煤中灰分和硫分洗选迁移模拟结果分析

1.选煤

煤层形成时混入了各种矿物杂质，煤层开采时混入顶底板及夹矸，运输装卸时又混入其他杂质，如水、木材、金属、泥沙等杂物，这不符合用户的要求。选煤就是利用煤与矿物杂质间物理化学性质的不同，设法除去或减少煤中的矿物杂质，把煤分成不同质量和规格的产品，以适应不同用户的要求。如炼焦用煤，要求低灰低硫，具有好的结焦性，炼出高质量的焦炭，才能用于炼铁燃烧用煤要求一定的热值，并且硫含量不能过高，以减少燃煤时产生的SO2和SO3对环境的污染。我国原煤的含矸量一般为20%～30%，经洗选后，矸石就地抛弃或利用，可节省大量的运输费用。不同规格和质量的产品供给不同的用户，做到资源的合理利用，如精煤供焦化厂，中煤供电厂，块煤供火车或化肥厂，末煤供电厂，以减少破碎煤的能耗。目前我国有洗煤厂约300多座，人洗原煤每年近3×108t。选煤的方法主要是重力选煤，即利用煤与矸石的密度不同(煤的密度为1.2～1.8g/cm3，矸石的密度一般为2.6～5.0g/cm3)把煤与矸石分开，如跳汰洗煤(占60%)、重介质洗煤(占23%)等方法。其次是浮游选煤(占14%)，它是利用煤与矸石表面湿润性的不同(煤疏水、矸石亲水)而把它们分开，该方法适于粒度＜0.5mm的粉煤。此外，还有特殊的选煤方法，如静电选、磁选、摩擦选、风选、滚筒碎选、人工拣矸等(占3%)。

2.煤可选性的评价方法

把矿物杂质从煤中分离出来以达到工业用煤要求的难易程度称煤的可选性。目前我国评价煤可选性的方法是用±0.1邻近密度物出率来评定煤的可选性，＜10%为极易选煤，10%～20%为易选煤，20%～30%为中等可选煤，30%～40%为难选煤，＞40%为极难选煤。分选过程中，产物间污染最严重的是分选密度附近的物料，即分选密度高0.1和低0.1这一范围内的产物，这种产物越多，煤越难选。

评价煤可选性时需要采煤样5～10t，进行筛分和浮沉试验，并据其结果进行评价。采样可在矿井下进行，如无矿井，可用打钻孔的方法解决。

(1)煤的筛分试验

把原煤样用不同筛子进行筛分，研究各种粒度的产率和质量。不同的原煤，粒度组成不同。可据煤的粒度组成，了解煤层的产块率，大于50mm级煤的含矸率，不同粒度煤的产率和质量，为选择炼焦用煤和洗选工艺提供可靠的资料。

筛分试验用筛孔为100，50，25，13，6，3，1，0.5mm的筛子由大至小逐级筛分，得出＞100，100～50，50～25，25～13，13～6，6～3，3～1，1～0.5，＜0.5mm等9个级别的产品，分别称重，并测定它们的水分(Mad)、灰分(Ad)、硫分(St，d)、挥发分(Vdaf)和发热量(Qgr，d)等。对大于50mm级的各级别，应首先分为煤、夹矸煤、矸石和黄铁矿4种产品，并称重，求出产率，测定水分、灰分、硫分、挥发分、发热量等指标。粒度组成可用筛分粒级特征曲线表示，见图72，图中凹形曲线表示原煤中细粒级数量多，凸形曲线表示粗粒级数量多，近于直线形表示粗细粒级分布均匀。

图7-2 筛分试验曲线

(2)煤的浮沉试验

煤的浮沉试验是按筛分所得各粒级分别进行的，也可把几个粒级混合在一起进行，如50～0.5mm级等。浮沉试验的目的是了解不同密度级的产率和质量，以确定煤可选性的好坏，并作为洗煤厂生产设计的依据。

浮沉试验是在装有不同密度液的桶中进行的。密度分别为1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8和2.0g/cm3，分装在7个桶中。用带有筛网(筛孔小于0.5mm)作底的桶中装上煤样，先浸入密度为1.3g/cm3的桶中，稍搅拌，密度小于1.3g/cm3的煤粒上浮，密度大于1.3g/cm3的煤粒下沉。用网勺捞起密度小于1.3g/cm3的煤粒，称重，并分析水分、灰分、硫分、挥发分、发热量等指标。把装煤样桶的密度液空干，放入密度为1.4g/cm3的桶中，密度为1.3～1.4g/cm3间的煤粒浮起，其余煤粒沉下。用网勺捞起密度为1.3～1.4g/cm3的煤粒，称重，并分析水分、灰分等各种化学指标，空干密度液，再把煤样桶放入密度液为1.5g/cm3的桶中，依上述方法，从1.5，1.6，1.7，1.8g/cm3一直做到密度为2.0g/cm3。这样便得出密度为＜1.3，1.3～1.4，1.4～1.5，1.5～1.6，1.6～1.7，1.7～1.8，1.8～2.0和＞2.0g/cm3等8个密度级的产率和质量，并把结果列入表713中，得1，2，3栏中的数据。然后计算浮煤累计产率及质量(注意灰分要加权平均)，得出表中4和5栏的数据。再计算沉煤的累计产率和质量，要从表的下部往上部计算(灰分要加权平均)，得出表中6和7栏数据。再计算密度为1.3，1.4，1.5，1.6，1.7和1.8g/cm3时的±0.1g/cm3邻近密度物出量，便得到表中第8和9两栏的数据。据浮沉试验结果表便可制作煤的可选性曲线图(图7-3)。

绘制可选性曲线图用200mm×200mm坐标纸，左侧由上至下表示浮煤产率百分比，右侧从下往上表示沉煤产率百分比，下部横坐标从左向右表示灰分，上部横坐标从右向左表示浮沉试验密度，图中共有5条曲线，即浮物曲线β，沉物曲线θ，灰分特性曲线λ，密度曲线δ，密度±0.1曲线ε(图7-3)。

图7-3 可选性曲线

表7-11 50～0.5mm级原煤浮沉试验综合表

1)浮物曲线(β曲线):表示浮物的产率与质量的关系，由表7-11的4和5两栏的数据作出。可查出某一精煤灰分时的产率，或要求精煤的产率为多少时的灰分。

2)沉物曲线(θ曲线):表示沉物产率与质量的关系，由表7-11的6和7两栏数据作出。可查出某一沉物灰分时的产率。

3)灰分特性曲线(λ曲线):表示原煤中灰分的变化情况。取每一密度级产率的中点连成圆滑的曲线。曲线上每一点代表该点煤的灰分，图7-3左上角AB代表原煤中密度最小煤的灰分，图下方CD代表原煤中密度最大煤(矸石)的灰分。从A曲线上可看出煤灰分的变化速率和可选性的好坏，λ曲线呈凹形，说明低灰分煤多，精煤回收率高，高灰分与低灰分煤易分开，可选性好λ曲线呈凸形，说明高灰分煤多，精煤回收率低A曲线呈约45°斜线下降，表示低高灰分煤逐渐变化，可选性差。

4)密度曲线(δ曲线):表示分选密度与浮物、沉物的产率及质量的关系，由表7-11上8和4两栏数据作出。从δ曲线上，可找出任一分选密度时浮物和沉物的产率和灰分，或任一浮物产率时的分选密度。

5)密度±0.1曲线(ε曲线):表示分选密度与±0.1密度物产率的关系，由表7-11上第8和9两栏数据作出。在分选密度附近的煤粒越多，即±0.1密度物产率越多，煤越难选。如表711中，采用分选密度为1.4g/cm3时，±0.1g/cm3密度物产率，即密度为1.30～1.50g/cm3的煤粒产率为66.29%，为极难选煤如采用分选密度为1.6g/cm3时，±0.1密度物产率为7.72%，为极易选煤。可以看出，同一种煤，由于采用的分选密度不同，其可选性差别很大。故ε曲线可帮助我们选择合适的分选密度，并预知煤可选性的好坏。从可选性曲线还可评定选煤效率，即把实际精煤产率与理论精煤产率进行比较便可得出。

3.影响煤可选性的因素

1)煤中矿物的成分、颗粒大小、数量及分布特点对煤的可选性影响很大。如果矿物呈结核状、团块状、粒度大，尤其是黄铁矿、菱铁矿的密度大，则易选出如果矿物呈细分散状散布煤中，粒度小，尤其是细分散状黏土矿物，如其泥化性强，易形成悬浊液，则煤难选。

2)煤岩组成也影响煤的可选性。含镜煤、亮煤多的煤，一般易选，而含暗煤、丝炭多的煤一般较难选。

3)可选性与煤的粒度有关。大粒级煤一般较易选，而小粒级煤较难选，焦煤、瘦煤脆度大，易碎，一般可选性较差。

4)可选性与分选密度有关。采用不同的分选密度，煤的可选性差别很大。考虑分选密度时，既要考虑精煤的回收率，也要考虑精煤灰分的高低，还要考虑到可选性的好坏。

2 提高煤炭利用效率，节约能源煤炭质量提高，将显著提高煤炭利用效率。一些研究表明：炼焦煤的灰分降低1%，炼铁的焦炭耗量降低2.66%，炼铁高炉的利用系数可提高3.99%；合成氨生产使用洗选的无烟煤可节煤20%；发电用煤灰分每增加1%，发热量下降200～360J/g,每度电的标准煤耗增加2～5g；工业锅炉和窑炉燃用洗选煤，热效率可提高3%~8%。

3 优化产品结构，提高产品竞争能力发展煤炭洗选有利于煤炭产品由单结构、低质量向多品种、高质量转变，实现产品的优质化。我国煤炭消费的用户多，对煤炭质量和品种的要求不断提高。有些城市，要求煤炭硫分小于0.5%，灰分小于10%，若不发展选煤便无法满足市场要求。

4 减少运力浪费

由于我国的产煤区多远离用煤多的经济发达地区，煤炭的运量大，运距长，平均煤炭运距约为600公里，煤炭经过洗选，可去除大量杂质，每入洗100Mt原煤，可节省运力9600Mt.km。洗选方式一般有跳汰工艺、重介工艺、风力选煤等

煤中有害元素通过洗选释放到大气圈、水圈和岩石圈，会污染地表水、地下水、大气，也会降低土壤质量，进而危及生态环境平衡及人体健康。有害元素在水-土壤-生态环境系统中迁移富集的能力以及对表生环境的污染程度，受元素本身地球化学特性及表生环境介质性质等因素的控制。由本章前面的分析可知，煤中有害元素在洗选过程中主要向中煤、煤泥（尾煤）、煤矸石及洗后水中迁移富集，因而对这些洗选产物的处置及深加工应该引起高度重视。

1.煤和煤泥中有害元素富集的环境效应

测试数据显示，煤中有害元素通过洗选明显向中煤和煤泥富集，如煤泥中Se，Zn，St，d，Hg，Ba，As的平均富集率超过100%，其他绝大部分有害元素的富集率都超过50%（表6-6）。如果用煤泥作为民用或热电厂燃料，产生的环境危害将远比直接燃烧要大得多。下面，以As为例，简要阐述其对环境的影响。

As是煤中挥发性较强的有毒元素，煤燃烧时大部分砷形成剧毒的砒霜（As2O3）和As2O5化合物侵入大气环境，一部分残留在灰渣和飞灰中。在雨水淋滤过程中，灰渣和飞灰中残留的As部分向水、土壤环境迁移转化。在我国新疆、内蒙古、贵州等地，发生过由于环境中砷含量过高导致“地方性砷中毒”的实例（蒋玲等，1996）。早在1965年到1966年，贵州省织金县就出现过砷中毒75例，安冬等（1992）又一次证实织金县As中毒事件属于煤烟污染型砷和氟联合中毒。在四川省巫山县，也发现煤烟型氟砷联合中毒事件，8～12岁儿童60份头发样和尿样中砷都偏高，超过对照样一倍多（朱岚等，1999）。

研究表明，上述中毒事件燃煤烟尘在室内聚集造成的，当地煤中As的含量并不高，只有（6.20±1.41）×10-6，可室内飘尘的砷含量竟高达2.299mg/m3。因而，对煤泥的处置，应加强管理，杜绝用煤泥作燃料。

2.煤中有害元素向洗后水中迁移的环境效应

前已述及，安太堡煤中Cr，Sr，Pb，V，Mn的洗选溶出率大于50%，可见煤中这些有害元素易释放到水中去。安太堡煤样洗后水中Pb的浓度为0.0513mg/L，超过生活饮用水卫生标准0.05mg/L（GB5749—85）；Mo的浓度为0.0239mg/L，超过美国灌溉水推荐浓度0.01 mg/L。

安太堡、公乌素煤样洗后水中V的浓度分别为0.1573mg/L和0.1175mg/L，均超过地面水有害物质最高允许浓度0.1 mg/L（TJ36—79）。由此表明，煤炭洗选会对水质造成较大的污染，对洗后水如不经处理随意排放，其中的高浓度有害元素必然会对环境和人体健康造成危害。

3.煤矸石中有害元素迁移的环境效应

煤矸石既可随采煤过程排出地面，也可通过洗选被进一步聚集。煤矸石产量占原煤产量的10%～30%，产量极其巨大。我国每年排放矸石约1.5亿～2亿吨，截至1995年底已在地表堆积30亿吨以上，占地约22 万公顷。在已堆积的1500 余座矸石山中，近300座发生过自燃或正在发生自燃。如此之多的煤矸石，不仅占用了大量土地，而且由于淋滤作用和自燃作用产生的有毒物质，使土壤、大气、水体遭受严重污染。

例如，乌达矿区某矿煤矸石山自燃，排出 SO2和 H2S 的最高日平均浓度达10.69mg/m3，使该地区呼吸道疾病发病率明显高于周边地区。再如，铜川矿务局13个矿中有6个矿的矸石堆发生自燃，导致矸石山周围地区SO2和TSP等严重超标，在自燃矸石山周围工作5年以上的职工都患有不同程度的肺气肿病。自燃矸石山附近寸草不生，稍远处树木、作物也受酸害。所以，煤矸石是矿区主要的污染源之一，治理煤矸石山的污染也是煤矿区环境治理的重要任务之一。

煤矸石中有害元素可以通过燃烧向环境中的迁移。一般认为：常温下（25℃）煤矸石中黄铁矿可以发生氧化反应（4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2+3412kJ）；如果供氧不足，则释放出硫磺（4FeS2+3O2→2Fe2O3+8S +917kJ）；如果有水参与，还会产生硫酸（2SO2+O2→SO3+189.2kJ，SO3+H2O→H2SO4+79.5kJ），从而加剧氧化。这些放热反应形成的热量在矸石山内部不易扩散，热量积聚超过煤的燃点时就产生自燃，一座矸石山自燃可长达十余年至几十年。自燃后，矸石山中部温度800～1000℃，矸石融结，同时向大气中释放出含有害微量元素，SO2，CO2，CO，H2S等的气体和可以致癌的稠环芳香化合物，造成大气污染。据阳泉矿务局监测，矸石自燃后大气中 CO 浓度为125.9mg/m3，SO2为19mg/m3，大大超过大气最低标准要求。葛银堂（1996）对通过燃烧模拟实验，得出煤矸石中几种有害元素的自燃挥发率，并认为就山西各主要矿区煤矸石自燃物排放浓度而言，除部分样品Cd不超过规定外，其余元素均超过工业污染源评价标准，构成工业污染源。

煤矸石中有害元素对水环境的污染，主要通过直接污染和间接污染两种方式。直接污染是指煤矸石中有害元素直接进入水环境中，如Hg，As等进入水环境中，没有改变自身的价位和性质，仍保持原有的化学毒性。间接污染是指从煤矸石中释放到水环境中的微量元素浓度并不高，或在煤矸石中没有毒性，但在淋滤作用过程中发生物理化学、化学或生物变化，其价位发生升高或降低，或改变了水环境的性质，这种方式又称二次污染。余运波等（2001）认为，山东部分煤矸石堆放区附近水体中微量元素有害成分，如Be，U，Mn，Sr，Mo，Ni，F等存在超标或浓度过高的现象。葛银堂（1996）对山西部分矿区煤矸石进行淋滤实验后发现：与地面水Ⅴ类标准相比，淋滤水中超标的元素有Se，Zn，Mn，F，Fe等；以生活饮用水标准评价，Se，Zn，Cr，Mn，F，Fe等元素超标。White等（1984）认为，As，Cd，Se，Pb等元素的淋出浓度常常超过水质标准，而Hg 的淋滤较低，不会造成危害。

崔龙鹏等（1998）通过研究认为，煤矸石中淋溶出的有害元素 Cd，Pb，Hg，Cr，As，Cu，Zn等，会对接纳水体构成一定的污染。这些元素的毒性很大，能在环境和动植物体内蓄积，引起急慢性中毒，造成肝、肾、肺、骨等组织的损害，会侵害人体呼吸、血液循环、神经和心血管系统，甚至能够致畸、致癌、致死，对人体健康产生长远的不良影响。对淮南某矿煤矸石淋溶水的研究结果表明，除Hg外，上述其他元素含量均大大超过国家第一类污染物最高允许排放浓度，这些有害元素的排放与转移，必然会对塌陷区积水及周围水系造成严重污染。

煤矸石中有害元素可以通过风化、淋滤及其他作用向土壤环境中的迁移。Longmiro曾对多种元素进行土柱实验，发现Pb，Zn，Cd，Hg，Cr，Cu，Ni等的阳离子在土壤中发生沉淀和交换作用，迁移能力相对较低。刘桂建等（1999）认为，Cu在土壤中的迁移能力弱于Zn和Pb。李林涛等（1991）对山东某煤矿矸石堆与周围土壤中的Hg进行了对比分析，发现Hg在周围土壤中的浓度高于土壤对照点中的浓度，说明煤矸石中Hg对土壤的污染效应还是较为明显的。煤矸石中有害元素的淋滤排放浓度受雨水和其他汇水量大小的控制，一般要按淋滤水最大量来计算。计算结果表明：在山东兖州矿区济宁二号井和三号井，年排放矸石为56.76万吨和70.59万吨，在pH=7的情况下，两矿井煤矸石每年向土壤中排放As的数量分别为5.676 kg和7.059 kg。

就鄂尔多斯盆地北缘-晋北地区来看，根据国家土壤质量环境标准（GB15618—1995），部分煤层顶底板中有害元素含量的统计结果见表6-13，与世界土壤元素含量平均值及土壤质量环境三级标准的比较结果见图6-20。国标中列出标准含量的元素种类较少，故在研究区只有Cd的含量超过土壤质量环境三级标准，其他元素无法比较。然而，与世界土壤元素含量平均值比较，发现研究区煤矸石中有害元素Cd，Hg，As，Pb，Cu，S，Se，U，Th，Mo及Ba的含量相对较高。其中，国标中没有列出的元素仅有 S，Se，U，Th，Mo及Ba，表明除个别元素（如Cd）外，研究区煤矸石对土壤的直接污染不是很大，与前述推论一致。

表6-13 研究区煤矸石中部分有害元素的含量　（wB/10-6）

图6-20 鄂尔多斯盆地北缘-晋北地区煤矸石中有害元素的含量（S含量单位为%）

进一步而言，鄂尔多斯盆地北缘-晋北地区煤矸石中Cd的含量明显高出土壤背景值（陕西省农业土壤背景值0.118μg/g）及土壤质量环境三级标准，表明Cd对土壤环境存在污染潜势。

在开始成本效益分析前了解成本现状十分重要。你需要权衡每一项投资的利弊。如果可能的话，再权衡一下不投资会有什么影响。不要以为如果不投资成本就会变高。许多情况下，虽然新投资可获得巨额利润，但是不投资的成本相对更小

对一项投资进行成本效益分析的步骤：

1.确定购买新产品或一个商业机会中的成本；

⒉确定额外收入的效益；

⒊确定可节省的费用；

⒋制定预期成本和预期收入的时间表；

⒌评估难以量化的效益和成本。

前三个步骤十分简单明了。首先确定与商业风险相关的一切成本——本年度主要的成本以及下一年度的预计成本。额外收入也许是由于顾客数量的增加或现有顾客购买量的扩大。为了解这些收入的效益，一定要将与收入相关的新成本考虑在内，最后就可以考虑利润了。可节省费用显得简单一些，至少在某种意义上反映了利润的增加，可直接计入利润。然而，有时可节约费用也有微妙之处，更难确认。可节约费用可以来自各种渠道，以下列举的一些渠道比较便于量化：

更有效的加工：这意味着减少加工过程需要的人数，或者说简化加工步骤，甚至于缩短每一步骤所用的时间。

更精确的加工：要求减少修正错误的时间和尽量避免客户的流失。

下一步，为以下两个要素——即成本和收入或可节约费用——制订出相关一段时期内的计划。你希望何时该成本发生？成本的增量是多少？你期望何时获得效益（额外收入或可节约费用）？效益增值是多少？

成本效益分析举例

某公司为了改善经营，打算购买一套商业智能软件，该公司用成本效益分析来判断此举是否正确。

1．在成本方面有：

软件的价格成本，

雇用技术咨询人员安装和运行软件的成本，

培训软件操作人员的成本，

2．在效益方面有：

提高了的业务流程（导致年度经营总成本下降），

由于信息供给更为有效，公司决策更为科学（导致额外的现金流），

由于使用现代化软件，员工士气得到提升。

水煤浆效益分析

1.8-2.2吨水煤浆代替1吨重油，1吨水煤浆到厂价750-850元左右，而1吨重油价3000元以上，使用2吨水煤浆其价格相当于1吨重油的50%，直接济效益十分可观。

节能效益

水煤浆燃烧效率高（95-98%以上），另外水煤浆燃烧系统（密闭储存、运输）损耗低，燃烧控制方便，负荷调节范围大，节能效果显著，燃用水煤浆具有与燃油基本相同而优于燃煤的低负荷稳燃性能和调节能力，可节约20%左右。

环境效益

水煤浆为洗选后的精煤制成，灰、硫等有害物质远低于常规动力煤和其它工业用煤：水煤浆燃烧温度比燃油和燃煤粉低的100-200℃，可大大减少SO2的析出和NOX的生成，减少污染物的排放。

安全效益

水煤浆运输，储存和泵送的过程基本是在常温下全密封状态下进行，燃烧前的所有过程均因其含有30%左右水分为非易燃烧体，相对于燃油和煤粉的易燃，易爆性来说，其使用过程中的安全性得到了很大的提高。

效率效益

相对于燃煤锅炉，由于不设置储煤、上煤系统，可使企业在设备运行，检修管理方面节省很大的工作量，减少人力和资金的投入。同燃油相比，水煤浆在御储、供方便简单、安全、可靠、便于管理。因此，可节省很多人力物力，提高生产效率。

场地效益

工业锅炉燃用的煤共灰份大约28-30%左右，需占用较大的灰场，占用大量土地。并且灰场二次扬尘对大气造成污染。而燃用水煤浆一般灰份7%以下，灰场占地小，相当容量灰场仅为燃煤灰场的25%。

成本效益分析是通过比较项目的全部成本和效益来评估项目价值的一种方法，成本—效益分析作为一种经济决策方法，将成本费用分析法运用于政府部门的计划决策之中，以寻求在投资决策上如何以最小的成本获得最大的收益。

设计的各个方面都需要考虑成本效益原则。做设计决定时，不要只根据成本参数，而不充分考虑从互动中实现的效益。通过仔细观察、焦点群体座谈会和可用性测试核实目标人口成本效益的直觉。

在许多情况下，这种特点和组成部分通过增加系统的复杂性提高设计的互动成本。为避免这种情况，观察真实的目的环境中同该设计或类似设计互动的人们。

在设计的形成期间，如果不能做自然观察，焦点群体座谈会和可用性测试在评估成本效益方面很有价值。

扩展资料

常用于评估需要量化社会效益的公共事业项目的价值，非公共行业的管理者也可采用这种方法对某一大型项目的无形收益进行分析。在该方法中，某一项目或决策的所有成本和收益都将被一一列出，并进行量化。

成本控制绝对不仅仅是单纯的压缩成本费用，它需要与宏观经济环境、企业的整体战略目标、经营方向、经营模式等有效结合。

需要建立起科学合理的成本分析与控制系统，让企业的管理者全面、清晰地掌握影响公司业绩的核心环节，全面了解企业的成本构架、盈利情况，从而把握正确的决策方向，从根本上改善企业成本状况，真正实现有效的成本控制。

参考资料来源：百度百科-成本效益分析