華北石炭二疊紀(jì)肥煤梯度密度分選產(chǎn)物的黏結(jié)特性實(shí)驗(yàn)研究

鄭 毅

(兗州煤業(yè)股份有限公司 選煤管理中心，山東 鄒城 273500)

0 引 言

我國(guó)煉焦煤已查明的資源儲(chǔ)量約為2 800億t，僅占中國(guó)煤炭資源總量的27%。其中經(jīng)濟(jì)可采的煉焦煤儲(chǔ)量?jī)H646億t左右，還不到煉焦煤查明資源儲(chǔ)量的20%，真正可生產(chǎn)和建井的資源量比例較低[1]。在中國(guó)的煉焦煤資源中，低變質(zhì)程度的氣煤和1/3焦煤占中國(guó)煉焦煤資源的45.73%，焦煤和瘦煤(包括貧瘦煤)各占23.61%和15.89%，肥煤(包括氣肥煤)所占比例相對(duì)最少(僅為12.81%)[2]。

肥煤是煉焦配煤中的基礎(chǔ)煤種之一，熱解過(guò)程中可產(chǎn)生較多的膠質(zhì)體，黏結(jié)性能好，可在較多地配入弱黏結(jié)性氣煤和瘦煤等情況下生產(chǎn)出合乎質(zhì)量要求的焦炭。加熱過(guò)程中肥煤能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，其熱穩(wěn)定性比氣煤和1/3焦煤好，黏度大，在半焦收縮的過(guò)程中可產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，故產(chǎn)生一定的橫裂紋后焦炭易碎成碎塊，用肥煤煉出的焦炭其熔融性好[3]。

雖近年來(lái)我國(guó)煉焦煤產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但也存在不少問(wèn)題。我國(guó)煉焦精煤生產(chǎn)中，基礎(chǔ)煉焦配煤即焦煤和肥煤產(chǎn)量的比例不足。我國(guó)的煉焦煤資源主要賦存于石炭二疊紀(jì)，隨著上組煤(山西組)煤炭資源的大量開(kāi)采，下組煤的灰分、硫分顯著增高，煉焦煤的煤質(zhì)有下降趨勢(shì)，對(duì)我國(guó)煉焦煤產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)不利影響[4]。

以下對(duì)華北石炭二疊紀(jì)煤田某肥煤礦區(qū)的煤質(zhì)特性進(jìn)行詳細(xì)研究，并利用梯度密度分選實(shí)驗(yàn)，研究肥煤不同密度級(jí)產(chǎn)物的黏結(jié)特性，以期對(duì)肥煤用作煉焦配煤提供數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)用煤的煤質(zhì)特征

實(shí)驗(yàn)用肥煤選自華北某石炭二疊紀(jì)煤田，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分別測(cè)試灰分、全硫、揮發(fā)分、黏結(jié)指數(shù)、鏡質(zhì)體反射率以及煤巖顯微組分含量，詳見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用肥煤的煤質(zhì)特性

Table 1 The characteristics of the fat coal used for experiment

Ad/%St,d/%Vdaf/%GR.I顯微組分/%鏡質(zhì)組惰質(zhì)組殼質(zhì)組礦物Romax/%24.161.4623.927765.920.4-13.71.31

1.2 梯度密度分選實(shí)驗(yàn)

對(duì)原煤進(jìn)行-1.40 g/cm3減灰實(shí)驗(yàn)，測(cè)試精煤樣品的灰分、全硫、揮發(fā)分、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層指數(shù)、自由膨脹序數(shù)(CSN)、奧阿膨脹度、吉氏流動(dòng)度、鏡質(zhì)體反射率以及煤巖顯微組分含量。

借鑒密度梯度離心等方法[5-7]，以ZnCl2為分選介質(zhì)并進(jìn)行梯度密度分選實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所采用的密度級(jí)分別為1.28 g/cm3、1.30 g/cm3、1.32 g/cm3、1.34 g/cm3、1.36 g/cm3、1.38 g/cm3和1.40 g/cm3，分別測(cè)試黏結(jié)指數(shù)和奧阿膨脹度。

2 結(jié)果與討論

2.1 精煤與原煤的煤質(zhì)對(duì)比

經(jīng)過(guò)-1.40 g/cm3減灰后，精煤的煤質(zhì)特征及煤巖特征見(jiàn)表2、表3。

表2 實(shí)驗(yàn)用肥精煤的煤巖特征

Table 2 The petrographic characteristics of washed fat coal for experiment

顯微組分/%鏡質(zhì)組惰質(zhì)組殼質(zhì)組礦物Romax/%95.71.0-3.31.31

表3 實(shí)驗(yàn)用肥精煤的煤質(zhì)特征

Table 3 The characteristics of washed fat coal for experiment

Ad/%St,d/%Vdaf/%GR.IY/mmCSNb/%MF/ddpm8.860.7925.2292.7268172.527000

經(jīng)過(guò)對(duì)比可知，肥煤浮煤的灰分比原煤明顯降低，浮煤的鏡質(zhì)組含量比原煤明顯富集[8-11]，導(dǎo)致浮煤的揮發(fā)分產(chǎn)率比其原煤增高1.30%，浮煤的黏結(jié)指數(shù)(GR.I)比原煤高20個(gè)單位。

2.2 梯度分選產(chǎn)物的黏結(jié)特性

肥煤梯度密度分選實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，其黏結(jié)指數(shù)、奧阿膨脹度以及奧阿膨脹度特征溫度隨密度級(jí)的變化規(guī)律如圖1～圖3所示。黏結(jié)性指標(biāo)均以-1.28 g/cm3級(jí)浮煤的值最高，其b值可達(dá)243.3%，GR.I值為99.6；密度為1.28 g/cm3～1.30 g/cm3級(jí)、1.30 g/cm3～1.32 g/cm3級(jí)浮煤的b值則依次降至229.2%、174.2%，GR.I值也同樣依次降至98.2、97.5，而到1.38 g/cm3～1.40 g/cm3級(jí)浮煤的b值降為90.8%，GR.I值降為85.6。ΔT越大,表明其黏結(jié)性越好。奧阿膨脹度的T3和ΔT則均隨著分離密度級(jí)的增加而降低,如-1.28 g/cm3級(jí)和1.28 g/cm3～1.30 g/cm3級(jí)浮煤的ΔT均為130 ℃，密度為1.30 g/cm3～1.32 g/cm3級(jí)以后的各級(jí)浮煤的ΔT則依次降至127 ℃、114 ℃、108 ℃和107 ℃。

表4 肥煤梯度分選產(chǎn)物的黏結(jié)特性

Table 4 The plastic characteristics of the gradient separation of the fat coal

密度級(jí)/(g·cm-3)GR.Ib/%軟化溫度T1/℃膨脹溫度T2/℃固化溫度T3/℃ΔT/℃-1.2899.6243.33624054951301.28～1.3098.2229.23644084941301.30～1.3297.5174.23694134911271.32～1.3497.0172.53604134741141.34～1.3696.0153.33684064771081.36～1.3896.1145.83714164781071.38～1.4085.690.8368417477109<1.40(平均)92.7172.5363411477114

注:T3與T1之差值為ΔT。

圖1 肥煤的黏結(jié)指數(shù)隨密度級(jí)的變化規(guī)律

圖2 肥煤的奧阿膨脹度隨密度級(jí)的變化規(guī)律

圖3 肥煤的膨脹度特征溫度隨密度級(jí)的變化規(guī)律

以肥煤的黏結(jié)指數(shù)(GR.I)和奧阿膨脹度(b)與浮沉密度級(jí)(L)進(jìn)行回歸分析，可得:

GR.I=144.14-35.14LR2=0.912

b=1716.6-1 152.14LR2=0.916

3 結(jié) 論

(1)經(jīng)過(guò)減灰后浮煤的鏡質(zhì)組含量比原煤明顯富集，導(dǎo)致浮煤的揮發(fā)分產(chǎn)率比其原煤增高1.30%，浮煤的黏結(jié)指數(shù)(GR.I)比原煤高20個(gè)單位。

(2)該煤黏結(jié)性指標(biāo)均以-1.28 g/cm3級(jí)浮煤的最高，其b值達(dá)243.3%，GR.I值為99.6；黏結(jié)指數(shù)(GR.I)和奧阿膨脹度(b)隨浮沉密度級(jí)(L)升高基本呈線(xiàn)性降低的趨勢(shì)，GR.I=144.14-35.14L(R2=0.912)，b=1 716.6-1 152.14L(R2=0.916)。

(3)軟化溫度、膨脹溫度和固化溫度隨密度級(jí)的變化不明顯，但ΔT越大，表明其黏結(jié)性越好，ΔT隨著分離密度級(jí)的增加而降低。