淮南礦業(yè)1/3焦煤資源稟賦特點(diǎn)分析探討

馬 巖，劉國(guó)斌，徐秀麗，陸啟均，姜 雨，孟慶波

（1.中鋼集團(tuán)鞍山熱能研究院有限公司，遼寧 鞍山114044；2.淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司煤炭銷售分公司，安徽 淮南232001）

1/3焦煤是煤化程度中等、性質(zhì)介于氣煤、肥煤與焦煤之間的過渡性煤種[1]，揮發(fā)分28%～37%，黏結(jié)指數(shù)大于65，膠質(zhì)層最大厚度不大于25 mm[2]。目前，國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)焦煤、肥煤、瘦煤多為高硫煤，從配煤結(jié)構(gòu)搭建角度分析，硫分、灰分相對(duì)較低的1/3焦煤是配煤煉焦中的重要煤源。

淮河能源控股集團(tuán)目前擁有現(xiàn)代化大型礦井12對(duì)，其中淮南本土9對(duì)、內(nèi)蒙古鄂爾多斯3對(duì)，核定產(chǎn)能7610萬(wàn)t/a，通過積極調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，將淮南氣煤和1/3焦煤加工成煉焦精煤（稱為淮南礦業(yè)1/3焦煤）[3]，并注冊(cè)商標(biāo)“淮河一號(hào)”“淮河二號(hào)”“淮河三號(hào)”系列精煤產(chǎn)品，高效開發(fā)利用淮南礦區(qū)煤資源，2020年精煤產(chǎn)量達(dá)到693萬(wàn)t。本文將淮南礦業(yè)1/3焦煤與山東、黑龍江、內(nèi)蒙古、河北、山西等地區(qū)的1/3焦煤在煤質(zhì)指標(biāo)、煉焦特性等方面進(jìn)行比較分析，研究其資源稟賦特點(diǎn)。

1 淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤煤質(zhì)特點(diǎn)

1.1 常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)

選取淮南礦業(yè)1/3焦煤及35種典型的1/3焦煤進(jìn)行煤質(zhì)特點(diǎn)分析，其中產(chǎn)自山東8種、山西9種、黑龍江4種、河北7種、內(nèi)蒙古3種、蒙古國(guó)4種，求取同一省份和地區(qū)1/3焦煤各項(xiàng)指標(biāo)的平均值（以省份和地區(qū)名稱對(duì)所得數(shù)據(jù)命名），對(duì)淮南礦業(yè)1/3焦煤（包括淮河一號(hào)、淮河二號(hào)、淮河三號(hào)）與以上35種1/3焦煤的各項(xiàng)指標(biāo)求取平均值（命名為“平均值”），并與淮南礦業(yè)1/3焦煤的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。

在煉焦時(shí)，約有60%的硫從煤進(jìn)入焦炭，硫的存在使生鐵具有熱脆性，導(dǎo)致使用這些生鐵煉制的鋼不能軋制成材[3]。因此，在其他指標(biāo)合理的范圍內(nèi)，配合煤硫分越低越好?；茨系V業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)見表1。由表1可知，黑龍江地區(qū)1/3焦煤硫分平均值最低（0.33%），淮南礦業(yè)1/3焦煤的硫分較1/3焦煤硫分的平均值低0.33～0.38個(gè)百分點(diǎn)，處于1/3焦煤硫分的較低水平，在配煤煉焦中有利于降低配合煤的硫分，進(jìn)而降低焦炭的硫分；1/3焦煤灰分的平均值為8.74%，淮河三號(hào)灰分最低，為6.20%，在配煤煉焦中，可以有效降低配合煤灰分；淮南礦業(yè)1/3焦煤揮發(fā)分較高（淮河二號(hào)揮發(fā)分可達(dá)37.82%），與山東地區(qū)1/3焦煤接近[4]。

表1 淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的常規(guī)煤質(zhì)指標(biāo)

1.2 煤巖組成及反射率

淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的煤巖組成及反射率見表2。由表2可知，淮河一號(hào)、淮河二號(hào)鏡質(zhì)組平均最大反射率分別為0.932%、0.918%，變質(zhì)程度較高。此外，黑龍江、內(nèi)蒙古、蒙古國(guó)、山西、河北地區(qū)的1/3焦煤鏡質(zhì)組平均最大反射率均在0.910%以上，只有山東地區(qū)1/3焦煤的平均最大反射率為0.780%，變質(zhì)程度相對(duì)低，性質(zhì)接近于氣煤。從反射率標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，山東、蒙古國(guó)地區(qū)的1/3焦煤多為單一煤層煤，山西地區(qū)的平均最大反射率標(biāo)準(zhǔn)偏差平均值為0.190%，混煤現(xiàn)象比較嚴(yán)重，在使用中需要注意煤質(zhì)的穩(wěn)定性。1/3焦煤的鏡質(zhì)組質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為68.1%，黑龍江、河北地區(qū)1/3焦煤的鏡質(zhì)組含量高。

表2 淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的煤巖組成及反射率

1.3 黏結(jié)性與結(jié)焦性

黏結(jié)性和結(jié)焦性是評(píng)價(jià)煉焦用煤的重要工藝指標(biāo)。煤的黏結(jié)性是指煤在隔絕空氣的條件下加熱時(shí)，黏結(jié)其本身或外加惰性物質(zhì)的能力。煤的結(jié)焦性反映煙煤在干餾過程中軟化熔融黏結(jié)成半焦，以及半焦進(jìn)一步熱解、收縮，最終形成焦炭全過程的能力。良好的黏結(jié)性是結(jié)焦性好的必要條件。黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層指數(shù)、基氏流動(dòng)度、奧阿膨脹度指標(biāo)從不同的角度反映了煤在煉焦過程中產(chǎn)生膠質(zhì)體的數(shù)量和性質(zhì)。黏結(jié)指數(shù)表征了單種煤黏結(jié)惰性物質(zhì)的能力，膠質(zhì)層最大厚度反映膠質(zhì)體的數(shù)量，奧阿膨脹度（b值）可以反映膠質(zhì)體的透氣性與膨脹性，基氏最大流動(dòng)度反映了膠質(zhì)體的黏稠度，基氏流動(dòng)度軟固化區(qū)間反映了膠質(zhì)體的熱穩(wěn)定性。淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的黏結(jié)性與結(jié)焦性指標(biāo)見表3。

表3 淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的黏結(jié)性與結(jié)焦性指標(biāo)

由表3可知，淮河一號(hào)G值為92，Y值為23 mm，接近25 mm，b值為108%，基氏最大流動(dòng)度為31 253 dd/min，軟固化區(qū)間為102℃，指標(biāo)接近肥煤，且膠質(zhì)體數(shù)量大、流動(dòng)性好，具有良好的黏結(jié)性和結(jié)焦性。淮河二號(hào)G值為86，淮河三號(hào)G值為82?；茨系V業(yè)1/3焦煤的黏結(jié)性和結(jié)焦性指標(biāo)均處在中上水平，膠質(zhì)體數(shù)量大、流動(dòng)性好，軟固化區(qū)間寬，膨脹度較高，表現(xiàn)出優(yōu)良的黏結(jié)性和結(jié)焦性。山西地區(qū)1/3焦煤Y值平均值為18.1 mm，基氏最大流動(dòng)度平均值為7 679 dd/min，兩值均大于內(nèi)蒙古、蒙古國(guó)、山東、黑龍江、河北地區(qū)的1/3焦煤平均值，黏結(jié)指數(shù)G值為82，綜合分析，山西地區(qū)1/3焦煤的黏結(jié)性及結(jié)焦性較好。

1.4 灰成分分析

煤 的 灰 成 分 主 要 有S i O2、A l2O3、C a O、M g O、Fe2O3，還有少量的K2O、N a2O、SO3、P2O5等。煤的灰催化指數(shù)（M C I）[5]反映了煤灰成分中對(duì)焦炭在高爐中反應(yīng)起到催化作用的物質(zhì)含量比值。淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的灰成分和M C I分別見圖1、圖2。

圖1 淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的灰成分

圖2 淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的MCI

由圖1、圖2可知，淮南礦業(yè)1/3焦煤灰成分中對(duì)于碳溶反應(yīng)起催化作用的堿金屬氧化物K2O、Fe2O3的含量均低于平均值，M C I在所有地區(qū)1/3焦煤中最低，能夠降低焦炭的反應(yīng)性，提高焦炭質(zhì)量。

2 淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的煉焦特性

2.1 煉焦試驗(yàn)設(shè)備及方法

單種煤煉焦試驗(yàn)所用焦?fàn)t為40 kg試驗(yàn)焦?fàn)t，其設(shè)備參數(shù)及煉焦工藝參數(shù)如下：炭化室有效尺寸為長(zhǎng)450 mm、寬300 mm、高450 mm，利用硅碳棒電加熱，采用側(cè)裝側(cè)出式裝煤出焦煉焦，裝煤量為43 kg（干基），裝爐煤水分為10%、堆密度為750 kg/m3。

試驗(yàn)方法詳見YB/T 4526—2016《煉焦試驗(yàn)用小焦?fàn)t技術(shù)規(guī)范》附錄A[6]。

2.2 1/3焦煤試驗(yàn)焦?fàn)t煉焦所得焦炭質(zhì)量

淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的40 kg試驗(yàn)焦?fàn)t煉焦所得焦炭機(jī)械強(qiáng)度（M40、M10）、反應(yīng)性（C R I）及反應(yīng)后強(qiáng)度（C S R）分別見圖3、圖4。由圖3、圖4可知，淮河一號(hào)、淮河二號(hào)煉焦所得焦炭的機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)于各地區(qū)1/3焦煤煉焦所得焦炭平均值，淮河一號(hào)煉焦所得焦炭的反應(yīng)性低，反應(yīng)后強(qiáng)度高，淮河二號(hào)、淮河三號(hào)煉焦所得焦炭反應(yīng)性低于1/3焦煤煉焦所得焦炭反應(yīng)性的平均值、反應(yīng)后強(qiáng)度高于1/3焦煤煉焦所得焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度的平均值。綜合數(shù)據(jù)分析，淮南礦業(yè)1/3焦煤?jiǎn)为?dú)煉焦所得焦炭機(jī)械強(qiáng)度高，反應(yīng)性低，反應(yīng)后強(qiáng)度高。

圖3 淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的40 kg試驗(yàn)焦?fàn)t煉焦所得焦炭機(jī)械強(qiáng)度

圖4 淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的40 kg試驗(yàn)焦?fàn)t煉焦所得焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度

在焦炭光學(xué)顯微組織中，各向同性最易與CO2反應(yīng)，其次為細(xì)粒鑲嵌、中粒鑲嵌、粗粒鑲嵌、纖維組織。張雪紅等[7]認(rèn)為單種煤成焦光學(xué)組織結(jié)構(gòu)較優(yōu)的煉焦煤更有利于改善焦炭質(zhì)量?；茨系V業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的40 kg試驗(yàn)焦?fàn)t煉焦所得焦炭光學(xué)顯微組織見圖5。由圖5可知，1/3焦煤煉焦所得焦炭光學(xué)組織多為細(xì)粒鑲嵌、中粒鑲嵌，結(jié)合焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，淮南礦業(yè)1/3焦煤煉焦所得焦炭中粒鑲嵌含量高于其他1/3焦煤，易與CO2反應(yīng)的細(xì)粒鑲嵌含量極少，因此，淮南礦業(yè)1/3焦煤煉焦所得焦炭反應(yīng)性低于其他1/3焦煤，反應(yīng)后強(qiáng)度高于其他1/3焦煤。

圖5 淮南礦業(yè)及各地區(qū)1/3焦煤的40 kg試驗(yàn)焦?fàn)t煉焦所得焦炭光學(xué)顯微組織

3 結(jié) 論

3.1 與國(guó)內(nèi)不同地區(qū)1/3焦煤比較，淮南礦業(yè)1/3焦煤具有低硫、黏結(jié)性強(qiáng)、結(jié)焦性好的特點(diǎn)，在配煤中使用時(shí)可以增加配煤結(jié)構(gòu)中高硫主焦煤、高硫肥煤的利用空間，改善配煤結(jié)構(gòu)。

3.2 淮河一號(hào)是變質(zhì)程度較高的優(yōu)質(zhì)1/3焦煤，其兼具優(yōu)良的結(jié)焦性和黏結(jié)性，單獨(dú)煉焦所得焦炭機(jī)械強(qiáng)度高，反應(yīng)性低，反應(yīng)后強(qiáng)度高，同時(shí)為低硫煤，能夠有效降低配合煤硫分，提高焦炭質(zhì)量，可在煉焦煤硫分較高的地區(qū)和企業(yè)使用；在配煤中，可以用淮河一號(hào)替代部分焦煤或肥煤使用。

3.3 淮河二號(hào)揮發(fā)分較高，黏結(jié)性強(qiáng)，膠質(zhì)體流動(dòng)性較好，單獨(dú)煉焦所得焦炭的機(jī)械強(qiáng)度好，反應(yīng)后強(qiáng)度較高，且能降低配合煤硫分，保證焦炭質(zhì)量。結(jié)合煤質(zhì)及焦炭質(zhì)量，可將淮河二號(hào)作為降硫保質(zhì)的優(yōu)質(zhì)1/3焦煤使用，使用過程中，需關(guān)注其揮發(fā)分。

3.4 淮河三號(hào)1/3焦煤為低灰、低硫煤，在配煤中可以有效降低配合煤灰分、硫分。

3.5 不同地區(qū)1/3焦煤的煤質(zhì)差異較大，山東地區(qū)1/3焦煤揮發(fā)分較高，變質(zhì)程度相對(duì)低，性質(zhì)接近氣煤。山西地區(qū)1/3焦煤黏結(jié)性及結(jié)焦性較好，使用時(shí)需注意混煤的影響。黑龍江地區(qū)1/3焦煤硫分平均值最低。各用煤企業(yè)可以根據(jù)自身配煤結(jié)構(gòu)和地理位置選擇適合的1/3焦煤。