侯飛龍

(陜西省煤田地質局一八五隊綜合實驗室,陜西榆林 719000)

神府東勝礦區(qū)煤中水分賦存狀態(tài)及脫水試驗

侯飛龍

(陜西省煤田地質局一八五隊綜合實驗室,陜西榆林 719000)

通過對礦區(qū)煤中水分賦存狀態(tài)的研究,采用常規(guī)烘干法和加壓成型法脫水試驗,揭示了煤中液態(tài)吸附水是可以脫除的。

煤化度 水分 脫水試驗 神府東勝礦區(qū)

神府東勝礦區(qū)位于內蒙古自治區(qū)伊克昭盟和陜西榆林市境內,面積2756km2,陜西境內探明資源量1400多億噸。煤類主要為長焰煤、不黏煤、部分弱黏煤和褐煤。鏡質組反射率為0.4～0.67,絲質組達34%～52%,是顯微煤巖組分的一大特點,煤的水分(Mad)為6%～18%,灰分7%左右,全硫0.6%以下,發(fā)熱量(Qnet,ar)為25%～27%MJ/kg,有天然精煤之稱。然而煤中水分偏高,對很多工業(yè)用煤和煤炭深加工都是不利的。因此,結合開發(fā)試驗項目,應首先致力于降低煤炭水分的研究。

1 煤中水分分布特征

礦區(qū)內各煤層原煤水分(Mad)為6%～18%,在平面上由北向南逐漸降低,在煤系剖面上,水分隨埋藏深度的增加而降低(表1)。在4個勘探區(qū)中,以礦區(qū)北部的新廟區(qū)水分最高,一般皆大于11%,補連區(qū)最低,一般小于7%左右,神北、新民區(qū)水分相近,為8%左右。

在神北礦區(qū)的3個井田中,各鉆孔煤芯煤樣的水分分布也明顯具有北高南低的趨勢(圖1～圖4)。

2 煤中水分的賦存狀態(tài)

表1 各煤層原煤水分(Mad)平均值表

表2 3種不同粒度的全水分分值

表3 唐公溝煤和喇嘛寺煤烘干脫水率表

表4 唐公溝煤和喇嘛寺煤吸水率表

表5 唐公溝1-2煤加壓試驗結果表

以脫除煤中水分為目的,我隊與科研單位合作專門用激光拉曼光譜對新廟區(qū)唐公溝1-2煤(褐煤)、補連區(qū)喇嘛寺4-2煤(不黏煤)和神北區(qū)檸條塔2-2煤(長焰煤)單一煤巖成分——鏡煤進行了分析研究(圖5)。煤中水分為液態(tài)吸附水、OH羥基結構水和束縛吸附水3種賦存狀態(tài)。液態(tài)吸附水又稱為層間水;羥基結構水是以化合方式與煤中礦物質結合,又稱為結合水;束縛吸附水鍵壓縮緊密,又稱為熱解水,在燃燒或較高溫度下才能分解析出的水。

圖5 神府東勝礦區(qū)的鏡煤強度

3 常規(guī)烘干脫水試驗

在不同粒級、不同溫度和相同的時間條件下,對唐公溝、喇嘛寺煤進行了烘干脫水試驗,并在試驗前測試了倆種煤的全水分(表2、3)。

唐公溝煤在170℃烘干20min后,脫水率25～13mm粒度為26.50%,13～6mm粒度為25.00%,6～0mm粒度為24.75%;200℃烘干20min后各粒度煤樣已有灰化現(xiàn)象。喇嘛寺3種粒度煤在170℃烘干20min后脫水率在9.50%～10.75%之間,在200℃時脫水率極小。因此兩種煤在170℃烘干20min后,呈液態(tài)吸附的水分可以脫除。兩種煤烘干脫水試驗效果理想,在需要部分脫水的情況下,可按加工和利用途徑選擇時間和溫度,達到其利用脫水之目的。

4 常規(guī)吸水試驗

倆種煤吸水試驗表明(表4),經110℃烘干過20min的煤樣用水侵泡24h取出在空氣中平衡24h作吸水試驗,表明煤樣仍具有較強的吸附性能,水分仍可恢復到原有煤的水分含量。原因是烘干對煤的孔隙及吸水能力沒有改變,既烘干對煤的結構中含有較多的親水基團沒有改變(如羧基、羥基等)。因此,烘干脫水過的煤樣應避免再次與水接觸。

5 加壓型脫水試驗

選擇唐公溝1-2煤進行了加壓成型脫水試驗,設想在加壓的過程中能使煤中水分脫除一部分。試驗選擇入料煤粒度13～0mm,模具直徑為50cm,通過壓力機加壓(未加入任何粘結劑),然后測量其壓塊型煤的水分,試驗結果見表5。

6 結語

經激光拉曼光譜分析研究神符東勝礦區(qū)煤中水分有液態(tài)吸附水、OH羥基結構水和束縛吸附水3種賦存狀態(tài)。當溫度超過100℃時液態(tài)吸附水便可蒸發(fā)出來,羥基結構水在200℃以上才能分解出,束縛吸附水很難用物理、機械方法分解脫除。

烘干脫水試驗表明,在170℃烘干20min后呈吸附狀態(tài)的水分是可以脫除的,但應再次避免與水接觸。加壓成型脫水試驗表明只能脫除極小部分煤中的水分。

總之,水分愈高的煤脫水愈困難。因此在深加工和特殊的工業(yè)用煤方面,應首先選擇水分較低的礦區(qū)南部煤層以便結合項目開發(fā)和利用。

[1]袁三畏.中國煤質論評[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1999.

[2]林文英主編.神府東勝礦區(qū)煤質特征及利用途徑[R].陜西省煤田地質局一八五隊,1987.

侯飛龍(1961—),男,高級工程師,研究方向為煤質技術管理及煤質評價。