運(yùn)用鏡質(zhì)體反射率測定分析煤質(zhì)狀況

吳　琨，趙新玲，烏木提江

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司制造管理部）

運(yùn)用鏡質(zhì)體反射率測定分析煤質(zhì)狀況

吳琨，趙新玲，烏木提江

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司制造管理部）

文章介紹利用全自動智能巖相顯微系統(tǒng)測定焦煤中鏡質(zhì)組平均最大反射率值及分布，通過對幾種典型煉焦用煤的鏡質(zhì)體反射率分布圖及標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行煤質(zhì)分析，鑒定混煤及混煤程度。

煉焦用煤；鏡質(zhì)體反射率；分布圖；標(biāo)準(zhǔn)偏差

長期以來煉焦用煤常規(guī)的工業(yè)分析指標(biāo)有揮發(fā)分含量、粘結(jié)性指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度等，這些指標(biāo)雖然具有加和性，卻不能準(zhǔn)確反映煤質(zhì)變化的原因，無法鑒定混煤。目前煤的鏡質(zhì)組反射率及分布圖是公認(rèn)的最能全面、準(zhǔn)確地判斷煤變質(zhì)程度的指標(biāo)。

MCA SmartScope 2000 series型全自動智能煤巖顯微系統(tǒng)是一套專門用于煤巖顯微分析的儀器。采用目前煤巖自動領(lǐng)域最先進(jìn)的SmartLight多識別算法，實(shí)現(xiàn)了在準(zhǔn)確識別鏡質(zhì)體基礎(chǔ)上的高精度測量，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可滿足焦煤生產(chǎn)企業(yè)大批快檢的需要。

八鋼煤質(zhì)檢驗(yàn)采用全自動智能巖相顯微系統(tǒng)測定進(jìn)廠焦煤中鏡質(zhì)組反射率，利用反射率分布圖及分布范圍對幾種典型煉焦用煤進(jìn)行煤質(zhì)分析，確定其單煤或混煤狀況，為煉焦生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1　幾種煉焦煤鏡質(zhì)體反射率指標(biāo)測定

煤的鏡質(zhì)體反射率測定原理：在顯微鏡油浸物鏡下，對鏡質(zhì)體拋光面上的有限面積內(nèi)垂直入射光的反射光（波長=546nm）用光電轉(zhuǎn)換器測定其強(qiáng)度，與已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在相同條件下的反射光強(qiáng)度進(jìn)行比對。在粉煤光片測得鏡質(zhì)組隨機(jī)平均反射率ran；最大反射率max值及反射率分布。平均隨機(jī)反射率與平均最大反射率的統(tǒng)計(jì)關(guān)系為：當(dāng)時(shí)當(dāng)為2.5％-6.5％時(shí)，

需要指出的是，肥煤和1/3焦煤的平均反射率值和反射率分布圖基本重合。用反射率平均值和反射率分布圖無法區(qū)分肥煤和1/3焦煤，必須借助粘結(jié)指數(shù)G、膠質(zhì)層最大厚度Y值作為肥煤的輔助判定指標(biāo)，嚴(yán)格要求

圖1所示為五種煤的鏡質(zhì)組反射率標(biāo)準(zhǔn)分布圖示例。

表1　不同變質(zhì)程度煙煤鏡質(zhì)組反射率劃分區(qū)間

圖1　煉焦單種煤反射率分布圖

從圖1五種單種煤標(biāo)準(zhǔn)分布圖可以看出：同一煤層的純凈單種煤其鏡質(zhì)組反射率呈正態(tài)分布，標(biāo)準(zhǔn)偏差S很小，一般小于0.1。從單種煤的鏡質(zhì)組反射率分布圖可以鑒別出煤的混煤現(xiàn)象以及單種煤的牌號和變質(zhì)程度。

需要說明的是：不同煤種煤質(zhì)鏡質(zhì)組平均最大反射率值有重疊現(xiàn)象，但總體來說，鏡質(zhì)組反射率變化與煤分類之間有良好的相關(guān)性，兩者存在內(nèi)在關(guān)系。

圖2　混煤反射率分布圖

從圖2兩種標(biāo)準(zhǔn)混煤分布圖看出，當(dāng)反射率分布圖中出現(xiàn)了寬峰或多峰，標(biāo)準(zhǔn)偏差增大，就可以推斷出混煤及其混煤程度。通過對鏡質(zhì)組反射率分布圖進(jìn)一步分析，可以判斷混入了什么煤種的煤，以及混入了多少。

鏡質(zhì)組反射率分布圖是鑒定混煤的唯一方法。反射率分布范圍、標(biāo)準(zhǔn)差S、凹口數(shù)目是區(qū)分混煤組合特征的有效指標(biāo)，其中尤以凹口對區(qū)分混煤最為靈敏。目前，對鏡質(zhì)組反射率分布圖（如圖1、2所示），國標(biāo)GB15591-1995中做如下界定：a.單種煤標(biāo)準(zhǔn)差S≤0.1，無凹口；b.簡單混煤準(zhǔn)差0.1≤S≤0.2，無凹口；d.復(fù)雜混煤標(biāo)準(zhǔn)差S≥0.2，帶2個凹口及2個以上凹口的混煤。

2　幾種典型煉焦用煤巖相檢測及分析討論

煤光片的制作：制取有代表性煤樣（粒度小于1mm，粒級小于0.1mm不能超過總量10％）。按照煤粉：鑲嵌粉：2：1的比例熱成型后，經(jīng)過粗磨、細(xì)磨、拋光，制作成表面顆粒組分清晰、無劃痕、整體為一個平面的煤光片。

顯微測定：在儀器校準(zhǔn)之后，將樣品整平，放入推動尺中，滴上油浸液并聚焦。從測定范圍的一角開始，用推動尺微微推動樣品，直至十字絲中心對準(zhǔn)一個合適的鏡質(zhì)體測區(qū)。應(yīng)確保測區(qū)內(nèi)不包含裂隙、拋光缺陷、礦物包體和其他顯微組分碎片，而且應(yīng)遠(yuǎn)離顯微組分的邊界和不受突起影響，測區(qū)外緣10微米以內(nèi)無黃鐵礦、惰質(zhì)體等高反射率物質(zhì)。將光線投到光電轉(zhuǎn)換器上，記錄旋轉(zhuǎn)過程出現(xiàn)的反射率讀數(shù)。

2.1測定鑒別不同變質(zhì)程度的單種煤

在相同條件下，按照統(tǒng)一取樣制樣方法標(biāo)準(zhǔn)分別對A、B、C、D、E焦煤進(jìn)行鏡質(zhì)組反射率測定。測得各煤最大平均反射率值、標(biāo)準(zhǔn)差S（見表2），鏡質(zhì)組反射率分布圖3。

圖3　ABCDE煤反射率分布圖

表2　各單種煤最大平均反射率值、標(biāo)準(zhǔn)差S

從圖3上的測定結(jié)果分析得到表2，所測得的A、B、C、D、E均為單種煤，標(biāo)準(zhǔn)差S均小于0.1，圖形呈正態(tài)分布，與標(biāo)準(zhǔn)鏡質(zhì)組反射率分布圖例一致，均屬于單一煤層。其中，A煤的反射率分布范圍在0.40％～0.80％，為氣煤；B煤反射率分布范圍在0.55％～0.90％，為氣肥煤；C煤反射率范圍在0.60％ ～0.95％，為三分之一焦煤；D反射率范圍在1.00％ ～1.45％，為肥煤；E煤反射率范圍在1.40％～1.60％，為焦煤。

可以看出，不同變質(zhì)階段的單種煤最大平均反射率值均有所不同，隨著變質(zhì)程度的增高，反射率分布范圍向右移動，最大平均反射率值也隨之增大。

2.2利用鏡質(zhì)組反射率測定鑒別簡單混煤

在相同條件下，按照統(tǒng)一取制樣方法，分別對不同批次進(jìn)廠BC14#、KDK煤進(jìn)行鏡質(zhì)組反射率測定，反射率分布見圖4，表3。

圖4　混煤反射率分布圖

表3　混煤最大平均反射率值、標(biāo)準(zhǔn)差S

根據(jù)測定結(jié)果圖表4，分析其煤質(zhì)結(jié)構(gòu)：從BC14#（圖4中1#）煤反射率測定結(jié)果分析，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.1≤S≤0.2，分布范圍較大，無凹口，參照國標(biāo)可判定為簡單混煤。其中分布在1.20％～1.70％約占81.4％的為瘦煤，分布在1.70％～2.00％約占28.6％左右的為高變質(zhì)程度的貧瘦煤。

從KDK（圖4中2#）煤的反射率分布圖直觀看出，是由兩種不同變質(zhì)程度的煤混合而成。標(biāo)準(zhǔn)差測值S≥0.2。參照國標(biāo)可判定為帶1個凹口的簡單混煤。其中反射率分布0.50％～1.00％的三分之一焦煤，約占52.8％；反射率分布在1.00％～1.50％的瘦煤約占47.2％。

2.3測定鑒別不同變質(zhì)程度的復(fù)雜混煤

2.3.1DWK煤鏡質(zhì)組反射率測定

DWK煤鏡質(zhì)組反射率測值分布見圖5。

圖5　DWK煤反射率分布圖

從DWK煤鏡質(zhì)組反射率測值直方分布圖可以看出，煤中分別混有0.40％～0.80％氣煤，約占1.0％，反射率范圍在0.60％～0.95％的三分之一焦煤，約占6.0％；反射率范圍在0.80％～1.30％的肥煤，約占37.4％；反射率范圍在1.25％～1.50％的焦煤，約占47.0％；反射率范圍在1.5％～1.70％的瘦煤，約占9.0％。其中肥煤、焦煤、1/3焦煤反射率在0.7％～1.25％重疊部分較多，占55.7％，其分布呈正態(tài)狀，方差S和凹口較小。綜合上述，DWK煤是由氣煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤混合而成，具2個凹口以上的復(fù)雜混煤。

2.3.2DWK煤工業(yè)分析

分別在相同條件下，按照統(tǒng)一取樣方法標(biāo)準(zhǔn)分5次對不同批次進(jìn)廠DWK煤進(jìn)行揮發(fā)分、粘結(jié)指數(shù)測定。試樣批次編碼為DWK 1、DWK2、DWK3、DWK4、DWK5。測得各批次揮發(fā)分（Vadf）、粘結(jié)指數(shù)（G）數(shù)值、波動曲線見表4，圖6

表4　不同批次采樣揮發(fā)分、粘結(jié)指數(shù)值波動對照

圖6　Vdaf、G波動曲線

由圖6表4所示數(shù)值，DWK煤的揮發(fā)分波動差值在1％～3％，而煤的粘結(jié)性波動較大，差值在6～18。由此可以看出，不同批次進(jìn)廠DWK煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)呈現(xiàn)波動狀，從工業(yè)分析中無法究其原因所在。然而從對DWK煤鏡質(zhì)組反射率測定（圖5）分析出，每批次單種煤混入量變化導(dǎo)致了DWK煤質(zhì)指標(biāo)相對不穩(wěn)定。

綜上所述，通過對不同批次的DWK混煤結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)DWK煤質(zhì)指標(biāo)雖有一定波動，但合理搭配后的每批次單種煤混煤結(jié)構(gòu)，在滿足八鋼焦化煉焦用煤指標(biāo)同時(shí)，供煤方也降低了配煤成本。煉焦生產(chǎn)所用配合煤，其結(jié)構(gòu)也分別是由氣、肥、焦、瘦等不同變質(zhì)階段單種煉焦煤配合而成，與多種混煤的DWK煤趨勢相同，因此DWK煤廠方的配煤方法值得借鑒。

3　鏡質(zhì)組反射率鑒別混入非焦煤礦物質(zhì)

焦煤在開采及裝運(yùn)堆卸過程中，會有混入雜料的現(xiàn)象。在對MG焦煤進(jìn)行鏡質(zhì)組反射率測定中，發(fā)現(xiàn)該煤的平均最大反射率值無異常，鏡質(zhì)組反射率圖呈單一正態(tài)分布。但在鏡下觀察到：該煤混有形態(tài)呈團(tuán)塊狀，泛紅色、白色耀光的物質(zhì)，鑒別為混入非焦煤的礦物質(zhì)，約占20％-25％。通過全自動智能煤巖顯微系統(tǒng)捕獲自拍，可觀其特征圖片，見圖7。

圖7　混入非焦煤的礦物質(zhì)鏡下特征圖片

從MG煤的工業(yè)分析上，也驗(yàn)證了非焦煤類礦物的混入。該MG煤呈規(guī)律性的灰分含量由7％～8％升高至20％；揮發(fā)分含量由17％～18％上升至20.22％。粘結(jié)性由65～70降至43，與鏡下巖相顯微特征分析結(jié)論一致。

4　結(jié)束語

運(yùn)用全自動智能巖相鏡質(zhì)體反射率測定分析煤質(zhì)狀況，不僅可以對煉焦用煤中的單種煤質(zhì)進(jìn)行評定，關(guān)鍵是能夠?qū)唵位烀汉蛷?fù)雜混煤加以識別和鑒定。同時(shí)，對于煉焦用煤在開采及裝運(yùn)堆卸過程中，混入非焦煤類礦物質(zhì)現(xiàn)象也起到了鑒別作用。

通過鏡質(zhì)組反射率直方圖和煤巖組成等指標(biāo)分析，深層理解煤鏡質(zhì)組反射率與煤種之間關(guān)系以及相同變質(zhì)程度煤之所以屬于不同煤種的內(nèi)在原因，較好地把控了DWK這樣的混合煤以及焦化生產(chǎn)中配合煤的煤質(zhì)，及時(shí)對配煤結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理調(diào)整和優(yōu)化；在穩(wěn)定和提高焦炭質(zhì)量的前提下，減少高成本煤的耗用量，增加低成本煤的配入量，起到了降本增效的作用。

［1］潘立慧，魏松波.煉焦技術(shù)問答.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］國標(biāo)煤的鏡質(zhì)體反射率測定方法（GB/T6948-2008）.

Determination and Analysis of Coal Quality by Vitrinite Reflectance

WU Kun，ZHAO Xin-ling，WU-mutijiang
（Manufacturing Management Department，Bayi Iron&Steel Co.，Baosteel Group）

This paper introduces the determination and distribution of average maximum vitrinite reflectivity and distribution of coking coal by automatic intelligent petrographic microscope system，Based on the analysis of the reflectance distribution and the standard deviation of some typical coal for coking coal，the degree of the mixed coal and the blended coal were identified.

coking coal；vitrinite reflectance；distribution map；standard deviation

TQ533.9

A

1672—4224（2016）01—0009—05

聯(lián)系人：吳琨，女，49歲，工程師，烏魯木齊（830022）寶鋼集團(tuán)八鋼公司制造管理部理化中心
E-mail：jhhyzyq@bygt.com.cn