淮南礦業1/3焦煤資源稟賦特點分析探討

馬 巖，劉國斌，徐秀麗，陸啟均，姜 雨，孟慶波

（1.中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司，遼寧 鞍山114044；2.淮南礦業（集團）有限責任公司煤炭銷售分公司，安徽 淮南232001）

1/3焦煤是煤化程度中等、性質介于氣煤、肥煤與焦煤之間的過渡性煤種[1]，揮發分28%～37%，黏結指數大于65，膠質層最大厚度不大于25 mm[2]。目前，國內優質焦煤、肥煤、瘦煤多為高硫煤，從配煤結構搭建角度分析，硫分、灰分相對較低的1/3焦煤是配煤煉焦中的重要煤源。

淮河能源控股集團目前擁有現代化大型礦井12對，其中淮南本土9對、內蒙古鄂爾多斯3對，核定產能7610萬t/a，通過積極調整產品結構，將淮南氣煤和1/3焦煤加工成煉焦精煤（稱為淮南礦業1/3焦煤）[3]，并注冊商標“淮河一號”“淮河二號”“淮河三號”系列精煤產品，高效開發利用淮南礦區煤資源，2020年精煤產量達到693萬t。本文將淮南礦業1/3焦煤與山東、黑龍江、內蒙古、河北、山西等地區的1/3焦煤在煤質指標、煉焦特性等方面進行比較分析，研究其資源稟賦特點。

1 淮南礦業及各地區1/3焦煤煤質特點

1.1 常規煤質指標

選取淮南礦業1/3焦煤及35種典型的1/3焦煤進行煤質特點分析，其中產自山東8種、山西9種、黑龍江4種、河北7種、內蒙古3種、蒙古國4種，求取同一省份和地區1/3焦煤各項指標的平均值（以省份和地區名稱對所得數據命名），對淮南礦業1/3焦煤（包括淮河一號、淮河二號、淮河三號）與以上35種1/3焦煤的各項指標求取平均值（命名為“平均值”），并與淮南礦業1/3焦煤的各項指標進行對比分析。

在煉焦時，約有60%的硫從煤進入焦炭，硫的存在使生鐵具有熱脆性，導致使用這些生鐵煉制的鋼不能軋制成材[3]。因此，在其他指標合理的范圍內，配合煤硫分越低越好。淮南礦業及各地區1/3焦煤的常規煤質指標見表1。由表1可知，黑龍江地區1/3焦煤硫分平均值最低（0.33%），淮南礦業1/3焦煤的硫分較1/3焦煤硫分的平均值低0.33～0.38個百分點，處于1/3焦煤硫分的較低水平，在配煤煉焦中有利于降低配合煤的硫分，進而降低焦炭的硫分；1/3焦煤灰分的平均值為8.74%，淮河三號灰分最低，為6.20%，在配煤煉焦中，可以有效降低配合煤灰分；淮南礦業1/3焦煤揮發分較高（淮河二號揮發分可達37.82%），與山東地區1/3焦煤接近[4]。

表1 淮南礦業及各地區1/3焦煤的常規煤質指標

1.2 煤巖組成及反射率

淮南礦業及各地區1/3焦煤的煤巖組成及反射率見表2。由表2可知，淮河一號、淮河二號鏡質組平均最大反射率分別為0.932%、0.918%，變質程度較高。此外，黑龍江、內蒙古、蒙古國、山西、河北地區的1/3焦煤鏡質組平均最大反射率均在0.910%以上，只有山東地區1/3焦煤的平均最大反射率為0.780%，變質程度相對低，性質接近于氣煤。從反射率標準偏差數據可以發現，山東、蒙古國地區的1/3焦煤多為單一煤層煤，山西地區的平均最大反射率標準偏差平均值為0.190%，混煤現象比較嚴重，在使用中需要注意煤質的穩定性。1/3焦煤的鏡質組質量分數平均值為68.1%，黑龍江、河北地區1/3焦煤的鏡質組含量高。

表2 淮南礦業及各地區1/3焦煤的煤巖組成及反射率

1.3 黏結性與結焦性

黏結性和結焦性是評價煉焦用煤的重要工藝指標。煤的黏結性是指煤在隔絕空氣的條件下加熱時，黏結其本身或外加惰性物質的能力。煤的結焦性反映煙煤在干餾過程中軟化熔融黏結成半焦，以及半焦進一步熱解、收縮，最終形成焦炭全過程的能力。良好的黏結性是結焦性好的必要條件。黏結指數、膠質層指數、基氏流動度、奧阿膨脹度指標從不同的角度反映了煤在煉焦過程中產生膠質體的數量和性質。黏結指數表征了單種煤黏結惰性物質的能力，膠質層最大厚度反映膠質體的數量，奧阿膨脹度（b值）可以反映膠質體的透氣性與膨脹性，基氏最大流動度反映了膠質體的黏稠度，基氏流動度軟固化區間反映了膠質體的熱穩定性。淮南礦業及各地區1/3焦煤的黏結性與結焦性指標見表3。

表3 淮南礦業及各地區1/3焦煤的黏結性與結焦性指標

由表3可知，淮河一號G值為92，Y值為23 mm，接近25 mm，b值為108%，基氏最大流動度為31 253 dd/min，軟固化區間為102℃，指標接近肥煤，且膠質體數量大、流動性好，具有良好的黏結性和結焦性。淮河二號G值為86，淮河三號G值為82。淮南礦業1/3焦煤的黏結性和結焦性指標均處在中上水平，膠質體數量大、流動性好，軟固化區間寬，膨脹度較高，表現出優良的黏結性和結焦性。山西地區1/3焦煤Y值平均值為18.1 mm，基氏最大流動度平均值為7 679 dd/min，兩值均大于內蒙古、蒙古國、山東、黑龍江、河北地區的1/3焦煤平均值，黏結指數G值為82，綜合分析，山西地區1/3焦煤的黏結性及結焦性較好。

1.4 灰成分分析

煤 的 灰 成 分 主 要 有S i O2、A l2O3、C a O、M g O、Fe2O3，還有少量的K2O、N a2O、SO3、P2O5等。煤的灰催化指數（M C I）[5]反映了煤灰成分中對焦炭在高爐中反應起到催化作用的物質含量比值。淮南礦業及各地區1/3焦煤的灰成分和M C I分別見圖1、圖2。

圖1 淮南礦業及各地區1/3焦煤的灰成分

圖2 淮南礦業及各地區1/3焦煤的MCI

由圖1、圖2可知，淮南礦業1/3焦煤灰成分中對于碳溶反應起催化作用的堿金屬氧化物K2O、Fe2O3的含量均低于平均值，M C I在所有地區1/3焦煤中最低，能夠降低焦炭的反應性，提高焦炭質量。

2 淮南礦業及各地區1/3焦煤的煉焦特性

2.1 煉焦試驗設備及方法

單種煤煉焦試驗所用焦爐為40 kg試驗焦爐，其設備參數及煉焦工藝參數如下：炭化室有效尺寸為長450 mm、寬300 mm、高450 mm，利用硅碳棒電加熱，采用側裝側出式裝煤出焦煉焦，裝煤量為43 kg（干基），裝爐煤水分為10%、堆密度為750 kg/m3。

試驗方法詳見YB/T 4526—2016《煉焦試驗用小焦爐技術規范》附錄A[6]。

2.2 1/3焦煤試驗焦爐煉焦所得焦炭質量

淮南礦業及各地區1/3焦煤的40 kg試驗焦爐煉焦所得焦炭機械強度（M40、M10）、反應性（C R I）及反應后強度（C S R）分別見圖3、圖4。由圖3、圖4可知，淮河一號、淮河二號煉焦所得焦炭的機械強度優于各地區1/3焦煤煉焦所得焦炭平均值，淮河一號煉焦所得焦炭的反應性低，反應后強度高，淮河二號、淮河三號煉焦所得焦炭反應性低于1/3焦煤煉焦所得焦炭反應性的平均值、反應后強度高于1/3焦煤煉焦所得焦炭反應后強度的平均值。綜合數據分析，淮南礦業1/3焦煤單獨煉焦所得焦炭機械強度高，反應性低，反應后強度高。

圖3 淮南礦業及各地區1/3焦煤的40 kg試驗焦爐煉焦所得焦炭機械強度

圖4 淮南礦業及各地區1/3焦煤的40 kg試驗焦爐煉焦所得焦炭反應性及反應后強度

在焦炭光學顯微組織中，各向同性最易與CO2反應，其次為細粒鑲嵌、中粒鑲嵌、粗粒鑲嵌、纖維組織。張雪紅等[7]認為單種煤成焦光學組織結構較優的煉焦煤更有利于改善焦炭質量。淮南礦業及各地區1/3焦煤的40 kg試驗焦爐煉焦所得焦炭光學顯微組織見圖5。由圖5可知，1/3焦煤煉焦所得焦炭光學組織多為細粒鑲嵌、中粒鑲嵌，結合焦炭反應性及反應后強度數據發現，淮南礦業1/3焦煤煉焦所得焦炭中粒鑲嵌含量高于其他1/3焦煤，易與CO2反應的細粒鑲嵌含量極少，因此，淮南礦業1/3焦煤煉焦所得焦炭反應性低于其他1/3焦煤，反應后強度高于其他1/3焦煤。

圖5 淮南礦業及各地區1/3焦煤的40 kg試驗焦爐煉焦所得焦炭光學顯微組織

3 結 論

3.1 與國內不同地區1/3焦煤比較，淮南礦業1/3焦煤具有低硫、黏結性強、結焦性好的特點，在配煤中使用時可以增加配煤結構中高硫主焦煤、高硫肥煤的利用空間，改善配煤結構。

3.2 淮河一號是變質程度較高的優質1/3焦煤，其兼具優良的結焦性和黏結性，單獨煉焦所得焦炭機械強度高，反應性低，反應后強度高，同時為低硫煤，能夠有效降低配合煤硫分，提高焦炭質量，可在煉焦煤硫分較高的地區和企業使用；在配煤中，可以用淮河一號替代部分焦煤或肥煤使用。

3.3 淮河二號揮發分較高，黏結性強，膠質體流動性較好，單獨煉焦所得焦炭的機械強度好，反應后強度較高，且能降低配合煤硫分，保證焦炭質量。結合煤質及焦炭質量，可將淮河二號作為降硫保質的優質1/3焦煤使用，使用過程中，需關注其揮發分。

3.4 淮河三號1/3焦煤為低灰、低硫煤，在配煤中可以有效降低配合煤灰分、硫分。

3.5 不同地區1/3焦煤的煤質差異較大，山東地區1/3焦煤揮發分較高，變質程度相對低，性質接近氣煤。山西地區1/3焦煤黏結性及結焦性較好，使用時需注意混煤的影響。黑龍江地區1/3焦煤硫分平均值最低。各用煤企業可以根據自身配煤結構和地理位置選擇適合的1/3焦煤。