煤的微观检测在进厂煤质检验中的应用

朱晓旭 冉龙强 李世魁 张洁

摘要 无烟煤和烟煤作为炼铁工序生产过程中的主要燃料，广泛使用经洗煤厂洗选之后的混合煤。受资源、采购价格、生产成本等影响，市场上出现了掺入兰炭、焦化厂除尘灰、化工厂废料等异物的掺假煤。生产中一旦使用这些假煤，会导致烧结、高炉燃耗增加、风口结焦、产量下降等情况，严重影响生产稳定性。因此判定炼铁工序用煤是否含有无烟煤和烟煤以外的异物对炼铁生产工序至关重要。

关键词：鉴别 镜质体反射率 半焦

1、引言

本次通过对外购煤碳进行微观检测分析对，从而建立了快速确认进厂煤碳是否为掺杂其他异物的煤质鉴别方法。煤的微观检测实际最早应用于焦化企业配煤和焦炭质量的评价，其中以周师庸教授、赵俊国教授为代表的《应用煤岩学》、《炼焦煤性质与高炉焦炭质量》得到了广泛的应用和推广，已被焦化企业的工作者认可，但是在炼铁领域对煤的微观检测研究才刚刚开始，通过几年的研究和实践，煤的微观检测应用于烧结和高炉生产能解决一些以往解决不了或者解释不清的问题，为生产单位提供了理论和技术支撑，填补了我公司在炼铁工序煤质管控方面的缺失，同时也为煤质进厂把关提供了简单快速的鉴别方法，从而指导煤质采购、监督指导用煤、挽回掺假煤造成的损失。

2、煤的微观检测技术

2.1 煤的微观检测发展历史

①1830年古植物学家Witham开始利用光学显微镜研究煤的微观组织。

②1913年德国学者借鉴矿相研究方法尝试研究煤的显微组织。

③1928年科学家提出制备煤粉光片的方法研究煤的微观组织，发现了煤在显微镜下不同的光学性质。

④1931年成立中央地质研究所沁园燃料研究室，是中国最早的煤岩学研究机构。

⑤1932年科学家利用光度计发现煤的镜质体反射率与煤化程度之间的关系。

⑥1935年科学家提出“显微组分”的概念，用于表示煤在光学显微镜下可以判别出煤的微观组成。

⑦1953年国际煤岩学成立，编制了《煤岩学手册》，1990年以来相继出版了《中国煤岩学》和《中国煤岩学图鉴》并逐步应用于科研和焦化企业。

2.2利用煤的微观检测鉴别煤质原理

煤不是一个均一的物质。它是一种由不同的有机组分和不同的无机组分构成的极其复杂的混合体。有机组分包含：惰质组、壳质组、镜质组等，各组分之间在本质上有明显的不同。无机组分包含：粘土、铁矿、石英岩等各种矿物质。

其中镜质体反射率直接反映了煤的变质程度，与煤的挥发分相对应，镜质体反射率越高，煤的挥发分越低。但不同的是煤的挥发分指标反映的是煤的一个综合性质，而镜质体反射率测定是将煤样以煤颗粒作为研究对象，测量单个煤颗粒中镜质体的反射率，将测量结果统计起来生成随机反射率分布图。单种煤的镜质体反射率分布图呈单峰型，基本上呈正态分布，而混合煤的镜质体反射率分布图随其混配复杂程度的不同而呈现出各种不同的形态。

3、煤的微观检测技术在煤质检验中的应用

3.1 煤的显微组分组和矿物测定方法

将煤粉光片置于反射偏光显微镜下，以能准确识别显微组分和矿物为基础，用数点法统计各种显微组分组和矿物的数量，从而计算出体积分数。

3.2 煤的镜质体反射率显微镜测定方法

测定过程中应维持室温在18 C〜28℃之间，依次打开显微镜电源、光源及仪器的其他电器部件开关，并设定到要求的数值上。经过一定时间（不低于30 min)使仪器在测量前达到稳定状态。如果显微镜中有检偏器，应先将其移出光路。测定随机反射率时，应从光路中移去起偏器。测定最大反射率时，若采用平面玻璃，应将起偏器放在0°位置；若采用贝瑞克棱镜垂直照明，则应将起偏器置于45°位置。若采用片状起偏器，当有明显褪色时，应及时更换。将油浸液滴在已抛光的煤粉光片样品的抛光面上。并将样品置于载物台上。调节照明视域，使其直径小于全视域的三分之一。然后调节孔径光圈，以减少耀光，但不必过分降低光的强度，一旦调节好，测定过程中就不应再改变其孔径大小。使物镜向载物台旋转轴对中；使视域光圈的像准焦并对中；调节测量光圈，使其中心与十字中心重合，如果看不见测量光圈迭加在样品上的像时，可在视域中选一光亮体，如铁矿晶体等使其正对十字丝中心，然后调节测量光圈的中心位置，直到光电转换器信号达到最高值为止。

4 煤的微观检测技术在实际煤质检验中的应用

4.1 利用煤的显微组分组和矿物测定方法检验煤的质量

煤的常规检验手段主要以煤的工业分析为主，但大部分洗煤企业通过使用不同的煤种进行相互搭配，以达到需方的指标要求，因此常规的工业分析存在一定的缺陷，尤其针对混配的煤种，工业分析只能反映出煤的综合指标情况，不能真实的反映出供应的煤真实质量，尤其是混煤的品种和比例。因此利用煤的显微组分组和矿物测定方法能准确检验出煤的本来面目。

2020年4月我公司采购一批烧结用煤，按照MT/T 1030-2006 烧结矿用煤技术条件要求，所供煤需符合相关规定。通过对进厂烧结煤取样进行工业分析结果如述：灰分：9.4%，固定碳：8.22%，固定碳：83.1%，全硫0.22%。可以看出，此批次烧结煤从工业分析结果看基本符合烧结矿用煤技术条件，但是从外观检查发现此批次煤炭颗粒外表细纹较多，质量轻，强度低，于是对本批次烧结煤进行显微组分组和矿物定量人工测定，结果如下：镜质组：32.27%，惰质组：25.89%，矿物组：1.06%，半焦40.78%。从检测结果可以看出，此批次煤中镜质组占比32.27%，惰质组占比25.89%，矿物组占比1.06%，半焦占比40.78%。

兰炭是高挥发分烟煤经过干馏热解，得到得低挥发分得固体碳质产品，烧结配加兰炭后，会造成烧结机尾断面分布不均，存在局部过烧现象，随着兰炭比例的增加过烧现象更加严重。由于兰炭强度低，会导致燃料在烧结机内分布不合理，布料存在局部偏析，从而导致烧结矿亚铁含量波动大，使生产中亚铁稳定性失去控制。所以在未预知情况下使用兰炭会造成烧结矿质量变差。

4.2 利用煤的镜质体反射率显微镜测定方法检验煤的质量

此批次烧结煤从工业分析结果看基本符合烧结矿用煤技术条件，但在镜质体反射率显微镜测定结果中可以看出，此批次煤明显为混合煤，且混合情况较为复杂。因此此批次烧结煤中的部分煤种不符合烧结矿用煤技术条件要求。

5、结语

通过对进厂烧结煤进行工业分析和煤的微观检测分析发现，常规检测手段《煤的工业分析方法》已经不能完全满足进厂煤质检验，单纯的工业分析只能反映出煤的一个综合指标情况，并不能准确反映出煤的单混情况及混煤比例，通过煤的微观检测分析手段能准确判断出进厂煤单混情况及混煤比例，所以只有将煤的工业分析和微观检测分析相结合，才能准确、客观的评价进厂煤质量，煤的微观检测分析是目前评价煤质单混情况最有效的手段，能正确指导煤质采购、监督指导用煤、挽回掺假煤造成的损失。

参考文献

1、白向飞《煤岩学发展简史及应用 》

2、王卓《煤岩分析在焦化企业煤质评价方面的应用》

第一作者：朱晓旭，男，1986年出生于河北武安，冶金助理工程师，就职于河北新金钢铁有限公司，现任烧结厂厂长。