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        華北石炭二疊紀肥煤梯度密度分選產(chǎn)物的黏結(jié)特性實驗研究

        2020-03-03 12:50:06
        煤質(zhì)技術(shù) 2020年1期
        關鍵詞:黏結(jié)性煉焦煤煤質(zhì)

        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

        我國煉焦煤已查明的資源儲量約為2 800億t,僅占中國煤炭資源總量的27%。其中經(jīng)濟可采的煉焦煤儲量僅646億t左右,還不到煉焦煤查明資源儲量的20%,真正可生產(chǎn)和建井的資源量比例較低[1]。在中國的煉焦煤資源中,低變質(zhì)程度的氣煤和1/3焦煤占中國煉焦煤資源的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)所占比例相對最少(僅為12.81%)[2]。

        肥煤是煉焦配煤中的基礎煤種之一,熱解過程中可產(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,在半焦收縮的過程中可產(chǎn)生較大的內(nèi)應力,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]。

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

        以下對華北石炭二疊紀煤田某肥煤礦區(qū)的煤質(zhì)特性進行詳細研究,并利用梯度密度分選實驗,研究肥煤不同密度級產(chǎn)物的黏結(jié)特性,以期對肥煤用作煉焦配煤提供數(shù)據(jù)支撐。

        1 實驗研究

        1.1 實驗用煤的煤質(zhì)特征

        實驗用肥煤選自華北某石炭二疊紀煤田,按照國家標準分別測試灰分、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,詳見表1。

        表1 實驗用肥煤的煤質(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 梯度密度分選實驗

        對原煤進行-1.40 g/cm3減灰實驗,測試精煤樣品的灰分、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)并進行梯度密度分選實驗。實驗所采用的密度級分別為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)對比

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

        表2 實驗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 實驗用肥精煤的煤質(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)過對比可知,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驗結(jié)果見表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的變化規(guī)律如圖1~圖3所示。黏結(jié)性指標均以-1.28 g/cm3級浮煤的值最高,其b值可達243.3%,GR.I值為99.6;密度為1.28 g/cm3~1.30 g/cm3級、1.30 g/cm3~1.32 g/cm3級浮煤的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的增加而降低,如-1.28 g/cm3級和1.28 g/cm3~1.30 g/cm3級浮煤的ΔT均為130 ℃,密度為1.30 g/cm3~1.32 g/cm3級以后的各級浮煤的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/(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)隨密度級的變化規(guī)律

        圖2 肥煤的奧阿膨脹度隨密度級的變化規(guī)律

        圖3 肥煤的膨脹度特征溫度隨密度級的變化規(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(L)進行回歸分析,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)過減灰后浮煤的鏡質(zhì)組含量比原煤明顯富集,導致浮煤的揮發(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個單位。

        (2)該煤黏結(jié)性指標均以-1.28 g/cm3級浮煤的最高,其b值達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(L)升高基本呈線性降低的趨勢,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隨著分離密度級的增加而降低。

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