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1、应用煤岩学 在炼焦生产中的应用,石焦集团 王宁 Tel: 13001802890 E_mail: heb_,主要内容,概述 煤岩学基本概念 各个显微组分在结焦过程中的变化 煤岩学配煤原理与焦炭质量 应用实例 应用注意的问题,第一部分 煤岩学的基本概念,主要介绍煤的形成过程，显微组分及煤的镜质组反射率等。,一、概述,应用煤岩学是近代煤化学的重要组成部分。它通过测定煤的显微组分组成及各显微组分性质，客观地反映出来了煤的有机成分的复杂混合体的丰质，应用于煤分类和煤加工工艺取得了显著成果。 在炼焦工业中，应用煤岩学丰富了配煤理论和焦炭质量预测理论，提高了配煤炼焦技术。尤其是发现了小球体和形成中间相概念
2、后， 奠定了最有说服力的成焦机理的新理论，大大推动了现代炼焦工业技术的进步。应用煤岩学已成为一门独立的学科。 煤岩学，不仅仅是几个指标问题，更重要的煤岩学内涵，煤岩学的研究方法，应将煤岩学提高到理念高度，将煤岩学贯穿于炼焦生产的各个环节。 主要研究工具：显微镜,煤的形过程,在整个地质年代中，三个主要的成煤期： 1、古生代的石炭纪和二迭纪，成煤植物主要为孢子植物，主要煤种为烟煤和无烟煤 2、中生代的侏罗纪，成煤植物主要是裸子植物， 3、新生代的第三纪，成煤植物主要为被子植物，主要煤种为褐煤和烟煤,我国煤炭资源成煤期特点： 1、成煤期多，从泥盆纪前就开始形成石煤到第三纪的泥炭，持续时间六亿年，其中
3、有十几次成煤期，以侏侏罗纪的石炭二迭纪成煤最为丰富 2、分布广泛类型复杂。阴山以北主要为晚侏罗纪及第三纪煤，阴山以南至昆仑秦岭之间，主要是石炭二迭纪煤及早、中侏罗世煤，昆仑秦岭以南，以二迭节煤为主，还有早古生代煤，早石炭世煤，晚三迭世及第三纪煤,以炼焦为主的有机显微组分分类,分类的原则：从中国煤特点出发，采用成因与工工艺性质相结合原则，以反光油浸下的特征为主，结合透光及荧光特征进行分类。 分类依据：在显微镜下颜色，突起，反射率，结构，形态特征，成因及物理化学，工艺性质划分为四个显微组分组，即，镜质组，半镜质组，惰质组，壳质组，再根据细胞结构保存程度，形态我大小（个别时按反射率）的差别，将显微组
4、分再细分为若干个组分和亚组分 国标GB/Ir 15588-2001烟煤显微组分分类对各个显微组分都有具体的描述，但最好在有经验的人来指导,烟煤有机组分分类表,一些煤的照片,同一显微组分具有相近的成因过程，不同显微组分有成因上的联系 镜质组、惰质组主要由植物的木质纤维细胞形成，但经受的早期分解作用不同。在泥炭阶段已经确立下来，成煤以后不再发生变化 镜质组：腐植化作用凝胶化作用，近于还原环境； 惰质组：丝炭化作用、缓慢氧化作用；不完全氧化产物 过渡组分：凝胶化作用或丝炭化作用交替进行； 壳质组：植物器官、组织的残植化作用；,各个显微组分在性质是显著的差异，在结焦过程中所起的作用也是不同。 镜质组和
5、壳质组是活性组分 惰质组和矿物是惰性组分 半镜质组是过渡性组分，在性质上和结结焦过程中所起的作用更接近惰性组分 在炼焦煤中，镜质组性质对炼焦煤性质起决定性作用,中国炼焦煤的显微组分特征,中国炼焦煤中显微组分布特征与成煤时代密切相关，即镜质组以侏罗纪最高，惰质组以石炭，二叠纪煤最高，壳质组以晚二叠纪乐平煤系最高 经统计，我国主要炼焦煤产地的岩相组成镜质组含量小于70的占62%大于80的只有12%。如果含量以惰质组（惰质组2/3半镜质组矿物）进行统计，大于30%煤样占一半以上，而小于20%的为18.3 岩相不均一，惰性组分含量高是我国主要炼焦煤矿区的基本特征之一。 主要炼焦煤中镜质组含量（上图）与
6、总惰质组含量（下图）的分布,煤的镜质组分射率及反射率分布,反射率定义：矿物对垂直入射于磨光面上的光线反射能力。 常用的反射率种类： 镜质体最大反射率：在单偏光下转动物台所测得的镜质体反射率的最大值。用Rmax表示 镜质体随机反射率：是把在非偏光下，不转动物台把测得的镜质体反射率。用Rran表示 Rmax2.5%时：Rran=0.938Rmax Rmax为2.56.5时Rran=0.777Ramx+0.3082 同一种煤，不同点的反射率的值是不同的。但分布范围很窄，接近正态分布，方差小于0.1，这用于鉴定混煤。,所有煤的显微组分均随煤的变质程度的提高而增大 镜质体的数量在煤中占绝对地位 镜质组较
7、均一，同一煤镜质组的反射率健在,反射率是反映变质程度的最准确的指标。随着煤变质程度的提高，镜质组的反射率有规律的增大 方差，是表示煤的反射率分布范围即混洗混配程度的一个指标，反射率分布范围越宽，其值越大 镜质组反射率分布情况比平均最大反射率值更有用，它能体现全部镜质组质量的细节。,煤的结焦性除了和煤的变质程度及炭相结成影响外，还有其它因素有着，如成煤植物种类，年代，所处的环境有关。,不同时代煤中活性组分粘结性差异 图中为古生代煤中生代煤,不仅仅是G值，其它Y值，基氏流动度等也有类似的规律。而且硫含量也有明显的差异。,中国不同类别炼焦煤的镜质体最大平均反射率,中国各类煤的Rmax及Vdaf的分布
8、范围,中国煤分类（炼焦煤）,粘结指数G,挥发分Vdaf,Romax/% 可能煤类（按出现频率排列） 0.5 褐煤、长焰煤 0.50.6 长焰煤、不粘煤、气煤 0.60.7 1/3焦煤、气煤、长焰煤、不粘煤、气肥煤 0.70.8 1/3焦煤、气煤、气肥煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤 0.80.9 1/3焦煤、气煤、弱粘煤、不粘煤、肥煤、气肥煤 0.91.0 1/3焦煤、肥煤、气煤、1/2中粘煤、气肥煤 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、贫瘦煤 1.61.7 瘦煤、焦煤、贫瘦煤 1.7
9、1.8 瘦煤、贫瘦煤、焦煤、贫煤 1.81.9 贫瘦煤、瘦煤、贫煤 1.92.0 贫瘦煤、贫煤、瘦煤 2.02.5 贫煤,煤的变质程度与中国煤分类,在应用反射率及反射分布鉴定时就注意的几个问题 混煤鉴定，不能得到很精确的混煤比。如果两种煤的显微组分差别很大，所得到的结果也是很不令人满意如两种煤，A、B两种煤按1:1的比例混匀，A的镜质组含量为60，B煤镜质组含量为40，能过镜质组反射率分布得到的混主煤比可能为6:4。但煤焦煤中，镜质组一般占约大多数，在组分含量相差不大的情况下，剥离出的镜质组比例可近似看作是原混入煤的比例。 反射率不能准确判断煤种，中国炼焦煤分类主要依据煤的工艺性质还分类，不是
10、按照煤的变质程度。反射率与煤种只有一个大致的对应关系。,反射率测定应注意的几个问题,粘结剂和煤样比例问题 制样时破碎方式及粒度掌握控制 光片的质量 仪器的稳定时间 固定的点行间距，符合数学统计学原理 一但开始测定，显微镜光路等不能再动 保证一定的区域 如果人工和半自动测定，必须保证点数。,镜质组反射率及反射率测定自动化,目前，世界顶级的蔡司显微镜配合显微光度计系统已经实现对镜质组反射率反射率分布的自动化测定，在全国范围内已经广泛推广，数十家焦化企业的使用证明，其测定精度已经完全满足国标GB694886 煤的镜质组反射率测定方法要求，具有省时、省力，效率高等优点，也降低了煤岩测定的门槛要求，可以
11、在较短的时间内开展工作，在工作实践中再学习，提高，特别适合企业的基础不太好的企业应用。此外，本系统还功能丰富，提供了确实混煤比，半自动测定，测定焦炭气孔率等功能，对煤岩的普及，提高焦化企业对煤认识水平和配煤水平，起到了推动作用。 煤岩测定自动化是发展趋势,第二部分 煤的各个显微组分在结焦过程中的作用,主要介绍煤的结焦过程及各个显微组分的衍生物及煤岩学配煤的基本原理,镜质组在成焦过程中的作用,镜质组是成焦的主体原料，由它性质和数量决定的。它是成焦过程中颗粒表面产生非挥发性液相的主体。煤粒表而的非挥发性液相是形成焦块的绝对原因。 镜质组质量主要表现在产生的胶质体的质量和数量上差异，主要由煤的变质程
12、度决定。测定最大胶质层厚度主要体现在胶质体的数量上，而不能反应胶质体的质量。Rmax在1.1附近时，产生的胶质体的质量是最好的。 焦炭多孔体的形成 镜质组受热处于软化状态，分解气体的内压小于胶质体的阻力，则形成封闭气孔，如气体能冲破胶质体的阻力，固化则形成开放气孔，后者约占90以上，如果备煤和炼焦工艺条件固定，气孔参数主要决定于镜质组的反射率及反射率分布。 由镜质组衍生的焦炭是微组构对焦炭强度的影响。镶嵌结构多的焦炭冷态强度好，同性结构反应性较高，分子层片来不及排列就趋向固化，强度不高，层状结构的流动形和片状结构内部的层片排列趋向有序，比各向同性致密，但光学结构单元而结合不一定牢固。 镜质组形
13、成的光学结构 变质程度由低到高形成各向同性、细粒、粗粒，流动、叶片，基础各向异性，光学各向异性结构单元尺过依序均与，与CO2的反应性依次减弱。,惰质组及其焦化后的衍生物,惰质组的惰性现象 惰质组在加热过程中有分解反应，但不软化，不会出现中间相过程。它参与成焦必须在其表面吸附一定量的非自生的非挥发液相。 惰质组在成焦过程中的两面性 主要决定于它的大小和数量。 颗粒大，形成裂纹中心。 颗粒细，参与气孔壁形成，使气孔壁增厚，提高焦焦炭强度 颗粒过细，比表面过大，要吸附更多的非挥发性液相，影响焦炭强度，特别是耐磨强度M10 惰质组是煤中天然瘦化剂。 惰质组对焦炭成焦后气孔参数的影响 惰质质组衍生物的光
14、学性质：丝炭和破片，为各向同性。,半镜质组及其焦化后的衍生物,半镜质组 是一种镜质组和惰质组两者之间过渡性组分，其性质介于两者之间 半镜质组在加热过程中的动态和光学性质 更接近惰质组。在加热过程中，棱角不再尖锐，有些软化倾向外，其它一切均同惰质组。成焦后的衍生物是碎片，为光学各向同性。,壳质组组及其焦化后的衍生物,低变质程度煤中壳质组分解温度低，胶质体多而稀，挥发分和氢含量高，固化温度低，残留炭少 中变质程度炼焦煤中的壳质组结焦性逐渐类似于其共生的镜质组，在加热过程也近似于镜质组。,I各向同性 Mf细粒镶嵌 Mc粗粒镶嵌 F流动状 L叶片 B基础各向异性,生产配合煤镜质组反射率分布及其与焦炭的
15、光学组织组成的关系,煤中不同变质程度镜质组与焦炭光学组织之间大致衍变关系,第三部分 煤岩学配煤原理与焦炭质量,煤岩学配煤基本原理,煤不是均一物质。每一种煤都是天然的配煤。 活性组分即镜质组的反射率分布是决定炼焦煤性质的首要因素。活性组分的质量不均一，可以用反射率分布来表示。在1.1附近活性组分的质量最好。塑性温度区间宽，适应性好。 决定煤性质的另一个重要因素是惰性组分含量。在结焦过程中，惰性组分是必不可少的。 结焦过程中煤粒之间不是简单的互熔，是通过界面反应键合联结起来的。 煤中惰性组分与任何其它煤岩组分在成焦后的界面是清晰而尖锐 变质程度接近的煤成焦化界面结合良好，界面不清晰 两种变质程度不
16、同的炼焦煤的形成的界面清晰，结合的质量取决于变质程度的差异。 Rmax在1.1附近时，与其它炼焦煤均有不同程度的界面过渡带 界面质量决定焦炭的质量。 理想的配合煤反射率布应是平滑斜降的，不应出现明显的凹口，尤其是Rmax在1.1附近。 膨胀压力有利于促进界面反反应的进行,一些焦炭图片,焦炭质量,焦炭抗碎强度M40，主要和裂纹的生成有关 焦炭的耐磨强度M10：主要和胶质体的质量和数量有关。低变质程度和高变质程度煤都影响M10 M10对煤质的变化反应灵比M40灵敏 焦炭的反应性CRI：除于焦炭的光学组织有关外，也和焦炭的气孔结构如开放气孔的比例，气孔率及孔径分布有关，因为这和气体分子的扩散速度有关。 焦炭的反应后强度CSR：受焦炭的主要受反应性CRI影响。也受焦炭的光学组织结构有关。 CO2对不同的显微组构，破坏的情况是不同的。对于镶嵌结构，形成麻点，对于基础各向异性，形成
