寧夏煤炭資源制備高品質(zhì)蘭炭及性能評價研究

馬飛龍，田青青，石 雙，白 鵬，魏慧敏，胡奇林，李擁軍

（寧夏金圓化工有限公司，寧夏石嘴山 753600）

寧夏是我國的煤炭資源大省，已探明煤炭儲量310 多億噸，位居全國第6 位。寧夏也是蘭炭主產(chǎn)地之一，產(chǎn)量約400 萬噸[1-4]。蘭炭生產(chǎn)原料多以弱黏煤為主，但是寧夏缺乏弱黏煤而富產(chǎn)不黏煤，不黏煤生產(chǎn)蘭炭因強度較低[5，6]，破碎收率小等缺陷[7]，加之區(qū)內(nèi)缺少蘭炭研究活動，導致寧夏煤炭無法生產(chǎn)蘭炭產(chǎn)品，生產(chǎn)原料長期處于依靠外購的被動局面[8，9]，嚴重制約了蘭炭及煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著寧夏經(jīng)濟的快速發(fā)展，蘭炭在化工、電石、化肥和金屬冶煉等領(lǐng)域的需求逐漸擴大[10-16]。本文針對寧夏煤炭資源的地理分布和理化特性[17，18]，開展煤礦普查、煤種篩選、試驗制備與分析評價研究。探討了寧夏煤炭生產(chǎn)高品質(zhì)蘭炭的工藝條件與產(chǎn)品性能，為結(jié)束寧夏煤炭不能生產(chǎn)蘭炭的歷史和煤炭清潔利用提供了參考思路。

1 試驗部分

1.1 試驗原料與儀器

試驗原料：寧夏寧東銀星、棗泉、靈新、羊腸灣、梅花井等煤礦煤樣。

試驗儀器：（見表1）。

1.2 原料煤種篩選試驗

表1 試驗儀器列表Tab.1 List of experimental instruments

通過查閱文獻和調(diào)查，根據(jù)寧夏地貌與成煤特征，采集寧夏寧東銀星、棗泉、靈新、羊腸灣、梅花井等5 個可行性煤礦煤樣，分別編號為1 號～5 號，制樣后按照《GB/T 25210-2010 蘭炭用煤的技術(shù)條件與測試方法》，對原煤的水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、熱值、硫含量等指標進行檢測分析，篩選出符合蘭炭用煤技術(shù)要求的煤樣。

1.3 蘭炭制備影響因素試驗

將1.2 試驗篩選出的煤樣統(tǒng)一制備成中塊煤樣，采用煤炭干餾技術(shù)進行蘭炭產(chǎn)品制備試驗。稱取2 kg煤樣放入小試炭化爐內(nèi)部，設置干餾溫度為700 ℃、740 ℃、780 ℃、820 ℃、860 ℃，干餾時間為1 h、2 h、3 h、4 h、5 h，進行蘭炭制備試驗，產(chǎn)品編號制樣后備用。

1.4 蘭炭的分析與評價

依據(jù)《GB/T 25210-2010 蘭炭產(chǎn)品的技術(shù)條件》，對1.3 試驗制備蘭炭的水、灰、揮發(fā)分、固定碳、硫、電阻率等指標進行檢測分析。同時，對最佳蘭炭產(chǎn)品進行SEM 表征分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料煤種篩選試驗

由圖1、圖2 可知：5 號樣固定碳最高為65 %，1號、3 號、5 號熱值均大于6 400 kCal，且滿足蘭炭用煤的灰分、水分和全硫等指標要求，可作為蘭炭原料進行干餾試驗。

圖1 原煤與蘭炭用煤指標對比Fig.1 Comparison of coal indexes between raw coal and blue carbon figure

圖2 原煤熱值檢測分析Fig.2 Analysis of calorific value of raw coal

圖3 1 號煤樣干餾溫度的影響Fig.3 Effect of the dry distillation temperature of No.1 coal sample

圖4 3 號煤樣干餾溫度影響Fig.4 Effect of No.3 coal sample dry distillation temperature

圖5 5 號煤樣干餾溫度影響Fig.5 Effect of No.5 coal sample dry distillation temperature

圖6 1 號煤樣干餾時間影響Fig.6 Effect of the dry distillation time of No.1 coal sample

圖7 3 號煤樣干餾時間影響Fig.7 Effect of the dry distillation time of No.3 coal sample

2.2 蘭炭制備影響因素試驗（見圖3～圖9）

由圖3～圖9 表明：在820 ℃，干餾4 h，1 號、3 號、5 號煤樣可制備出蘭炭產(chǎn)品，其水分0.8 %～1.5 %、灰分7.6 %～8.15 %、全硫0.1 %～0.2 %、固定碳87.6 %～89.7%、電阻率15 600 Ω·m～17 400 Ω·m、強度≥85%。三個蘭炭產(chǎn)品均達到氣化原料用蘭炭、電石用蘭炭、工業(yè)及民用燃料蘭炭一級標準，符合鐵合金冶煉用蘭炭產(chǎn)品二級標準。

2.3 蘭炭表征與分析

制備蘭炭產(chǎn)品在不同放大倍數(shù)下得到的SEM 圖（見圖10、圖11），結(jié)果表明：干餾過程中，煤炭中的揮發(fā)分和煤焦油有效降低，導致蘭炭內(nèi)部孔隙均勻分布，具有一定的吸附功能。

圖8 5 號煤樣干餾時間的影響Fig.8 Effect of the dry distillation time of No.5 coal sample

圖9 1、3、5 號煤樣制備蘭炭指標對比Fig.9 Comparison of the preparation of blue carbon in No.1，No.3 and No.5 coal samples

圖10 試樣SEM 200 μm 表征圖Fig.10 SEM 200 μm characterization of the sample

3 結(jié)論

（1）寧夏寧東能源基地存在至少三個煤礦，其煤種在820 ℃下，干餾4 h 可制備出合格的蘭炭產(chǎn)品，其水分0.8%～1.5%、灰分7.6 %～8.15 %、全硫0.1 %～0.2 %、固定碳87.6%～89.7%、電阻率15 600 Ω·m～17 400 Ω·m、強度≥85 %。

（2）利用寧夏寧東煤炭資源制備出的蘭炭產(chǎn)品，可作為一級原料指標應用在固定床氣化、電石生產(chǎn)、工業(yè)及民用燃料等領(lǐng)域。同時，可作為二級指標原料應用于鐵合金冶煉領(lǐng)域。

圖11 試樣SEM 50 μm 表征圖Fig.11 SEM 50 μm characterization of the sample