煤的基本知識

1、煤的基本知識煤的種類和特征根據(jù)成煤植物種類的不同，煤主要可分為兩大類，即腐殖煤和腐泥 煤。1）、腐殖煤由高等植物形成的煤稱為腐植煤。腐殖煤是因為植物的部分木 質(zhì)纖維組織在成煤過程中曾變成腐殖酸這一產(chǎn)物而得名。它在自 然界中分布最廣，儲量最大。絕大部分是由高等植物中的木質(zhì)素 和纖維素等主要成分形成的。亦有少量腐殖煤是由高等植物中經(jīng) 微生物分解后殘錨的脂類化合物形成的，稱為殘殖煤。單獨成礦 的殘殖煤很少，多以薄層或透鏡狀夾在腐殖煤中。我國江西平煤 田和浙江長廣煤田有典型的樹皮和角質(zhì)殘殖煤，大同煤田有少量 隊子殘殖煤。2）、腐泥煤由低等植物和少量浮游生物形成的煤稱為腐泥煤。腐泥煤包括 藻煤和膠泥煤等

2、。藻煤主要藻類生成，山西渾源有不少藻煤，山 東兗州、肥城也有發(fā)現(xiàn)，膠泥煤是無結(jié)構(gòu)的腐泥煤，植物成分分 解徹底，幾乎完全由基質(zhì)組成。這種煤數(shù)量很少，山西渾源有少 量存在。膠泥煤的礦物質(zhì)含量大于40%即稱為油頁巖，我國遼寧 撫須、吉林樺甸、廣東茂名和山東黃縣等地有豐富的油頁巖資源。此外，還有腐殖煤和腐泥煤的混合體，有時單獨分類成與腐殖 煤和腐泥煤并列的第三類煤，稱為腐殖腐泥煤。主要有燭煤和精煤，前者與藻類很相似，宏觀上幾乎難以區(qū)分，易燃，用火柴即 可點燃，燃燒時火焰明亮，好像蠟燭一樣；精煤盛主于我國撫順， 結(jié)構(gòu)細膩，質(zhì)輕而有契性，因能雕琢工藝美術(shù)品而馳名。2、煤的性質(zhì)1）、煤的物理性質(zhì)煤的物理性質(zhì)

3、主工包括空間結(jié)構(gòu)性質(zhì)、機械性質(zhì)、熱性質(zhì)、光學(xué)性 質(zhì)、電性質(zhì)與磁性質(zhì)等。從膠體化學(xué)的觀點，可將煤看作是一種特殊 和復(fù)雜的固態(tài)膠體體系。煤的物理和物理化學(xué)性質(zhì)也和煤的其它性質(zhì)一樣，主要取決于煤 化度和煤巖組成，有時還取決于煤的還原程度。煤的某些物理性質(zhì)學(xué) 與礦物質(zhì)（數(shù)量、性質(zhì)與分布）、水分和風(fēng)化程度有關(guān)。3、煤的分類指標與煤質(zhì)評價1）、煤分類在科學(xué)和實用方面都有重大的意義。由于煤的復(fù)雜性和 結(jié)煤質(zhì)的認識有待深化，目前國內(nèi)外使用的煤分類方案都不是完整、 科學(xué)的系統(tǒng)分類。由于煤的成因、產(chǎn)地、種類、組成和性質(zhì)的多樣性，以及分類 的角度與目的的不同因此煤分類的指標繁多，歸納起來可有如下四 類。（1）煤化度

4、指標。主要有鏡質(zhì)組反射率、揮發(fā)份、發(fā)熱量、最高 內(nèi)在水分含量、透光率、顯微硬度，X射線衍射等。（2）煤巖顯微組分指標。采取鏡質(zhì)組分含量或采用惰性組分含量 和穩(wěn)定組分含量。（3）黏結(jié)性、結(jié)焦性指標。采用較多的有羅加指數(shù)，黏結(jié)指數(shù)， 奧亞膨脹度，自由膨脹序數(shù)，膠質(zhì)層最大厚度，葛金焦型和基氏流動 度等。（4）其它煤質(zhì)指標。有鏡質(zhì)組反射率公布圖特性；灰分；硫分; 氧化程度及可選性等。2、煉焦用煤的種類及性質(zhì)煉焦用煤一一是指用單種煉焦時，可以生成具有一定塊度和機械 強度焦炭的煤種。這類煤具有一定的粘結(jié)性和結(jié)焦性。粘結(jié)性是指煙煤干餾時粘結(jié)本身的或外來的惰性物質(zhì)的能 力。它是煙煤干餾時所形成的膠質(zhì)體顯示的一

5、種塑性。顯示軟化熔融 性質(zhì)的煤叫粘結(jié)煤，不顯示軟化熔融性質(zhì)的煤叫非粘結(jié)煤。常用的粘結(jié)性指標有：粘結(jié)指數(shù)G、羅加指數(shù)RI、膠質(zhì)層最大 厚度Y、奧亞膨脹度b、基氏流動度（最大流動度）MF、自由膨脹 度（自由膨脹序數(shù)、坩堝序數(shù)）等。結(jié)焦性是指煙煤在焦爐或模擬焦爐的煉焦條件下，形成具有 一定塊度和強度的焦炭的能力。煉焦煤必須兼有粘結(jié)性和結(jié)焦性，兩 者密切相關(guān)。但是，粘結(jié)性好的煤結(jié)焦性產(chǎn)不一定好，而結(jié)焦性好的 煤粘結(jié)性一定好。常用的結(jié)焦性指標有：自由膨脹度、葛金焦型等。在我國測定得較少，一般采用煉焦試驗。根據(jù)煤化度的不同，煙煤又可分為貧煤（PM）、貧瘦煤（PS）、 瘦煤（SM）、焦煤（JM）、1/3焦煤

6、（1/3JM）、肥煤（FM）、氣肥煤 （QF）、氣煤（QM）、1/2中粘煤（1/2ZN）、弱粘煤（RN）、不粘煤 （BN）、長焰煤（CY） 12種。其中把氣煤、氣肥煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤為煉焦煤。就是通常所說的氣、肥、焦、瘦四種煤。其它的煤種只能作為添加劑 使用。其性能和在配煤煉焦中所起的作用也不盡相同。為了合理配煤、 充分利用煉焦煤資源、改善焦炭質(zhì)量，首先應(yīng)該對煉焦煤的性質(zhì)有充 分的了解。以下對煉焦煤的性質(zhì)作簡要概述。1）瘦煤（SM）分類指標：13： Vdaf1020%、020-5014： Vdaf1020%、050-65瘦煤是煤化度較高的煙煤。加熱時產(chǎn)生的膠質(zhì)體少，能單獨煉焦，所

7、 得焦炭塊度大，裂紋少，熔融性差，耐磨強度M10差。在煉焦配煤 中，瘦煤可起到骨架和緩和收縮應(yīng)力從而增大焦炭塊度的作用，是配 合煤中不可或缺的重要成分。我國典型的瘦煤有：河北峰峰四礦煤、山西潞安的石圪節(jié) 煤和陜西 韓城的下峪口煤等。我廠用的瘦煤有：許昌、石圍塘瘦煤2）焦煤（JM）分類指標：15： Vdaf1020%、G65、YW25mm、bW150%24： Vdaf2028%、G506525： Vdaf2028%、G65、YW25mm、bW150%焦煤是中等煤化度的煙煤，具有良好的粘結(jié)性和結(jié)焦性。加熱時 能生成熱穩(wěn)定性很好的膠質(zhì)體，單獨煉焦時所得焦炭塊度大，裂紋少， 機械強度高。可單獨煉制出優(yōu)

8、質(zhì)冶金焦炭。但由于膨脹壓力大、收縮 小，在煉焦配煤中焦煤可起到焦炭骨架和緩和收縮應(yīng)力的作用，從而 提高焦炭強度，是優(yōu)質(zhì)的煉焦原料煤。我國的焦煤儲量不多，典型的有：河北的峰峰二礦、山西古交的西曲、 黑龍江雞西的滴道、安徽淮北的張莊煤等。我廠常用的焦煤有：本地 自洗精煤、外購優(yōu)質(zhì)焦煤（水城、田壩、白源等X高硫焦煤（六枝、 曲江）等（3）肥煤（FM）分類指標：16： Vdaf1020%、G85、Y25mm、b150%26： Vdaf2028%、G85、Y25mm、b150%36： Vdaf2837%、G85、Y25mm、b150%肥煤是中高揮發(fā)分強粘結(jié)性煙煤。加熱時能產(chǎn)生大量膠質(zhì)體，單獨煉 焦時，所

9、得焦炭熔融性好，但焦炭橫裂紋多，氣孔率高，在焦餅根部 有蜂窩狀。肥煤是煉焦配煤不可或缺的重要煤種，配入肥煤可使焦炭 熔融性良好，從而提高焦炭的耐磨強度M10，并為配入粘結(jié)性差的煤 或瘦化劑創(chuàng)造條件。我國典型的肥煤有：河北開灤的唐家莊煤、河北峰峰三礦煤、山西 古交的鎮(zhèn)城底煤和山東棗莊的山家林煤;我廠用的肥煤有：山西靈石、辛置等1/3 焦煤(1/3JM)分類指標：35： Vdaf2837%、G65、YW25mm、bW220%1/3焦煤是焦煤和氣煤之間煙煤。單獨煉焦時可以得到一定塊度和 強度的焦炭。1/3焦煤的性質(zhì)并不完全一樣，其中G75的1/3焦煤 加熱時能產(chǎn)生較多的膠質(zhì)體，結(jié)焦性好，可單獨煉成強

10、度較好的焦炭， 為配合煤中的主要組分。而GV75的1/3焦煤結(jié)焦性較差，單獨煉焦 時不能得到強度較好的焦炭，在配煤中用量也不宜太多。在我國1/3焦煤的資源較為豐富，在煉焦生產(chǎn)中使用也較普遍。 河南平頂山和黑龍江七臺河礦的煤為典型的G75的1/3焦煤。而黑 龍江鶴崗南山礦和安徽淮南蘆嶺礦的煤為典型的GV75的1/3焦煤。 我廠用的1/3焦煤有：安源、淮北、宏鷹、永榮等氣肥煤(QF)分類指標：46： Vdaf37%、G85、Y25mm、b220%氣肥煤是介于氣和肥煤之間的煙煤。煤化度較低、揮發(fā)分較高，而粘 結(jié)性強，加熱時能產(chǎn)生大量的煤氣和膠質(zhì)體，但膠質(zhì)體的熱穩(wěn)定性差， 單獨煉焦時能生成焦炭，但強度

11、不高，在配用氣肥煤時，需適當減少 氣煤的用量，增加瘦化組分。我國的氣肥煤不多，典型的有山東的新汶煤和肥城煤等。氣煤(QM)分類指標:34： Vdaf2837%、G50-6543： Vdaf37%、G355044： Vdaf37%、G 50-6545： Vdaf37%、G65、YV25mm、bW220%氣煤是煤化度較低的煙煤。揮發(fā)分高、粘結(jié)性和結(jié)焦性均差。加熱時， 產(chǎn)生的膠質(zhì)體熱穩(wěn)定性差，氣體析出量大。單獨煉焦時，焦餅收縮量 大，所得焦炭縱裂紋多，且細長而易碎，氣孔大而不均勻，反應(yīng)性高。 在配合煤中配入氣煤后，焦炭塊度變小，機械強度變差；但可以降低 煉焦過程的膨脹壓力，增加焦餅收縮度，并能增加煤

12、氣和煉焦化學(xué)產(chǎn) 品的收率。我國氣煤的儲量較大，約占煉焦煤的60%。典型的氣煤有：山東的新 汶煤、遼寧撫順的老虎臺煤、江蘇徐州的夾河煤、黑龍江鶴崗的興安 煤等。7）其它煤有時用于煉焦的其它煤種還有：1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、貧煤、 貧瘦煤等，這些煤均不能作為主要煉焦煤，只能作為添加劑使用。 例如：當配合煤粘結(jié)能力過剩而收縮量又不足時，可配入（添加）適 量的1/2中粘煤、弱粘煤或不粘煤，可起到增加收縮量、防止推焦困 難，同時也可以增加煤氣和煉焦化學(xué)產(chǎn)品的收率。當采用一些新備煤 技術(shù)后也可增加其使用量，例如寶鋼就用一定數(shù)量的不粘煤。當配合煤粘結(jié)能力過剩收縮量過大時，可配入一些貧瘦煤、貧煤，甚 至

13、無煙煤或焦粉。當采用一些新的備煤工藝后，也可增加其配入量。二、煉焦煤的分析檢測對于進入煤場的各種煤必須進行煤質(zhì)的各項分析檢測，掌握煤情 況以便合理配煤。常用的分析檢測項目包括：1、工業(yè)分析：Mt、Ad、Vdaf、FC2、元素分析：C、H、O、N、S、P3、工藝性質(zhì)分析：G、Y對原料進行了工業(yè)分析和工藝性質(zhì)分析之后基本上都可確定煤的種 類，以及在配煤中作用和用量。但是，有時還需要進行其它方面的分 析。4、反射率分析最大平均反射率可以確定煤的煤化度，最大平均反射率與煤的揮發(fā)分 有很好的相關(guān)性：5、煤的巖相分析按煤巖學(xué)的觀點，煤是非均一性物質(zhì)，可分離為工藝性質(zhì)，光學(xué)性質(zhì) 和物理性質(zhì)不同的各種實體。按

14、各實體的熱性質(zhì)，可分為活性組分和 惰性組分兩類。在結(jié)焦過程中，活性組分，軟化熔融形成焦炭內(nèi)部的 粘結(jié)物，猶如混凝土中的水泥。惰性組分在加熱過程不軟化、不熔融， 形成焦炭內(nèi)部的骨骼，好比混凝土中的砂石。煤巖實體分類：活性物：V0V21可熔融鏡質(zhì)組可熔融半絲質(zhì)組角質(zhì)組樹脂組惰性組分：惰性鏡煤組惰性半絲炭組碎片組絲炭組礦物質(zhì)SF0-SF21E0E15R0R15V22-V70SF22-SF40M18M70F40-F70總之，煤是非均一物質(zhì)，可分成活性組分和惰性組分，活性組分在加 熱過程中能軟化熔融，形成焦炭中的粘結(jié)物，多存在于焦煤、肥煤中； 惰性組分在加熱過程中不軟化、不熔融，形成焦炭中的骨骼，多存在

15、 于瘦煤、氣煤中?；钚越M分和惰性組分比例適當就可以得質(zhì)量好的焦 炭。三、配煤煉焦的必要性（為什么要配煤煉焦）1、節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤，擴大煉焦煤源，降低配合煤成本；2、充分利用各單種煤的結(jié)焦性，改善焦炭質(zhì)量；3、在保證焦炭質(zhì)量的前提下，增加煉焦化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率和煉焦煤氣的發(fā)生量；4、對延長焦爐的爐齡和對焦爐操作有好處。四、配煤原理配煤原理是建立在結(jié)焦原理基礎(chǔ)上的，迄今為止結(jié)焦原理可分為 三大類。第一類是以煙煤的大分子結(jié)構(gòu)及其熱解過程中由于膠質(zhì)狀塑性 體的形成，使固體煤粒粘結(jié)的塑性成焦原理。根據(jù)這個原理，不同煙 煤由于膠質(zhì)體的性質(zhì)和數(shù)量的不同，導(dǎo)致粘結(jié)的強弱，并隨氣體析出 數(shù)量和速度的差異，得到不質(zhì)量的

16、焦炭。第二類是基于煤的巖相組成的差異，決定煤粒有活性與非活性之 分，由于煤粒之間的粘結(jié)是在其接觸面上進行的，則以活性組分為主 的煤粒，相互間的粘結(jié)呈流動型結(jié)合，固化后不在存在粒子的原形； 而以非活性組分為主的煤粒間的粘結(jié)則呈接觸結(jié)合型，固化后保留粒 子的輪廓，從而決定最后形成焦炭的質(zhì)量，即所謂的表面結(jié)合成焦原 理。第三類是基于中間相成焦原理，該原理認為，煙煤在熱解過程中 產(chǎn)生的各相同性膠質(zhì)體中，隨著熱解的進行，會形成由大的片狀分子 排列而成的聚合液晶，它是一種新的各向異性流動相態(tài)，稱為中間相， 成焦過程就是這種中間相在各向同性膠質(zhì)體中的長大、融并和固化的 過程，不同煙煤表現(xiàn)為不同的中間相發(fā)展深

17、度，使最后形成不同質(zhì)量 和不同光學(xué)組織的焦炭。對應(yīng)上述三種結(jié)焦原理，派生出三種配煤原理，即膠質(zhì)層重疊原 理、互換性原理和共炭化原理。1、膠質(zhì)層重疊原理配煤煉焦時，除了按加和方法根據(jù)單種煤的灰分、硫分控制配合煤的 灰分、硫分以外，要求配合煤中各單種煤的膠質(zhì)體的軟化區(qū)間和溫度 間隔能較好的搭接，這樣可以使配合煤在煉焦過程中，能在較大溫度 范圍內(nèi)煤料處于塑性狀態(tài)，從而改善結(jié)焦過程，并保證焦炭的結(jié)構(gòu)均 勻。不同牌號煉焦煤的產(chǎn)塑性溫度區(qū)間如圖所示，各煤種的塑性溫度 區(qū)間不同，其中肥煤的開始軟化區(qū)間最早，塑性溫度區(qū)間最寬，瘦煤 固化溫度最晚，塑性溫度區(qū)間最窄。氣、肥、焦、瘦煤適當配合可以 擴大配合煤的塑性

18、溫度范圍。這種以多種煤互相搭配、膠質(zhì)層彼此重 疊的配煤原理，曾長期指導(dǎo)前蘇聯(lián)和我國的配煤技術(shù)。對于不同的煉焦煤有五種結(jié)合類型：（1）低揮發(fā)分弱粘煤與高揮發(fā)分弱粘煤配合煉焦時，界面結(jié)合指數(shù) 僅02%，屬完全不結(jié)合類型，各自呈單獨炭化；（2）中揮發(fā)分強粘煤相互配合煉焦時，界面完全結(jié)合；（3）高揮發(fā)分弱粘煤與中揮發(fā)分強粘煤配合煉焦時，界面大部分結(jié) 合。（4）低揮發(fā)分弱粘煤與中揮發(fā)分強粘煤配合煉焦時，界面部分結(jié)合。（5）低揮發(fā)分弱粘煤之間或高揮發(fā)分弱粘之間配合煉焦時，界面結(jié) 合很差。以上說明，在配煤煉焦時，中等揮發(fā)分的強粘結(jié)煤起重要作用，它 可以與各類煤在結(jié)焦過程中良好結(jié)合，按膠質(zhì)層重疊原理，中揮發(fā)分

19、 強粘煤的膠質(zhì)層溫度間隔寬，可以搭接各類煤的膠質(zhì)體，從而保證焦 炭結(jié)構(gòu)的均勻。因此配煤煉焦時，要以肥煤為基礎(chǔ)煤。2、互換配煤原理根據(jù)煤巖學(xué)原理，煤的有機質(zhì)可分為活性組分和非活性組分（惰 性組分）兩大類。日本城博提出用粘結(jié)組分和纖維質(zhì)組分來指導(dǎo)配煤， 按照他的觀點，評價煉焦配煤的指標，一是粘結(jié)組分（相當于活性組 分）的數(shù)量，這標志著粘結(jié)能力的大?。涣硪皇抢w維質(zhì)組分（相當于 非活性組分）的強度，它決定焦炭的強度。煤的毗啶抽出物為粘結(jié)組 分，殘留部分為纖維質(zhì)組分，將纖維質(zhì)組分與一定量的瀝青混合成型 后干餾，所得固塊的最高耐壓強度表示纖維質(zhì)的強度。要制得強度好 的焦炭，配合煤的粘結(jié)組分和纖維質(zhì)組分應(yīng)有

20、適宜的比例，而且纖維 質(zhì)組分應(yīng)有足夠的強度。當配合煤達不到相應(yīng)的要求時，可以用添加 粘結(jié)劑或瘦化劑的辦法加以調(diào)整，據(jù)此城博提出了下圖所示的互換性 配煤原理圖。（1）獲得高強度焦炭的配合煤要求是：提高纖維質(zhì)組分的強度并保 持合適的粘結(jié)組分和纖維質(zhì)組分的比例范圍；（2）粘結(jié)組分多的弱粘結(jié)煤，由于纖維質(zhì)組分強度低，要得到強度 高的焦炭，需要添加瘦化組分或焦粉之類的補強材料；（3）一般的弱粘結(jié)煤，不僅粘結(jié)組分少，且纖維質(zhì)組分的強度低， 需同時添加粘結(jié)組分和瘦化組分，才能得到強度較好的焦炭；（4）高揮發(fā)分的非粘結(jié)煤，由于粘結(jié)組分更少，纖維質(zhì)組分強度更 低，應(yīng)在添加粘結(jié)組分和補強材料的同時，對煤料加壓成型，才能得 到強度好的焦炭。（5）無煙煤只有強度較高的纖維質(zhì)組分，需添加粘