煤及焦炭標準樣品國內(nèi)外發(fā)展概況

王雪瑩 王冰瑩

(濟南眾標科技有限公司，濟南 250101)

目前我國是世界上鋼鐵、煤炭、鋁的生產(chǎn)大國，同時又是消耗大國。根據(jù)國際能源組織最近統(tǒng)計，全世界的煤炭資源約為20萬億噸，其中美國、俄羅斯、中國等世界前10位主要含煤國的資源量約占世界總資源量的95%，而中國的探明儲量是世界第3位，為11 450千萬噸，占世界11.6%。世界煤炭消耗量每年為30億噸，中國煤炭每年的消耗量為10億噸，消耗速度非?？?。煤炭作為基礎(chǔ)原料應(yīng)用廣泛，而作為煤、焦炭質(zhì)量監(jiān)控標尺的標準樣品在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域起著重要作用。以下筆者對國內(nèi)外煤及焦炭標準樣品的發(fā)展情況進行綜述。

1 我國的煤炭分類和國際煤炭分類狀況

我國的國家標準GB 5751規(guī)定了中國煤炭分類情況[1]，國際標準ISO 11760規(guī)定了國際煤炭分類情況[2]。具體分類如下：

(1)中國煤炭分類總表中，將煤的干燥無灰基揮發(fā)分(Vdaf)和透光率(PM)作為劃分無煙煤、煙煤和褐煤的指標。

(2)無煙煤的分類表中，將干燥無灰基揮發(fā)分(Vdaf)和干燥無灰基氫(Hdaf)含量作為劃分無煙煤類別的指標(一號、二號與三號)。

(3)煙煤的分類表中，將干燥無灰基揮發(fā)分(Vdaf)、粘結(jié)指數(shù)(G)、膠質(zhì)層最大厚度(Y)和奧阿膨脹度(b)劃分煙煤類別，將煙煤劃分為12類(貧煤、貧瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣肥煤、氣煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤與長焰煤)。

(4)根據(jù)透光率(PM)和恒濕無灰基高位發(fā)熱量劃分褐煤的類別(一號與二號)。

我國的國家標準GB/T 1996-1994規(guī)定了冶金焦炭的分類技術(shù)指標為干基灰分、全硫、干燥無灰基揮發(fā)分、水分、抗碎強度與耐磨強度[3]。

在國際煤炭分類標準中，主要包括以下內(nèi)容：

ISO 11760認為干基灰分Ad<50%、全水分Mt<75%以及鏡質(zhì)組平均最大反射率Rv,max<8.0%的可以界定為煤。

據(jù)煤的變質(zhì)程度(由鏡質(zhì)組反射率表示)將煤分為3個大類(低階煤、中階煤和高階煤)、10個亞類(褐煤C、褐煤B、次煙煤、煙煤D、煙煤C、煙煤 B、煙煤 A、無煙煤 C、無煙煤 B和無煙煤A)。

按煤的巖相組成(以鏡質(zhì)組含量表示)將煤分為4類：低鏡質(zhì)組含量煤、中等鏡質(zhì)組含量煤、中高鏡質(zhì)組含量煤和高鏡質(zhì)組含量煤。

按煤中無機物含量(以干基灰分產(chǎn)率表示)將煤分為5類：特低灰煤、低灰煤、中灰煤、中高灰煤和高灰煤。

可見國際煤炭分類參數(shù)指標主要為鏡質(zhì)組反射率(表示煤的變質(zhì)程度)、鏡質(zhì)組含量(表示巖相組成)、干基灰分產(chǎn)率(表示煤中礦物質(zhì)含量)，而中國煤炭分類參數(shù)指標為干燥無灰基揮發(fā)分和干燥無灰基氫含量(表示煤化程度)，粘結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度、奧阿膨脹度、恒濕無灰基發(fā)熱量和透光率(表示煤的工藝性能指標)。

2 我國的煤、焦炭標準樣品現(xiàn)狀

煤炭標準樣品作為標準樣品領(lǐng)域的重要類別在許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。截止2009年5月，我國發(fā)布的國家級煤標準樣品(GSB)42個，國家級焦炭標準樣品(GSB)19個；國家級煤標準物質(zhì)66個，其中一級標準物質(zhì)(GBW)35個，二級標準物質(zhì)GBW(E)31個; 國家級焦炭標準物質(zhì)21個，其中一級標準物質(zhì)(GBW)7個，二級標準物質(zhì)GBW(E)14個。統(tǒng)計結(jié)果見表1和表2。

由表1、表2可見，我國發(fā)布的國家級煤、焦炭標準樣品/標準物質(zhì)的總量為148個，國家一級煤、焦炭標準樣品/標準物質(zhì)數(shù)量占絕對優(yōu)勢。國家二級煤標準物質(zhì)的數(shù)量與一級標準物質(zhì)接近，而二級焦炭標準物質(zhì)的數(shù)量大于一級。相對于我國的煤炭儲量與產(chǎn)消量來說，以上煤與焦炭標準樣品/標準物質(zhì)滿足不了廣大用戶的多方位需求。我國目前的煤、焦炭標準樣品的技術(shù)指標基本包括了國標中煤炭分類要求的大部分技術(shù)指標，但是表示煤的變質(zhì)程度的參數(shù)(如煤的鏡質(zhì)組反射率)和某些工藝性能如透光率、奧阿膨脹度、膠質(zhì)層厚度等沒有相關(guān)的煤炭標準樣品。我國曾發(fā)布一組鏡質(zhì)組反射率標準物質(zhì)(國家編號GBW 13401～GBW 13404)，材質(zhì)是用石榴石、藍寶石和K9玻璃制成。晶體、寶石、玻璃因其較好的反射與折射性、吸收率小、抗腐蝕能力強、易存放等諸多性能優(yōu)點作為標準片來測定煤的鏡質(zhì)組反射率。但是作為標準物質(zhì)的晶體與寶石原材料價格昂貴，因此應(yīng)該考慮用優(yōu)質(zhì)煤炭作為原材料，通過改進制片工藝、做成煤炭鏡質(zhì)組反射率標準樣品。

表1 我國已發(fā)布的國家級煤、焦炭標準樣品統(tǒng)計

表2 我國已發(fā)布的國家級煤、焦炭標準物質(zhì)統(tǒng)計

注：表中標準物質(zhì)的統(tǒng)計時間截止2009年5月。

由于煤炭在空氣中氧化對奧阿膨脹度、膠質(zhì)層厚度的測定結(jié)果影響很大，測定奧阿膨脹度的煤炭樣品在3天內(nèi)有效，充氮或放冷藏儲存，有效期為一周。而測定膠質(zhì)層厚度的煤炭樣品制樣后測定樣品結(jié)果穩(wěn)定期不超過半個月。煙煤粘結(jié)指數(shù)在空氣中隨時間變化，煤質(zhì)氧化程度的變化也較快，一個月內(nèi)粘結(jié)指數(shù)變化最快。故以上幾項指標的標準樣品/標準物質(zhì)制備難度很大。

我國目前的煤炭標準樣品的技術(shù)指標主要為物理特性與化學成分標準樣品，而焦炭的機械強度參數(shù)——抗碎強度、耐磨強度和工藝性能參數(shù)——焦炭顯氣孔率、焦炭落下強度、反應(yīng)性、反應(yīng)后強度和真相對密度等沒有相應(yīng)的標準樣品。

3 國外煤、焦炭標準樣品的發(fā)展現(xiàn)狀

美國、加拿大、南非等國家的煤、焦炭標準樣品相對較多。美國國家標準局NIST有煤中微量元素標準樣品、煤中汞、氯、氟標準樣品和煤飛灰中微量元素標準樣品，加拿大有石油焦、瀝青焦標準樣品。表3列出了國外發(fā)布的煤、焦炭(石油焦、瀝青焦)標準樣品，由表3可見，國外含微量元素的煤、焦炭(石油焦、瀝青焦)標準樣品較多，而且定值元素廣泛，包括稀土元素等多項指標。

因煤中汞對地表與地下水資源與土壤地質(zhì)資源保護意義重大，含汞的煤標準樣品有利于環(huán)保監(jiān)測與控制，國外有專門的硫與汞系列化煤標準樣品。

煤灰與煤飛灰中有益與有害元素的標準樣品可指導煤灰(煤飛灰)資源的再生利用與有效使用。石油焦、瀝青焦物理性能與化學成分系列化標準樣品可指導石油化工行業(yè)副產(chǎn)品的重復回收利用。國外煤與焦炭(石油焦、瀝青焦)標準樣品在資源的有效利用、環(huán)境保護方面貢獻較大。

表3 國外發(fā)布的煤、焦炭(石油焦、瀝青焦)標準樣品統(tǒng)計

注：表中標準樣品的統(tǒng)計時間截止2008年底。

4 煤、焦炭標準樣品的發(fā)展趨勢

(1)作為石油化工行業(yè)的副產(chǎn)品——石油焦、瀝青焦標準樣品的研制成為當務(wù)之急。該類標準樣品不僅包括石油焦、瀝青焦標準樣品的物理性能，還包括微量元素成分。

(2)煤中汞的標準樣品。汞作為環(huán)境保護與監(jiān)控的重要技術(shù)指標，已滲入人們?nèi)粘Ｉ铑I(lǐng)域的各個方面，汞的指標直接關(guān)系著人們的健康安全。煤、焦炭中系列化的汞標準樣品目前急需。

(3)系列化的單元素或單成分標準樣品。根據(jù)不同用戶的需要，單元素系列化標準樣品例如硫或碳氫氮更適合用戶專一性的使用特色要求。

(4)煤與焦炭中各種形態(tài)硫的標準樣品。煤中硫?qū)捊?、氣化、燃燒都十分有害。煤中不同形態(tài)的硫?qū)γ嘿|(zhì)有不同的影響，在選煤時脫硫效果也不相同。煤中各種形態(tài)硫的標準樣品可指導煤中硫的成因、產(chǎn)狀、形態(tài)、特性、反應(yīng)性、含硫官能團、脫硫方法及其回收利用途徑等的研究，有效地利用煤炭資源。各種形態(tài)硫包括硫化鐵硫、硫酸鹽硫、有機硫、全硫等標準樣品。

(5)含微量元素的標準樣品。煤、焦炭中含Se、 Sc、Ba、 B、Cs、 Ga、Zr、U、Te及稀土等元素成分的標準樣品目前國內(nèi)仍是空白。

(6)煤灰(煤飛灰)中多元素成分與氧化物標準樣品，如含SrO、BaO的標準樣品缺乏。

(7)煤的系列化透光率標準樣品目前仍是空白。

(8)煤與焦炭巖相顯微分析、機械強度、工藝性能(如氣孔率、反應(yīng)性、焦炭落下強度、反應(yīng)后強度和真相對密度等)標準樣品缺乏。

5 結(jié)語

我國的煤及焦炭標準樣品在質(zhì)量監(jiān)控、量值傳遞、方法的評價、材料賦值等方面發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。在科技迅猛發(fā)展的今天，資源節(jié)約與環(huán)境保護是目前面臨的重大問題。作為煤炭生產(chǎn)與消耗大國，標準樣品生產(chǎn)者應(yīng)該主動響應(yīng)國家“創(chuàng)建資源節(jié)約型和諧社會”的號召，在標準樣品主管部門的領(lǐng)導下，在該領(lǐng)域?qū)崒嵲谠诘刈鲂┕ぷ?，共同推進我國煤炭標準樣品市場快速進步發(fā)展。

[1] GB 5751-1986 中國煤炭分類[S].

[2] ISO 11760:2005 Classification of coals [S].

[3] GB/T 1996-1994 冶金焦炭[S].