蘭炭末制備冶金型焦過程焦煤的影響研究

蔣緒　侯黨社　于雪　張文亮　李珍珍

摘要：以廢棄蘭炭末為原料制備冶金型焦，文章重點(diǎn)研究了不同粒度、不同比例焦煤的加入對(duì)成品強(qiáng)度、孔隙率等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明小粒度焦煤顆粒對(duì)成品強(qiáng)度增加更明顯，且隨著焦煤加入量的增加，產(chǎn)品強(qiáng)度增加，孔隙率和固定碳含量也隨之增加，成品灰分有所降低。

關(guān)鍵詞：蘭炭末；型焦；焦煤

蘭炭，作為晉陜蒙寧地區(qū)的侏羅紀(jì)煤經(jīng)中（低）溫干餾工藝生產(chǎn)的固體炭質(zhì)材料，因其“三低、三高”的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于電石、鐵合金、氣化、高爐噴吹等工業(yè)領(lǐng)域。在蘭炭的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中，會(huì)產(chǎn)生粒度小于6 mm蘭炭末，這部分材料不僅利用經(jīng)濟(jì)效益低，而且大量堆積或直接燃燒更會(huì)造成粉塵、霧霾等更嚴(yán)重的環(huán)境污染。所以，對(duì)這部分材料的有效利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

課題組以蘭炭末為原料，使用自制的耐水性復(fù)合粘結(jié)劑，可使成品冷熱抗壓強(qiáng)度分別為4.98 MPa和2.55 MPa。劉文郁等用神府礦區(qū)半焦粉和不同種類的粘結(jié)劑，制備出了強(qiáng)度為二級(jí)或三級(jí)的冶金型焦。但焦粉是一種成型能力極差的材料，常溫幾乎不能成型，除了選擇性能良好的粘結(jié)劑與之充分混合之外，為了提升其強(qiáng)度加入一定比例的煉焦煤也是十分必要的。文章研究了以小于6mm的蘭炭末為原料，使用復(fù)合粘結(jié)劑，重點(diǎn)討論焦煤的加入對(duì)成品性能指標(biāo)的影響。

1試驗(yàn)部分

1.1原料

試驗(yàn)所用的蘭炭末取自神木縣某蘭炭企業(yè)，焦煤取自咸陽焦化廠，二者工業(yè)分析如表1所示。試驗(yàn)所用的石油瀝青由西安某石化企業(yè)提供。

1.2試驗(yàn)儀器

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（HG-9070A）、電子天平（YP3001）、電子萬用爐、WDW-300D電子萬能試驗(yàn)機(jī)、自制磨具。

1.3試驗(yàn)方法

將蘭炭末、焦煤和一定比例的粘結(jié)劑（石油瀝青+膨潤土）共20 g充分混合，攪拌均勻后加入自制磨具，再在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上用30 MPa壓力壓制成型，脫模后干燥得到成品。

1.4測(cè)試方法

測(cè)試樣品的抗壓強(qiáng)度分為冷態(tài)抗壓強(qiáng)度和熱態(tài)抗壓強(qiáng)度，測(cè)定方法見文獻(xiàn)。式樣孔隙率采用水煮法測(cè)定。工業(yè)分析按照國標(biāo)GBT 212—2008進(jìn)行。

2結(jié)果與討論

2.1焦煤粒度影響

焦煤屬于高粘結(jié)性煤，在受熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量穩(wěn)定的膠質(zhì)體，這可以使型焦的強(qiáng)度指標(biāo)增加，而且焦煤中的揮發(fā)分會(huì)以氣體的方式釋放，在釋放過程中遇到膠質(zhì)體的煤組分會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)各異的氣孔，焦煤加入量的多少以及其粒度的大小均會(huì)對(duì)型焦的孔隙率有著重要的影響，且焦煤在炭化過程中會(huì)發(fā)生二次熱解情況，而原料煤的粒度是影響二次熱解的重要因素。所以先研究焦煤粒度對(duì)強(qiáng)度和孔隙率的影響。焦煤的粒度選擇1～3 mm，<1 mm，加入20%，成型壓力30 MPa，成型后在900℃的條件下炭化2 h，分析型焦的抗壓強(qiáng)度和孔隙率，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，加入粒度較小的焦煤得到的型焦孔隙率較小，強(qiáng)度更高，這是因?yàn)樾×６冉姑嚎梢耘c蘭炭末更均一，堆密度更大，析出的膠質(zhì)和蘭炭末的混合更均勻，成品強(qiáng)度更高。

2.2焦煤加入量影響

選擇焦煤加入量分別為10%，20%，30%，40%，50%，分別研究其對(duì)型焦抗壓強(qiáng)度、I轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、孔隙率、灰分和固定碳的影響，結(jié)果如圖1～4所示。

結(jié)果表明，當(dāng)焦煤加入10%時(shí)，型焦強(qiáng)度達(dá)到5.98 MPa，這比僅加入粘結(jié)劑時(shí)上漲31.14%，隨著焦煤加入量的不斷增加，型焦的兩種強(qiáng)度指標(biāo)均有明顯的增大，焦煤加入50%時(shí)，型焦的抗壓強(qiáng)度和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度分別為10.36 MPa和58.41%。而且，隨著焦煤加入量的增多，型煤的孔隙率也成增大趨勢(shì)，這因?yàn)樾兔褐械膿]發(fā)份含量隨著焦煤的加入量而增加，型煤受熱后氣體分解的趨勢(shì)也增加，這造成了型焦孔隙率的增大。當(dāng)焦煤加入量從10%增加到50%時(shí)，型焦的孔隙率從48.48%增加到61.32%。除此之外，型焦的灰分由18.03%減少到12.57%，固定碳含量由78.67%增加到84.29%。

3結(jié)語

在以蘭炭末為原料生產(chǎn)冶金型焦的過程中，加入焦煤可以增加產(chǎn)品的強(qiáng)度，而粒度較小的焦煤對(duì)成品強(qiáng)度影響更大，并且隨著焦煤加入量的增加，產(chǎn)品強(qiáng)度增加顯著，孔隙率和固定碳含量也有所增加，灰分明顯降低。