Состав серы в угле
2026-02-28
I. Состав и распределение серы в угле
Серу в угле можно разделить на две основные категории в зависимости от ее химической формы: неорганическая сера и органическая сера. Небольшое количество также присутствует в виде элементарной серы. Соотношение этих трех типов значительно варьируется в зависимости от типа угля и условий углеобразования. Неорганическая сера обычно составляет 60–80% и является основной целью обработки для обессеривания; органическая сера, из-за ее прочной связи с органическим веществом угля, является наиболее сложной для удаления.
(I) Состав и гранулометрический состав неорганической серы
Неорганическая сера в основном состоит из пиритовой серы (FeS₂) (составляющей более 90% неорганической серы), за которой следует сульфатная сера (например, CaSO₄·2H₂O, FeSO₄) и следовые количества элементарной серы.
Пиритовая сера: существует как самостоятельный минерал с кубической или гексагональной кристаллической системой. Часто встречается в угольном пласте в виде узловатых, рассеянных или мелкодисперсных частиц. Распределение частиц пирита по размерам значительно варьируется: крупнозернистый пирит (>0,5 мм) в основном встречается в виде массивных или узловатых частиц в трещинах угольных пластов и легко удаляется путем физической сортировки; мелкозернистый пирит (<0,05 мм) плотно внедрен в органическое вещество угля, образуя даже «включения», требующие тонкого измельчения для достижения диссоциации отдельных частиц перед эффективным удалением. Например, размер частиц пирита в высокосернистом угле из провинции Гуйчжоу составляет в основном 0,05–0,1 мм, тогда как в некоторых коксующихся углях из провинции Шаньси размер частиц пирита может достигать 5–10 мм.
Сульфатная сера: в основном образуется в результате минерализации или последующего выщелачивания при образовании угля, существует в форме гипса, сульфата железа и т. д., составляя 5–10% от общего содержания серы. Ее можно удалить промывкой водой или кислотой, но ее промышленное значение ограничено.
(II) Химические формы и структурные характеристики органической серы. Органическая сера ковалентно связана с органическим веществом в угле и существует в таких формах, как тиофен, тиол (-SH) и сульфид (-S-), при этом тиофен составляет более 60% (например, бензотиофен, дибензотиофен). Его распределение равномерное и невидимое:
• Молекулярный уровень: Атомы серы непосредственно внедрены в ароматическую кольцевую структуру угля (например, тиофеновое кольцо) или действуют как функциональные группы боковых цепей (например, -S-, -SH), связанные с макромолекулярной сетью, что делает физическое разделение невозможным.
• Макроскопическое распределение: Органическая сера не имеет фиксированной формы в угле, накапливаясь синхронно с углеродом и водородом и увеличиваясь с увеличением степени углефикации (например, содержание органической серы в антраците может достигать более 50% от общего содержания серы). (III) Ограничения состава серы на процессы десульфуризации
Сложность удаления серы в различных формах значительно варьируется:
* Неорганическая сера (пирит): Может быть удалена путем физического разделения (с использованием различий в плотности и магнитных свойствах) или химического окисления (например, микробного окисления), при этом степень десульфуризации достигает 50–90%;
* Органическая сера: Требует химического разрыва ковалентных связей (например, растворения в щелочи или гидрирования) или биологической трансформации, при этом степень удаления обычно составляет менее 50%;
* Влияние размера частиц: Размер частиц пирита является ключевым ограничивающим фактором для физической десульфуризации — при размере частиц <0,02 мм эффективность традиционных методов, таких как гравитационное разделение и флотация, значительно снижается, что требует использования высокоградиентной магнитной сепарации или химической десульфуризации.
