煤岩方法在焦化领域中的广泛应用

煤岩分析系统煤岩学方法以其独有的特点在焦化领域中有着广泛的应用。可克服煤化学方法的某些不足。如用煤岩学方法评定煤质，指导煤焦配煤等。

一、评价焦化企业来煤质量。
1．镜质组反射率为评价煤变质程度最好的指标。
    虽然评价煤变质程度的指标很多，如常用的挥发份Vdaf、发热量Qnet、碳含量Cdaf等，但这些煤化学指标测定的都不是单一煤岩组分，难免受其它组分的干扰。例如，若某种煤稳定组分含量偏高，因稳定组分挥发份含量很高，故用Vdaf来评价其变质程度，其变质程度可能较实际偏低。而用镜质级最大反射率指标判断其变质程度，由于测定的是单组分，不受其它组分的干扰，故可以准确判断其变质程度。我国不同牌号煤的煤反射率分布范围如下：

2．评价其结焦性。

在焦化企业的来煤中，煤的变质程度相同，如R0max 相同，但其结焦性可以相差很大。如：

这种差异可以从反射率测定得到的反射率分布图中得到解释。R0max 虽相同，但其反射率分布图不同。有的反射率分布直方图集中在某一较窄的范围，有的分布在较宽的范围。这从其标准方差S值上也可看出其差异。
研究表明：煤的镜质组反射率分布图在R0max =1.1左右围成的面积大，其结焦性越好。从而可以解释R0max 相同而结焦性不同的现象。

3．判断煤的单一性。

近年来，焦化企业来煤中有不少为混煤。般煤质较好的肥煤、焦煤混杂现象较为严重。气肥混杂现象较少。如用1/3焦煤、少量焦煤、瘦煤配合的混煤，其Vdaf、G值等均可以与肥煤或焦煤差不多，但在配煤中起不致到肥煤或焦煤的作用。将这种混煤当作肥、焦煤用，势必会降低焦类质量。煤的镜质组反射率分布图是鉴别单煤与混煤的唯一方法。为 此，国家制定了有关标准：〈煤镜质组反射率分布图判别标准〉。
    单煤的反射率分布图为单峰，标准方差小于0.2。混煤为双峰或多峰，且标准方差大于0.2。如图。判断双峰或多峰依据是否有“凹口”。
    该国家标准没有对凹口的深度作出详细说明，为使用造成不便。在MSP 9000C煤岩设备中，可很方便地将用0 .05阶反射率分布图转换为0.1阶反射率分布图，去掉小“凹口”，若“凹口”依然存在，则算“凹口”。

4．确定大致的混煤比例。
    对于混煤，可根据镜质组反射率分布图上各峰的面积确定出其大致混煤比例。
    对无重迭部分的峰，每个峰代表了一种牌号煤。可以用简单方法确定出其混煤比。在MSP 9000C煤岩设备中，可用软件提供的滚动棒确定各峰的反射率上、下限，通过积分确定出各峰面积， 从而确定出其混煤比。
    对于各峰间有重迭部分，由于重迭部分有二种或两种以上峰的成份，用确定各峰上下限再积分的间单方法确定混煤比就不够合理。
    MSP 9000C煤岩设备提供了曲线剥离分峰法用于确定混煤比例。例如：


5．确定活惰性组分含量及其活惰比。
    煤岩组成是影响煤性质的重要因素之一。不同的显微煤岩组分其工艺性质完全不同。
    中等变质程度的煤镜质组粘结性与结焦性最好。
    壳质组挥发份较高，如树脂的挥发份可高达90%。因此对成焦贡献较小，但由于其氢含量高，按传氢机理，壳质组的存在可改善煤中镜质量组的粘结性与结焦性。
    丝质组无粘结性，在结焦过程中需靠其它组分将其粘结。
    一般将煤中的镜质组与稳定组划为活性组分，丝质组划归惰性组分。
    煤中的活性组分在结焦过程中呈现软化融溶现象，惰性组分在结焦过程中无软化融熔现象。

显然，煤中各显微煤岩组分的比例不同，其粘结性与结焦性必然存在差异。例如：

淮南煤田各层煤的化学工艺性质

由于处同一煤田,上下层距不远，变质程度基本相同。但由于13层煤稳定组分高故其Vdaf、焦油产率均较高。
    日本钢管公司实例：日本钢管公司进口美国煤与澳大利亚煤，单种煤焦炭质量相同，但美国煤价格为$88, 澳大利亚煤$68,原因是美国煤活性组分含量高，澳大利亚煤惰性组分含量高。
    因此，煤的变质程度与显微煤岩组分是定煤性质的最重要的两个因素。同样是活性组分的镜质组，变质程度不同，其性质差别也很大。

6．判断煤的风氧化性。
    中低变质程度的煤在存贮过程中易遭受氧化。煤氧化后，其性质发生较大变化，粘结性可以完全消失，在配煤中难以起到相应的作用。因此在焦化企业应避免来煤遭受氧化。
    当煤发生轻度氧化时，一般的煤化学指标难以反映。煤的燃点对煤是否发生氧化反映较为灵敏。但一般在焦化企业中不测定煤的燃点。
    用煤岩学方法可以在煤性质发生较明显改变前迅速判断是否氧化，为迅速将即将发生煤质明显变化的煤及时用掉提供依据。
    方法是观察煤中的镜质组，当煤发生轻度氧化时，镜质组中会出现不规裂纹。
    应注意区分这种镜质组氧化裂纹与内生裂隙的区别：
    镜质组氧化裂纹：不归则。
    镜质组内生裂隙：垂直于煤层。
    氧化严重时，在镜质组中还可会出现特有的“氧化圈”：圈的内外颜色不一致。

7．判断煤的还原性。

在煤的变质程度、显微煤岩组分。反射率分布图均一致的情况下，煤质也可以存在差异，这是由于其还原性不同所致。
    还原性，指在煤生成进程中的泥炭化阶段，水体介质的酸碱性PH值氧化还原电位Eh值的不同形成了不同的环境对煤质造成的影响。
    在流动性较差的水体中，氧化还原电位低，在此环境中生成的煤氢含量高，焦油产率高，粘结性较强。称为强还原煤。强还原煤的镜质组在一定条件会发荧光。可用荧光性测定判断其是否为强还原煤——这也是煤岩学指标。

二、指导煤焦配煤
１、配煤反射率分布图作用：
    用测定的单种煤镜质组反射率分布图，乘以配煤比例，可以合成配煤反射率分布图。
    在这种配煤反射率分布图上，根据不同牌号煤反射率分布范围给出了不同牌号煤实际所占的百分比。这是在有混煤的情况下，得到配煤中各牌号煤实际百分比的唯一方法。
    用这种方法，可以在计算机上模拟配煤，如改变煤种，改变某种煤的配入比例，看形成的配煤反射率分布图与焦炭质量较好的配煤反射率分布图是否一致。若一致或差不多，则说明配煤方案可行。
    日本的配煤专家认为：配煤的R0max在1.2~1.3之间，惰性组分含量在15~20%时，焦炭质量较好。笔者认为配煤的R0e在1.0~1.1时，Ｓ在0.3~0.35之间，焦炭质量较好。标准方差过小，说明配煤中缺少某个煤种。还可以实测配煤反射率分布图，发现配煤过程中的错配、漏配，煤质逐步发生变化等问题。因为配煤反射率分布图中各峰的位置反映了其牌号，峰面积反映了其配入的百分比。

三、在煤分类中的应用
    作为煤分类的第二类指标，都采用煤的工艺性质如粘结性。表征粘结性的指标很多，如Y，b,G等，各有优缺点。共同缺点是它们只能综合地反映煤岩显微组分的性质。当煤的显微组分很不均一时，往往会出现具有同样粘结性指标的煤，却反映出不同的炼焦性能。有的工艺性质相似的煤又不居于同一牌号等问题。特别是如上所述，当供应的煤是混煤时，更难以确切判断其牌号。而煤的反射率及其煤岩显微组成反映了煤的本质，它们能精确地反映煤的挥发分和粘结性，反过来却不能。鉴于以上意见，目前世界各国都在逐步将煤岩指标引入煤分类中。

1. 苏联对工业一成因分类是否作为全苏统一分类从1970年就开始争论。最后采用了镜质组平均最大反射率和煤岩显微组成作为煤分类中的指标。

2. 美国ASTM标准用镜质组最大反射率为煤分类指标，伯利恒钢铁公司刚采用活性镜质组反射率为指标。

3. 日本的煤分类中一般采用两个指标，其中一个为镜质组最大反射率，另一个为粘结性指标。

4. 其它如波兰、捷克、法国都采用了镜质组反射率作为煤分类指标，但各国划类的具体指标是不一致的。

5. 中国煤炭科学研究总院西安分院在1970年就提出了以镜质组平均最大反射率和可熔组分总量以及粘结指数G三个指标的成因一工业分类。

6. 国际煤岩分类专题会议已经提出采用编码系统的煤分类，至1991年已通过，作为国际煤层煤分类。而作为商业用煤分类方案尚在酝酿之中。该编码系统首先根据平均随机反射率把煤分成三大类，即平均随机反射率小于0.6%的为低煤阶煤(相当于褐煤)，等于或大于0．6%的为中等煤阶煤(相当于烟煤)和高煤阶煤(相当于无烟煤)。

           该"煤层煤分类"是针对中等和高煤阶煤，共采用8个参数，14位编码。这8个参数为镜质组随机反射率、镜质组随机反射率分布特征图、显微组分、钳锅膨胀序数、挥发分、灰分、全硫、高位发热量。各参数的编码和备编码的参数范围分别列于表2一7至表2一43。镜质组随机反射率分布特征图的编码请参照表2一6。

   
                根据镜质组最大反射率平均值Rmax对煤种的划分

2．煤岩配煤：
    配煤技术由常规配煤向煤岩配煤发展。
2．1煤岩配煤的基本原理：
  （１）、煤是不均一物质，各种工艺性质不同的显微煤岩组分混合组成。它们在配煤中的作用不同。如前述的在结焦过程中可软化融熔，具有粘结性的活性组分与不软化融熔无粘结性的惰性组分。
  （２）、煤中的活性组分质量也不同，差别很大。即使同一种煤中所含的活性组分质量也有明显区别。如镜质组在Ｒmax0<0.4或R0max>1.7时无粘结性，在R0max为1.1左右时粘结性最好。
  （３）、惰性组分是配煤中不可缺少的部分，在配煤中，其含量不足或过剩都会导致焦炭质量下降。
  （４）、煤的粘结发生在煤颗粒的界面上，通过界反应，形成交连键而结合起来。煤热介产生的液相物质沿界面扩散。界面结合的好坏是对焦炭质量有重要影响。
  （５）、煤岩指标相同的煤种可互相替代。
    即煤的变质程度、显微煤岩组成、反射率分布图、还原程度均相同的煤可以互相代换。

2．2煤岩配煤方法：
（１）、阿莫索夫－夏皮略法：
    Ａ、将煤岩组分划分为二大类：
    活性组分＝镜质组＋稳定组＋1/3半镜质组
    惰性组分＝丝质组（包括半丝质组）＋2/3半镜质组＋矿物组
    Ｂ、计算活性组分平均质量，用ＳＩ指标表示：
     ＳＩ＝(∑aIxI／∑xI)
    i =3~21
其中
aI――反射率为反射率为i/10的活性组分含有一定数惰性组分时的强度指数，可查相应图获得。图由实验数据绘制。

XI――反射率为i/10时的活性组分数量。
    ∑xI――活性组分总量。
Ｃ、计算组成平衡指数ＣＢＩ
     ＣＢＩ＝（100-∑XI）／∑Ｘi/bI
I=3~21
  该式分子惰性组分含量。∑ＸI表示活性组含量；

bI为最佳活惰比，达到此时，焦炭质量最好。
   ＣＢＩ指标反映了配煤中活惰性组的比例。
  ＣＢＩ>１时表示惰性组分偏高，小于１时表示惰性组分含量不足，等于１时表示合适。
再查相应的图表中可以预测焦类质量。

（２）、日本的官津降法：
Ａ、计算配煤Ｒ0max，认为Ｒ0max在1.2~1.3时最好。
Ｂ、计算惰性组分含量，认为在１５％左右最好。
Ｃ、考虑配煤的适配性：
     用基氏流动度指标考察各煤种的软化融熔温度范围是否重叠。若不重叠，需添加煤种使之重叠。
    我国除宝钢外无基氏塑性计，但可以通过考察生成焦碳的界面结合状况予以评价。
（３）、煤岩配煤中存在的问题及其解决方法：
    煤岩配煤的基本原理的可靠，但实施中还必须解决有关的问题。
    在阿莫索夫的方法中，需要确定活性组0.1阶范围内的百分含量。这可由反射率分布图中确定，MSP 9000C煤岩设备提供了这种功能，但要确定每一阶的最佳活惰比，则非常困难。一种方法是用显微煤岩组分分离的方法，将各种显微组分分离出，配以不同的惰性物炼焦，确定活性组分的质量其最佳活惰比，显然这种方法工作量实在太大，也难以按0.1阶的反射率将煤岩组分分离开。
    较好的解决方案是：
    用测定容惰能力的方法将其导出。
    将煤样添加不同比例的标准无烟煤，测定其粘结指数，会得到Ｇ值对煤中惰性物总含量关系曲线(G-I曲线)。经多次测定，不同煤种的G-I曲线恒为直线。沿该直线向其两端外推，则可得到总惰性物为零时的Ｇ值，记为ＧＡ，ＧＡ即为纯活性组分质量。用该法还可以确定各种煤的最大容惰能力等。用单种煤或配合煤添加不同比例的惰性物炼制坩埚焦，测定其显微强度ＭＳＩ值，则有：
     ＭＳＩ＝f(R0max,A/2)为二次曲线为抛物线，令其一阶导数为０，即可确定其极值，即ＭＳＩ的最大值，此时对应的Ａ／２即为最佳期活惰比。
     近年来，在许多国家及我国均发现惰性组分也非完全惰性。有的丰丝质组在结焦过程中仍具有一定活性。因此，阿莫索夫对活惰组分的划分方法既显生硬也不科学。
    较好的解决方案是直接按结丝焦性划分活惰性组分。
    方法是：测定焦炭中惰性组分含量，再转化为以煤为基础的惰性组分含量，据此计算出活惰组分含量与活惰比。