和脱硫率（44.44%、42.03）达到较高水平，因此，可以将100-200目（0.15mm-0.074mm）做为两种高硫的煤粉脱硫最佳粒度范围。同时表明，煤粉直接干法高梯度脱硫效果明显，精煤产率也较高，具有较高的环境效益和经济效益。 图4 产率、脱硫率、降灰率与粒度的关系
3、结论
（1）对磨制煤粉中极弱磁性的煤系黄铁矿等物质未进行选前磁性强化而直接进行地分选实验表明：采用干式高梯度磁选对煤粉进行脱硫效果显著，若用于火电厂燃煤脱硫，实现微粉煤燃前深度脱硫，将可有效缓解我国煤烟型大气污染状况。
（2）和电磁磁滤器相比，永磁磁选脱硫耗能低，节省能耗约80﹪以上，且辅助设备少，操作维护方便，制造成本低、占地面积少，具有显著的市场优势。
参考文献
[1] 王卓雅，赵跃民，高淑玲.论中国燃煤污染及其防治[J] .煤炭技术， 2004，23（7）：4-6.
[2] 濮洪九.洁净煤技术产业化与我国能源结构优化[J].煤炭学报，2002，27（1）：1-5
[3] 焦红光，崔敬媛，刘鹏.煤粉磁特性及干式磁选脱硫降灰的试验研究[J].中国矿业大学学报，2009，38（1）：131-136.
[4] 刘鹏，樊向林.煤粉干式永磁高梯度磁选试验研究[J]. 河南理工大学学报（自然科学版），2009，28（4）：515-519.
[5] 謝广元.选矿学[M].徐州： 中国矿业大学出版社， 2005
[6] 刘鹏，焦红光，惠兵等. 高场强永磁磁滤器的设计[J].磁性材料及器件，2009，12：31-35.
[7] KELLAND D R， LAI-FOOKM， MAXWELL E， et a.l HGMS coal desulfurization with microwave magnetization enhancement [J]. IEEE Transactions on magnetic， 1988， 24 （6）： 2 434-2 436.
[8] HISE E C， HOLMAN A S， FRIEDLAENDER F J. Development ofhigh-gradient and open gradientmagnet separation of dry fine coal [J]. IEEE Transaction onmagnetics， 1981， 17 （5）： 3 314-3 316.
[9] VaclavZezulka，PavelStraka，PavelMucha.The permanent NdFeB magnets in the circuits for magnetic filter sand the first technological tests.Int.J.Miner.Process.2005，（78）：31-39.
[10] 朱申红，杨卫东，娄性义. 煤炭脱硫技术现状及高梯度磁分离技术在脱硫中的应用[J]. 青岛建筑工程学院学报，2001，22（2）：26-29
[11] 焦红光，丁连征，陈清如.细粒煤高梯度磁选脱硫技术的发展与思考[J].中国矿业， 2007， 14 （6）： 79-81.
关键词：干法磁选；高梯度；脱硫
引 言
煤炭在我国的能源消费中占主导地位，为我国提供了75%的工业燃料，76%的发电能源和80%的民用商品能源[1]。但是作为煤炭主要利用方式的燃烧却给我国造成了严重的环境污染和经济损失。其中，全国90% 的SO2和70%的烟尘排放量均来自燃煤，致使我国大气污染呈现煤烟型污染，仅每年因过量排放 SO2 造成的经济损失就在1100 亿元以上[2]。因此，基于煤在燃烧过程中排出大量的有害气随着能源和环境问题的日渐突出，煤炭脱硫受到了人们前所未有的关注，成为当前乃至未来研究的热点课题之一[3]。
煤炭脱硫技术总体上分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三大类。燃烧中脱硫主要指型煤固硫技术和循环硫化床脱硫技术，可脱除50%～60%的硫，效率不高，并存在易结渣、磨损和堵塞等难题；燃烧后脱硫又称烟气脱硫技术，属末端冶理，尽管脱硫率可高达90%，但其设备及运行费用极其昂贵，特别是废液二次处理问题等突出[4]。煤的燃烧前脱硫技术，由于其成本低、工艺简单等优点具有非常重要的意义。燃烧前脱硫又分为物理法、化学法和生物法三种，化学选煤方法和生物选煤方法虽然可以同时脱出煤中的无机硫和有机硫，但由于生产工艺复杂、生产周期长和易产生二次污染等因素，短期内难以实现工业化，而真正大规模应用于生产实际的只有物理法。
煤粉干式高梯度磁選脱硫技术就是一种基于煤（逆磁性）和煤系黄铁矿及其它矿物（顺磁性）的磁性差异而进行分离的物理脱硫技术。由于磁选脱硫技术能耗低、工艺设备简单，被国外有关专家认为是未来燃煤脱硫的主要工艺之一。
1、磁选脱硫的原理及研究现状
1.1 磁选脱硫的工作原理
煤中的硫分主要以无机硫（黄铁矿及硫酸盐硫）和有机硫两种形态存在。鉴于煤系黄铁矿和煤中绝大部分矿物质是顺磁性物质，而煤基质是逆磁性的，这就为煤粉磁选脱硫提供了条件。利用煤（逆磁性）和煤系黄铁矿及其它灰分矿物质（顺磁性）磁性的差异，在具有强大磁力分选空间中，受到磁力和机械力（包括重力、离心力、流体阻力等）的共同作用，沿不同的路径运动（如图1所示），实现煤与煤系黄铁矿和部分矿物质的分离[5]，从而达到脱硫的目的。因此，作用在顺磁性矿石上的磁力F1必须大于与磁力方向相反的机械力的合力F机，即F1>F机。
图1 磁选脱硫的工作原理图
在我国高硫煤中，黄铁矿硫一般占总硫量的50%以上，占无机硫的90%以上[6]。因此，脱出煤中的无机硫对脱硫技术意义重大。
1.2磁选脱硫技术的研究现状
自从1932年Frantz首次提出了采用磁选从煤中脱出黄铁矿的方法后，1943年的Gaudin[7]、1959的Flinter[8]等人分选黄铁矿的试验，但由于高梯度磁选机尚未问世，而黄铁矿作为一种弱的顺磁性物质，与煤基体之间的比磁化率差值并不显著，因此试验未取得良好的结果。随着高梯度磁选技术的发展，高梯度磁选脱硫技术得到了技术上的保证。美国、日本、瑞典、英国等国先后进行了高梯度磁选脱硫试验[8-9]。我国对煤炭磁选脱硫技术的研究起步较晚，1990中国矿业大学的郑建中等
人先后测定了不同种类的煤及煤系黄铁矿、煤中矿物质的比磁化率，并进行了煤浆湿法连续式高梯度磁选脱硫的试验研究。徐州环保所从1987年到1988年在国内首次开展了在实验室内的干法煤粉磁选脱硫的试验研究[10]。
应用高梯度磁分离技术对煤进行脱硫除灰分有湿法和干法两种。湿法磁选脱硫技术研究较成熟，脱硫率高（50-80%），但由于湿法的分选过程是在水中进行的，其后续煤泥水处理系统十分庞大，要配套相关的浓缩、分级、脱水、干燥等工序，工艺系统复杂，投资及运行成本均较高，且易造成新的环境污染。而干法分选技术不仅分选效果好，而且分选工艺简单，投资及运行成本都比较低，也不会造成新的污染[11]。因此，无论是从环境保护、技术工艺角度而言，还是从经济效益的角度而言，煤粉干式永磁高梯度磁选脱硫技术都是最有前景的脱硫工艺。
2、干法磁选试验研究
2.1 试验设备
本干式永磁高梯度磁选机主要由机架、机壳、主磁系、辅助磁系、分选腔保护套、给料漏斗和聚磁介质等部分组成（外观如图2所示）。采用软铁挤压导磁、铠装聚磁等手段的多面挤压的技术，把不同磁化方向和结构参数各异的磁块组合成特定的磁路结构，在较大幅度地提高了磁场强度的同时，获得了较宽分选空间。其分选空间为φ30mm时，对称中心轴线上的磁场强度可达1.3T。工作时，将磁选机平置或竖置，将直径略小于分选腔内径的聚磁介质筒置于分选腔内，而后通过给料漏斗将物料给入聚磁介质筒，物料可通过风力输送（干选）或以矿浆的形式（湿选）流经聚磁介质筒，磁选机水平放置时，物料可自上向下进入，也可自下向上进入，非磁性料顺利物通过聚磁介质的间隙成为非磁性产品，而磁性矿物则在磁场力的作用下吸附在聚磁介质上，待聚磁介质吸附饱和后，停止给料，将聚磁介质筒从分选腔中取出，吸附于聚磁介质上的磁性物料在自身重力作用下脱落成为磁性产品。
2.1试验结果及分析
结合干式永磁高梯度磁选机的特点及含有弱磁性粉体黄铁矿的煤粉的物性问题，本试验采用北宿煤和宜洛煤对干式高梯度磁选的脱硫效果进行研究，确定试验方案流程如图3：
根据方案进行试验，实验结果如表1所示：
根据表1绘制北宿煤、宜洛煤在不同粒度条件下精煤产率、脱硫率的变化图如图4。
由表1和图4可知：在对磨制煤粉的极弱磁性的煤系黄铁矿物质进行分选时，取得了良好的脱硫效果。其中，北宿煤和宜洛煤均在粒度级为100-200目（0.15mm-0.074mm）时精煤产率（95.61%、82.78%）和脱硫率（44.44%、42.03）达到较高水平，因此，可以将100-200目（0.15mm-0.074mm）做为两种高硫的煤粉脱硫最佳粒度范围。同时表明，煤粉直接干法高梯度脱硫效果明显，精煤产率也较高，具有较高的环境效益和经济效益。 图4 产率、脱硫率、降灰率与粒度的关系
3、结论
（1）对磨制煤粉中极弱磁性的煤系黄铁矿等物质未进行选前磁性强化而直接进行地分选实验表明：采用干式高梯度磁选对煤粉进行脱硫效果显著，若用于火电厂燃煤脱硫，实现微粉煤燃前深度脱硫，将可有效缓解我国煤烟型大气污染状况。
（2）和电磁磁滤器相比，永磁磁选脱硫耗能低，节省能耗约80﹪以上，且辅助设备少，操作维护方便，制造成本低、占地面积少，具有显著的市场优势。
参考文献
[1] 王卓雅，赵跃民，高淑玲.论中国燃煤污染及其防治[J] .煤炭技术， 2004，23（7）：4-6.
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[5] 謝广元.选矿学[M].徐州： 中国矿业大学出版社， 2005
[6] 刘鹏，焦红光，惠兵等. 高场强永磁磁滤器的设计[J].磁性材料及器件，2009，12：31-35.
[7] KELLAND D R， LAI-FOOKM， MAXWELL E， et a.l HGMS coal desulfurization with microwave magnetization enhancement [J]. IEEE Transactions on magnetic， 1988， 24 （6）： 2 434-2 436.
[8] HISE E C， HOLMAN A S， FRIEDLAENDER F J. Development ofhigh-gradient and open gradientmagnet separation of dry fine coal [J]. IEEE Transaction onmagnetics， 1981， 17 （5）： 3 314-3 316.
[9] VaclavZezulka，PavelStraka，PavelMucha.The permanent NdFeB magnets in the circuits for magnetic filter sand the first technological tests.Int.J.Miner.Process.2005，（78）：31-39.
[10] 朱申红，杨卫东，娄性义. 煤炭脱硫技术现状及高梯度磁分离技术在脱硫中的应用[J]. 青岛建筑工程学院学报，2001，22（2）：26-29
[11] 焦红光，丁连征，陈清如.细粒煤高梯度磁选脱硫技术的发展与思考[J].中国矿业， 2007， 14 （6）： 79-81.