典型神木低黏结性烟煤的岩相与煤质特征相关性
刘诗薇
1
，陈俞瑾
1
，邹冲
1
，折媛
1
，张哲
1
，黄琪琪
1
，李彦雄
2
(1. 西安建筑科技大学冶金工程学院， 陕西 西安 710000；
2. 内蒙古正能化工集团有限公司， 内蒙古 鄂尔多斯 017200)
为了探索神木低变质煤应用于炼焦的可能性，将神木低变质煤划分为低黏结性煤和无黏结性煤，并对神木地区的低黏结性煤和无黏结性煤的岩相特征参数，即镜质组随机反射率(R
ran
)和煤的显微组分构成进行了测定，探索煤的岩相特征参数与其工业分析结果之间的相关性，系统分析煤的微观组织与其煤质特征之间的关系。结果表明，神木低黏结性煤的岩相特性与煤质特征存在一定的相关性，其活惰比和镜质组含量(∑V)与挥发分(V
daf
)、固定碳(F
Cd
)均呈现正相关，而神木无黏结性煤岩相特性与灰分(A
d
)之间呈正相关、与固定碳(
F
Cd
)呈负相关、与其余煤质特征之间则没有明显相关性；无黏结性煤的
R
ran
与水分(M
ad
)呈正相关，低黏结性煤的
R
ran
与
M
ad
无明显相关性；低黏结性煤和无黏结性煤的
R
ran
与挥发分均无明显相关性；低黏结性煤和无黏结性煤的
R
ran
、活惰比和∑V与焦油产率、热稳定性均无明显相关性，但低黏结性煤的焦油产率和热稳定性普遍高于无黏结性煤。研究结果为神木低变质程度煤在冶金领域的高效分级分质利用提供理论基础和技术支持。
低黏结性煤； 无黏结性煤； 活惰比； 镜质组含量； 镜质组随机反射率
神木地区煤储量丰富，多具有低灰、低硫、低磷特征，近年来，有学者尝试将其应用于冶金领域来替代高灰、高硫的部分煤种，进而降低喷吹煤、冶金焦中的硫、灰含量和企业成本，提高企业经济效益。但神木地区煤种多为低变质程度煤，受传统煤质分类方式的限制，在冶金领域的应用较少，目前仍主要作为动力煤使用。随炼焦煤资源日趋紧张，将低变质程度煤引入配煤炼焦领域的研究逐渐增多。相关研究表明，部分优质的低变质程度煤，可少量配入炼焦煤，取代其中的高硫、高灰煤种，进而节约优质炼焦煤，减少冶金焦的硫、灰含量，这与传统煤质分类及应用方式存在差异。为细化低变质程度煤分类，实现低阶煤在冶金领域的高效分级分质利用，需探索低变质煤是否具有黏结性条件下微观结构与宏观煤质特性的相关性，进而探索同为低变质程度煤的神木低黏结性煤与无黏结性煤不同黏结性之间的差异性。
目前，配煤炼焦领域已经做过许多将低变质煤配入炼焦的尝试，包括将不同地区的低变质煤按一定比例配入传统炼焦煤、捣固焦进行炼焦和配型煤炼焦等。上述研究均以传统煤质分类方法为主，将所有低阶煤按挥发分或黏结性指数（G值）区分为无黏结性煤和低黏结性煤，并认为无黏结性煤配入后会导致炼焦效果变差，焦炭质量不稳定。而本课题组通过对煤的干馏试验发现，神木低变质煤中有部分煤种呈现出低黏结性的现象，这部分煤的焦渣特性检测值略高于其他煤。本研究以此发现为基础，依据煤的焦渣特性，将神木典型低变质煤进一步划分为低黏结性煤和无黏结性煤，并从微观和宏观角度对低黏结性煤和无黏结性煤的性质进行系统分析。
煤的黏结性对结焦过程具有直接影响。煤具有多组分性，不同的煤岩微观组分构成会使其呈现不同的性质，从而呈现的黏结性不同。煤的岩相分析可以检测其微观组分的光学特性，确定煤的镜质组随机反射率和煤的显微组分。煤的显微组分是指其在光学显微镜下观察到的组分，分为镜质组、惰质组、壳质组和矿物质，其中，镜质组和壳质组在受热膨胀、熔融过程中伴有一定量的胶体物质和液相产出，这是煤炭具有黏结性和焦油产出的主要来源。煤的镜质组反射率和显微组分构成与煤黏结性、挥发分以及焦炭的热性能等之间具有密切相关性，因此本研究选择岩相分析作为微观分析方法对神木煤进行分析。
煤的基础特性包括原煤的挥发分含量、热稳定性、固定碳含量、水分、焦油产率以及焦渣特性等原煤本身的属性，是了解煤特性进而指导煤应用的重要宏观指标。建立煤的工业分析结果与其微观性质之间的相关性是进一步了解煤质特性、细化低变质程度煤分类、实现低阶煤在冶金领域的高效分级分质利用的重要途径，因此本研究选择工业分析方法作为宏观分析进行分析。
研究对神木地区的16种典型低变质煤(低黏结性煤和无黏结性煤)进行了镜质组随机反射率及其分布区间和显微组分的测定，并探究其微观光学特性(镜质组随机反射率和显微组分)与工业分析所体现的宏观煤质特征之间的规律，考察了无黏结性煤与低黏结性煤微观与宏观性能之间的差异，通过建立微观与宏观性能之间的关联性，探寻神木地区低黏结性煤的应用前景，以便于更好地评价和合理利用低变质煤并细化其分类，进而为神木低变质程度煤在冶金领域(如兰炭冶炼、喷煤、配煤炼焦等)的高效分级分质利用提供理论基础和技术支持。
1)随着活惰比和∑V的增加，低黏结性煤的挥发分呈现减少的趋势，固定碳呈现增加的趋势，其热稳定性和焦油产率均未呈现出与活惰比的相关性；无黏结性煤的固定碳呈现减少的趋势，其挥发分、热稳定性和焦油产率均未呈现出与活惰比的相关性。
2)无论镜质组随机反射率如何变化，低黏结性煤的挥发分均大于33.5%且普遍高于无黏结性煤，而无黏结性煤的水分随着镜质组反射率的增加呈现增加的趋势。
3)低黏结性煤和无黏结性煤的焦油产率在9%处有明显分界；低黏结性煤热稳定性的平均值始终大于无黏结性煤。
4)神木低黏结性煤在热解过程中产生液相，其基础特性结果和岩相分析的活惰比与无黏结性煤呈现出明显不同的相关性，且焦油产率、热稳定性均高于无黏结性煤。神木低黏结性煤由于部分液相的产生，使其整体性质与无黏结性煤不同，在应用过程中不应视为同一类煤，特别是对于炼焦工艺，低黏结性煤明显优于无黏结性煤，这在冶金焦生产工艺中应予以充分考虑。
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