1、應用煤巖學應用煤巖學在煉焦生產中的應用在煉焦生產中的應用石焦集團石焦集團 王寧王寧Tel:E_mail: heb_主要內容n概述n煤巖學基本概念n各個顯微組分在結焦過程中的變化n煤巖學配煤原理與焦炭質量n應用實例n應用注意的問題第一部分 煤巖學的基本概念主要介紹煤的形成過程，顯微組分及煤的鏡質組反射率等。一、概述n應用煤巖學是近代煤化學的重要組成部分。它通過測定煤的顯微組分組成及各顯微組分性質，客觀地反映出來了煤的有機成分的復雜混合體的豐質，應用于煤分類和煤加工工藝取得了顯著成果。n在煉焦工業中，應用煤巖學豐富了配煤理論和焦炭質量預測理論，提高了配煤煉焦技術。尤其是發

2、現了小球體和形成中間相概念后， 奠定了最有說服力的成焦機理的新理論，大大推動了現代煉焦工業技術的進步。應用煤巖學已成為一門獨立的學科。n煤巖學，不僅僅是幾個指標問題，更重要的煤巖學內涵，煤巖學的研究方法，應將煤巖學提高到理念高度，將煤巖學貫穿于煉焦生產的各個環節。n主要研究工具：顯微鏡煤的形過程植物殘骸泥炭褐煤煙煤無煙煤泥炭化作用變質作用成巖作用成煤作用在整個地質年代中，三個主要的成煤期：1、古生代的石炭紀和二迭紀，成煤植物主要為孢子植物，主要煤種為煙煤和無煙煤2、中生代的侏羅紀，成煤植物主要是裸子植物，3、新生代的第三紀，成煤植物主要為被子植物，主要煤種為褐煤和煙煤n我國煤炭資源成煤期特點：

3、n1、成煤期多，從泥盆紀前就開始形成石煤到第三紀的泥炭，持續時間六億年，其中有十幾次成煤期，以侏侏羅紀的石炭二迭紀成煤最為豐富n2、分布廣泛類型復雜。陰山以北主要為晚侏羅紀及第三紀煤，陰山以南至昆侖秦嶺之間，主要是石炭二迭紀煤及早、中侏羅世煤，昆侖秦嶺以南，以二迭節煤為主，還有早古生代煤，早石炭世煤，晚三迭世及第三紀煤以煉焦為主的有機顯微組分分類n分類的原則：從中國煤特點出發，采用成因與工工藝性質相結合原則，以反光油浸下的特征為主，結合透光及熒光特征進行分類。n分類依據：在顯微鏡下顏色，突起，反射率，結構，形態特征，成因及物理化學，工藝性質劃分為四個顯微組分組，即，鏡質組，半鏡質組，惰質組，殼

4、質組，再根據細胞結構保存程度，形態我大小（個別時按反射率）的差別，將顯微組分再細分為若干個組分和亞組分n國標GB/Ir 15588-2001煙煤顯微組分分類對各個顯微組分都有具體的描述，但最好在有經驗的人來指導煙煤有機組分分類表組代號組分代號亞組分代號鏡質組V結構鏡質體無結構鏡質體碎屑鏡質體TCVD結構鏡質體1結構鏡質體2均質鏡質體基質鏡質T1T2C1C2半鏡質組SV結構半鏡質體無結構半鏡質體碎屑半鏡質體STSCSVD惰質組I半絲質體絲質體微粒體粗粒體SFFMiMa粗粒體1粗粒體2殼質組E孢粉體角質體樹脂體SPCuRe大孢子體小孢子體一些煤的照片n同一顯微組分具有相近的成因過程，不同顯微組分有

5、成因上的聯系n鏡質組、惰質組主要由植物的木質纖維細胞形成，但經受的早期分解作用不同。在泥炭階段已經確立下來，成煤以后不再發生變化鏡質組：腐植化作用凝膠化作用，近于還原環境；惰質組：絲炭化作用、緩慢氧化作用；不完全氧化產物過渡組分：凝膠化作用或絲炭化作用交替進行；n殼質組：植物器官、組織的殘植化作用；n各個顯微組分在性質是顯著的差異，在結焦過程中所起的作用也是不同。n鏡質組和殼質組是活性組分n惰質組和礦物是惰性組分n半鏡質組是過渡性組分，在性質上和結結焦過程中所起的作用更接近惰性組分n在煉焦煤中，鏡質組性質對煉焦煤性質起決定性作用鏡質組殼質組惰質組揮發分中等高低粘結性高中低反射率中等低高碳含量中

6、等低高氫含量中等高低樣品Mad%Ad%Vdaf%FCdaf%原料煤 7.434.4336.4363.57鏡質組6.402.3739.6060.40惰質組6.883.5425.3074.70樣品Cdaf%Hdaf%Odaf%Ndaf%Sdaf%原料煤79.774.6714.370.990.20鏡質組77.835.0315.941.010.19惰質組82.633.7712.620.800.18中國煉焦煤的顯微組分特征n中國煉焦煤中顯微組分布特征與成煤時代密切相關，即鏡質組以侏羅紀最高，惰質組以石炭，二疊紀煤最高，殼質組以晚二疊紀樂平煤系最高n經統計，我國主要煉焦煤產地的巖相組成鏡質組含量小于70的

7、占62%大于80的只有12%。如果含量以惰質組（惰質組2/3半鏡質組礦物）進行統計，大于30%煤樣占一半以上，而小于20%的為18.3n巖相不均一，惰性組分含量高是我國主要煉焦煤礦區的基本特征之一。n主要煉焦煤中鏡質組含量（上圖）與總惰質組含量（下圖）的分布煤的鏡質組分射率及反射率分布n反射率定義：礦物對垂直入射于磨光面上的光線反射能力。n常用的反射率種類：n鏡質體最大反射率：在單偏光下轉動物臺所測得的鏡質體反射率的最大值。用Rmax表示n鏡質體隨機反射率：是把在非偏光下，不轉動物臺把測得的鏡質體反射率。用Rran表示nRmax2.5%時：Rran=0.938RmaxnRmax為2.56.5時

8、Rran=0.777Ramx+0.3082n同一種煤，不同點的反射率的值是不同的。但分布范圍很窄，接近正態分布，方差小于0.1，這用于鑒定混煤。nRRnii1) 1(2112nnRRnSniinii所有煤的顯微組分均隨煤的變質程度的提高而增大鏡質體的數量在煤中占絕對地位鏡質組較均一，同一煤鏡質組的反射率健在n反射率是反映變質程度的最準確的指標。隨著煤變質程度的提高，鏡質組的反射率有規律的增大n方差，是表示煤的反射率分布范圍即混洗混配程度的一個指標，反射率分布范圍越寬，其值越大n鏡質組反射率分布情況比平均最大反射率值更有用，它能體現全鏡質組反射率分布情況比平均最大反射率值更有用，它能體現全部鏡質

9、組質量的細節。部鏡質組質量的細節。煤的結焦性除了和煤的變質程度及炭相結成影響外，還有其它因素有著，如成煤植物種類，年代，所處的環境有關。不同時代煤中活性組分粘結性差異圖中為古生代煤中生代煤不僅僅是G值，其它Y值，基氏流動度等也有類似的規律。而且硫含量也有明顯的差異。中國不同類別煉焦煤的鏡質體最大平均反射率n中國各類煤的Rmax及Vdaf的分布范圍煤種RmaxVdaf煤種RmaxVdaf氣煤0.6000.8060.704（12）34.450.540.1焦煤1.0351.5151.228(21)18.028.023.2氣肥煤0.6500.8100.711（6)37.850.544.8瘦煤1.384

10、1.6321.450(5)14.519.817.11/3焦煤0.7251.0830.915（52)37.550.544.8貧瘦煤1.3181.6921.580(20)13.418.516.0肥煤0.9471.4081.050(32)25.636.831.2中國煤分類（煉焦煤）16肥煤肥煤2636氣肥煤氣肥煤56轉換指標轉換指標Y25mm8515焦煤焦煤25351/3焦煤焦煤45氣煤氣煤655014瘦煤瘦煤SM243444351323中粘煤中粘煤33433042長焰煤長焰煤CY2022弱粘煤弱粘煤32512貧瘦煤貧瘦煤PS011貧煤貧煤PM21不粘煤不粘煤BN314110202837粘結指數粘結

11、指數G揮發分揮發分VdafRomax/% 可能煤類（按出現頻率排列）0.5 褐煤、長焰煤0.50.6 長焰煤、不粘煤、氣煤0.60.7 1/3焦煤、氣煤、長焰煤、不粘煤、氣肥煤0.70.8 1/3焦煤、氣煤、氣肥煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤0.80.9 1/3焦煤、氣煤、弱粘煤、不粘煤、肥煤、氣肥煤0.91.0 1/3焦煤、肥煤、氣煤、1/2中粘煤、氣肥煤1.01.1 肥煤、焦煤1.11.2 肥煤、焦煤1.21.3 焦煤、肥煤、1.31.4 焦煤、肥煤1.41.5 焦煤1.51.6 焦煤、瘦煤、貧瘦煤1.61.7 瘦煤、焦煤、貧瘦煤1.71.8 瘦煤、貧瘦煤、焦煤、貧煤1.81.9 貧瘦煤、瘦煤

12、、貧煤1.92.0 貧瘦煤、貧煤、瘦煤2.02.5 貧煤煤的變質程度與中國煤分類n在應用反射率及反射分布鑒定時就注意的幾個問題n混煤鑒定，不能得到很精確的混煤比。如果兩種煤的顯微組分差別很大，所得到的結果也是很不令人滿意如兩種煤，A、B兩種煤按1:1的比例混勻，A的鏡質組含量為60，B煤鏡質組含量為40，能過鏡質組反射率分布得到的混主煤比可能為6:4。但煤焦煤中，鏡質組一般占約大多數，在組分含量相差不大的情況下，剝離出的鏡質組比例可近似看作是原混入煤的比例。n反射率不能準確判斷煤種，中國煉焦煤分類主要依據煤的工藝性質還分類，不是按照煤的變質程度。反射率與煤種只有一個大致的對應關系。反射率測定應

13、注意的幾個問題n粘結劑和煤樣比例問題n制樣時破碎方式及粒度掌握控制n光片的質量n儀器的穩定時間n固定的點行間距，符合數學統計學原理n一但開始測定，顯微鏡光路等不能再動n保證一定的區域n如果人工和半自動測定，必須保證點數。鏡質組反射率及反射率測定自動化n目前，世界頂級的蔡司顯微鏡配合顯微光度計系統已經實現對鏡質組反射率反射率分布的自動化測定，在全國范圍內已經廣泛推廣，數十家焦化企業的使用證明，其測定精度已經完全滿足國標GB694886 煤的鏡質組反射率測定方法要求，具有省時、省力，效率高等優點，也降低了煤巖測定的門檻要求，可以在較短的時間內開展工作，在工作實踐中再學習，提高，特別適合企業的基礎不

14、太好的企業應用。此外，本系統還功能豐富，提供了確實混煤比，半自動測定，測定焦炭氣孔率等功能，對煤巖的普及，提高焦化企業對煤認識水平和配煤水平，起到了推動作用。n煤巖測定自動化是發展趨勢煤巖測定自動化是發展趨勢第二部分 煤的各個顯微組分在結焦過程中的作用主要介紹煤的結焦過程及各個顯微組分的衍生物及煤巖學配煤的基本原理鏡質組在成焦過程中的作用n鏡質組是成焦的主體原料，由它性質和數量決定的。它是成焦過程中顆粒表面產生非揮發性液相的主體。煤粒表而的非揮發性液相是形成焦塊的絕對原因。n鏡質組質量主要表現在產生的膠質體的質量和數量上差異，主要由煤的變質程度決定。測定最大膠質層厚度主要體現在膠質體的數量上，

15、而不能反應膠質體的質量。Rmax在1.1附近時，產生的膠質體的質量是最好的。n焦炭多孔體的形成 鏡質組受熱處于軟化狀態，分解氣體的內壓小于膠質體的阻力，則形成封閉氣孔，如氣體能沖破膠質體的阻力，固化則形成開放氣孔，后者約占90以上，如果備煤和煉焦工藝條件固定，氣孔參數主要決定于鏡質組的反射率及反射率分布。n由鏡質組衍生的焦炭是微組構對焦炭強度的影響。鑲嵌結構多的焦炭冷態強度好，同性結構反應性較高，分子層片來不及排列就趨向固化，強度不高，層狀結構的流動形和片狀結構內部的層片排列趨向有序，比各向同性致密，但光學結構單元而結合不一定牢固。n鏡質組形成的光學結構 變質程度由低到高形成各向同性、細粒、粗

16、粒，流動、葉片，基礎各向異性，光學各向異性結構單元尺過依序均與，與CO2的反應性依次減弱。惰質組及其焦化后的衍生物n惰質組的惰性現象 惰質組在加熱過程中有分解反應，但不軟化，不會出現中間相過程。它參與成焦必須在其表面吸附一定量的非自生的非揮發液相。n惰質組在成焦過程中的兩面性 主要決定于它的大小和數量。n顆粒大，形成裂紋中心。n顆粒細，參與氣孔壁形成，使氣孔壁增厚，提高焦焦炭強度n顆粒過細，比表面過大，要吸附更多的非揮發性液相，影響焦炭強度，特別是耐磨強度M10n惰質組是煤中天然瘦化劑。n惰質組對焦炭成焦后氣孔參數的影響n惰質質組衍生物的光學性質：絲炭和破片，為各向同性。半鏡質組及其焦化后的衍

17、生物n半鏡質組 是一種鏡質組和惰質組兩者之間過渡性組分，其性質介于兩者之間n半鏡質組在加熱過程中的動態和光學性質 更接近惰質組。在加熱過程中，棱角不再尖銳，有些軟化傾向外，其它一切均同惰質組。成焦后的衍生物是碎片，為光學各向同性。殼質組組及其焦化后的衍生物n低變質程度煤中殼質組分解溫度低，膠質體多而稀，揮發分和氫含量高，固化溫度低，殘留炭少n中變質程度煉焦煤中的殼質組結焦性逐漸類似于其共生的鏡質組，在加熱過程也近似于鏡質組。I各向同性 Mf細粒鑲嵌 Mc粗粒鑲嵌 F流動狀L葉片 B基礎各向異性生產配合煤鏡質組反射率分布及其與焦炭的光學組織組成的關系煤中不同變質程度鏡質組與焦炭光學組織之間大致衍

18、變關系煤中不同變質程度鏡質組與焦炭光學組織之間大致衍變關系焦炭光學組織焦炭光學組織相應的鏡質組變質程度相應的鏡質組變質程度各向同性各向同性鏡質組反射率鏡質組反射率0.75%鑲嵌結構鑲嵌結構鏡質組反射率鏡質組反射率0.751.5%纖維狀結構纖維狀結構鏡質組反射率鏡質組反射率1.11.6%片狀結構片狀結構鏡質組反射率鏡質組反射率1.42.0%基礎各向異性基礎各向異性鏡質組反射率鏡質組反射率2.0%第三部分 煤巖學配煤原理與焦炭質量煤巖學配煤基本原理n煤不是均一物質。每一種煤都是天然的配煤。n活性組分即鏡質組的反射率分布是決定煉焦煤性質的首要因素。活性組分的質量不均一，可以用反射率分布來表示。在1.

19、1附近活性組分的質量最好。塑性溫度區間寬，適應性好。n決定煤性質的另一個重要因素是惰性組分含量。在結焦過程中，惰性組分是必不可少的。n結焦過程中煤粒之間不是簡單的互熔，是通過界面反應鍵合聯結起來的。n煤中惰性組分與任何其它煤巖組分在成焦后的界面是清晰而尖銳n變質程度接近的煤成焦化界面結合良好，界面不清晰n兩種變質程度不同的煉焦煤的形成的界面清晰，結合的質量取決于變質程度的差異。nRmax在1.1附近時，與其它煉焦煤均有不同程度的界面過渡帶n界面質量決定焦炭的質量。n理想的配合煤反射率布應是平滑斜降的，不應出現明顯的凹口，尤其是Rmax在1.1附近。n膨脹壓力有利于促進界面反反應的進行一些焦炭圖

20、片焦炭質量n焦炭抗碎強度M40，主要和裂紋的生成有關n焦炭的耐磨強度M10：主要和膠質體的質量和數量有關。低變質程度和高變質程度煤都影響M10nM10對煤質的變化反應靈比M40靈敏n焦炭的反應性CRI：除于焦炭的光學組織有關外，也和焦炭的氣孔結構如開放氣孔的比例，氣孔率及孔徑分布有關，因為這和氣體分子的擴散速度有關。n焦炭的反應后強度CSR：受焦炭的主要受反應性CRI影響。也受焦炭的光學組織結構有關。 CO2對不同的顯微組構，破壞的情況是不同的。對于鑲嵌結構，形成麻點，對于基礎各向異性，形成長的深的裂紋，可以解釋為什么有的焦炭反應性并不高，但反應后強度低的情況n關于搗固煉焦：總是改善焦炭的M1

21、0但對M40的影響不一定。搗固煉焦雖然不能改變焦炭的光學結構組織，但是因為更為致密，也可以從分子擴散速度上改善焦炭的反應性和反應后強度。第四部分 應用實例一 、石焦的情況n石焦集團，自1996年起，就與鞍山科技大學周師庸教授合作開展了應用煤巖學在煉焦生產中的應用研究課題，取得了顯著的經濟效益和社會效益。2000年該課題通過了由煤炭科學研究總院北京分院、河北理工大學、鞍山科技大學等地的知名專家主持的省級鑒定，獲省科技進步二等獎，省冶金科技進步一等獎。n當時的立項背景：1)進廠精煤的混洗混配;2)傳統的依靠G值、Y值已無法滿足控制焦炭質量的需要。n其主要工作內容包括：n1)控制來煤質量將煤巖指標納

22、入焦煤合同考核。如果配入其它如果配入其它非煉焦煤，其變質程度跨度變大，那么標準差也要變大非煉焦煤，其變質程度跨度變大，那么標準差也要變大。煤種都有混洗混配現象。最為麻煩的是，無煙煤等非煉焦煤的配入。盡管從總體配煤而言，配入量少，但可以影響全局。存在混混配的情況主要有：n焦煤的混洗混配最為雜亂，可以長焰煤，1/3焦煤，一直到無煙煤，反射率分布范圍從0.6到2.5以上n1/3焦煤 高揮發分強粘結性煤配入長焰煤不粘煤或弱粘煤，這種情況下，基本上還是一個峰，但峰變寬n瘦煤的情況，主要是用貧煤等，配入粘結性煤，以提高總體的粘結性n肥煤也存在類似的情況，但較少見，因為配入后，Y值達不到要求n以上情況，大多

23、時從Y值膨脹曲線上也有所反應，但遠不如煤的反射率分布表現的直觀。煤種RmaxSGY肥煤1.0820.18987.224.5煤種RmaxSGY1/3焦0.8130.13480.314.5煤種RmaxSGY焦煤1.3840.32679.414.0煤種RmaxSGY瘦煤1.6040.23556.24.5n2)合理堆放煤種;堆入同一堆的煤必須靠近這一堆煤的Rmax的中心值;同一堆煤各煤的反射率分布圍成的面積必須大部分重合。但目前情況下，有其局限性。因為煤資源的緊張，煤的采購不僅僅局限于一個較近地域范圍，采購范圍的擴大導致常有不同成煤年代，不同成因的情況，導致結焦性的差異。平均最大最小正離差負離差M10

24、后6.37.85.20.560.65前8.111.26.41.030.81M40后86.288.083.0+1.07-0.89前79.583.272.41.903.02所取得的效果：瘦煤多配入10; 實施前后對比：采取措施前后M40的對比采取措施前后M40的對比實際中遇到的一些問題的實例n1、M40難以改善的問題n當時的情況是，配煤G值為83，Y值17，所得到焦炭外觀顏色、塊度均正常，但M40一直很低7779，采取提高焦煤用量，等等多配入提高焦煤用量等等，無論如何也達到到80以上。其后觀察轉鼓后的焦炭發現有不粒度約36mm范圍的不融物質。收集后做成光片，在正交偏光下觀察為基礎各向性，所以斷定混

25、入無煙煤所致。對所有煤種進行反射率測定，發現有一供煤商在煤中配入無煙煤所致。n調整配比后的G值為75，Y值為15.5，M40為82，問題得以解決。n結論是：無煙煤混入后，如果不能粉碎到一定粒度后，會形成裂紋中心，影響焦炭的M40n2、M10難以改善的問題n當時的情況是M10總在9左右，甚至有時超過10，但M40尚可，在80以上，如何降低M10成為一個因攏配煤配煤人員的一個棘手問題。對配入煤精確測定反射率健在，小于0.6范圍占到12.5，焦炭外觀結構不均勻，粘結性組分明顯不足，確定有或不弱粘結性煤參與。對所有煤的種進行反射率測定，找到膠質層測定的原始記錄，確定某供應商混入不粘煤。n調整配比后，M

26、10得以降低。n結論：M10和M40的影響因素雖然決定與煤質，但影響機理要是有區別的，M10，M40 兩者間沒有必然聯系。n3）搗固煉焦焦炭碎，M25低n問題:焦炭碎，M40低，G值62Y值12.3，M25為86，經觀察，判斷除焦炭過火外，還惰性物質不足的原因。n解決：原有的瘦煤質量：揮發分為16.04，G值52，S為0.42，換為揮發分為14.12，G為26的另一種瘦（貧）煤，配入比例不變，M25提高至90.5，塊度增大，而且降低了成本。n結論：搗固煉焦更需要瘦化劑，但前提是粒度必須保證。n4）搗固煉焦焦炭塊度大，M10高n問題現象：焦炭塊大，沒有棱角，結構疏松。經過咨詢，在配合煤中配入3未經磨細的焦粉。導致結焦過程中氣體保持不住，膨脹壓力變小。n結論：焦粉作為一種惰性物質，必須細粉碎，否則作為一種多孔物質它還會吸附一定量的膠質體。n5）大同煤（周老師做的工作）大同煤具有低灰，低硫的特點，原來僅作為動力煤，但通過對煤進行深入研究，其鏡質組是有粘結性的，其不結焦的原因主要是惰性物質太高，單獨