詳解煤炭化驗(yàn)/煤炭分析化驗(yàn)知識(shí)
發(fā)布時(shí)間：2014-02-01 點(diǎn)擊次數(shù)：1605次
人們通常把開(kāi)發(fā)煤炭(煤炭熱量計(jì))資源的企業(yè)稱(chēng)作煤礦，把開(kāi)采出來(lái)的煤礦產(chǎn)品稱(chēng)為煤炭。我國(guó)古代曾稱(chēng)煤炭為石涅，或稱(chēng)石炭。它是植物遺體埋藏在地下經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)復(fù)雜的生物化學(xué)、地球化學(xué)和物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)化而成的一種固體可燃礦產(chǎn)。它不僅是工農(nóng)業(yè)和人民生活不可缺少的主要燃料，而且還是冶金、化工、醫(yī)藥等部門(mén)的重要原料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)構(gòu)成中，煤炭一直居于主導(dǎo)地位，1995年，生產(chǎn)占75.5%，消費(fèi)占75.0%。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展都離不開(kāi)煤炭。隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新工藝、新方法的應(yīng)用，煤炭(煤炭熱量計(jì))的用途和綜合利用價(jià)值將會(huì)越來(lái)越大。可以預(yù)計(jì)，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，煤炭在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中都將占有相當(dāng)重要的地位。
一、礦物原料特點(diǎn)
(一) 煤的物理性質(zhì)
煤(煤炭熱量計(jì))的物理性質(zhì)是煤的一定化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn)。它是由成煤的原始物質(zhì)及其聚積條件、轉(zhuǎn)化過(guò)程、煤化程度和風(fēng)、氧化程度等因素所決定。包括顏色、光澤、粉色、比重和容重、硬度、脆度、斷口及導(dǎo)電性等。其中，除了比重和導(dǎo)電性需要在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定外，其他根據(jù)肉眼觀(guān)察就可以確定。煤的物理性質(zhì)可以作為初步評(píng)價(jià)煤質(zhì)的依據(jù)，并用以研究煤的成因、變質(zhì)機(jī)理和解決煤層對(duì)比等地質(zhì)問(wèn)題。
1.顏色
是指新鮮煤表面的自然色彩，是煤對(duì)不同波長(zhǎng)的光波吸收的結(jié)果。呈褐色—黑色，一般隨煤化程度的提高而逐漸加深。
2.光澤
是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈瀝青、玻璃和金剛光澤。煤化程度越高，光澤越強(qiáng)；礦物質(zhì)含量越多，光澤越暗；風(fēng)、氧化程度越深，光澤越暗，直到完全消失。
3.粉色
指將煤(煤炭熱量計(jì))研成粉末的顏色或煤在抹上釉的瓷板上刻劃時(shí)留下的痕跡，所以又稱(chēng)為條痕色。呈淺棕色—黑色。一般是煤化程度越高，粉色越深。
4.比重和容重
煤的比重又稱(chēng)煤的密度，它是不包括孔隙在內(nèi)的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重又稱(chēng)煤的體重或假比重，它是包括孔隙在內(nèi)的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重是計(jì)算煤層儲(chǔ)量的重要指標(biāo)。褐煤的容重一般為1.05～1.2，煙煤為1.2～1.4，無(wú)煙煤變化范圍較大，可由1.35～1.8。煤巖組成、煤化程度、煤中礦物質(zhì)的成分和含量是影響比重和容重的主要因素。在礦物質(zhì)含量相同的情況下，煤的比重隨煤化程度的加深而增大。
5.硬度
是指煤抵抗外來(lái)機(jī)械作用的能力。根據(jù)外來(lái)機(jī)械力作用方式的不同，可進(jìn)一步將煤的硬度分為刻劃硬度、壓痕硬度和抗磨硬度三類(lèi)。煤的硬度與煤化程度有關(guān)，褐煤和焦煤的硬度最小，約2～2.5；無(wú)煙煤的硬度最大，接近4。
6.脆度
是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物質(zhì)、煤巖成分、煤化程度等都對(duì)煤的脆度有影響。在不同變質(zhì)程度的煤中，長(zhǎng)焰煤和氣煤的脆度較小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，無(wú)煙煤的脆度最小。
7.斷口
是指煤受外力打擊后形成的斷面的形狀。在煤中常見(jiàn)的斷口有貝殼狀斷口、參差狀斷口等。煤的原始物質(zhì)組成和煤化程度不同，斷口形狀各異。
8.導(dǎo)電性
是指煤傳導(dǎo)電流的能力，通常用電阻率來(lái)表示。褐煤電阻率低。褐煤向煙煤過(guò)渡時(shí)，電阻率劇增。煙煤是不良導(dǎo)體，隨著煤化程度增高，電阻率減小，至無(wú)煙煤時(shí)急劇下降，而具良好的導(dǎo)電性。
(二) 煤的化學(xué)組成
煤的化學(xué)組成很復(fù)雜，但歸納起來(lái)可分為有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)兩大類(lèi)，以有機(jī)質(zhì)為主體。
煤中的有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮和有機(jī)硫等五種元素組成。其中，碳、氫、氧占有機(jī)質(zhì)的95%以上。此外，還有極少量的磷和其他元素。煤中有機(jī)質(zhì)的元素組成，隨煤化程度的變化而有規(guī)律地變化。一般來(lái)講，煤化程度越深，碳的含量越高，氫和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯硫的含量則與煤的成因類(lèi)型有關(guān)。碳和氫是煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生熱量的重要元素，氧是助燃元素，三者構(gòu)成了有機(jī)質(zhì)的主體。煤炭燃燒時(shí)，氮不產(chǎn)生熱量，常以游離狀態(tài)析出，但在高溫條件下，一部分氮轉(zhuǎn)變成氨及其他含氮化合物，可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫多的煤在燃燒時(shí)生成硫化物氣體，不僅腐蝕金屬設(shè)備，與空氣中的水反應(yīng)形成酸雨，污染環(huán)境，危害植物生產(chǎn)，而且將含有硫和磷的煤用作冶金煉焦時(shí)，煤中的硫和磷大部分轉(zhuǎn)入焦炭中，冶煉時(shí)又轉(zhuǎn)入鋼鐵中，嚴(yán)重影響焦炭和鋼鐵質(zhì)量，不利于鋼鐵的鑄造和機(jī)械加工。用含有氟和氯的煤燃燒或煉焦時(shí)，各種管道和爐壁會(huì)遭到強(qiáng)烈腐蝕。將含有砷的煤用于釀造和食品工業(yè)作燃料，砷含量過(guò)高，會(huì)增加產(chǎn)品毒性，危及人民身體健康。
煤中的無(wú)機(jī)質(zhì)主要是水分和礦物質(zhì)，它們的存在降低了煤的質(zhì)量和利用價(jià)值，其中絕大多數(shù)是煤中的有害成分。
另外，還有一些稀有、分散和放射性元素，例如，鍺、鎵、銦、釷、釩、鈦、鈾……等，它們分別以有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物的形態(tài)存在于煤中。其中某些元素的含量，一旦達(dá)到工業(yè)品位或可綜合利用時(shí)，就是重要的礦產(chǎn)資源。
通過(guò)元素分析可以了解煤的化學(xué)組成及其含量，通過(guò)工業(yè)分析可以初步了解煤的性質(zhì)，大致判斷煤的種類(lèi)和用途。煤的工業(yè)分析包括對(duì)水分、灰分、揮發(fā)分的測(cè)定和固定碳的計(jì)算四項(xiàng)內(nèi)容。
1.水分
指單位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、內(nèi)在水分和結(jié)晶水三種存在狀態(tài)。一般以煤的內(nèi)在水分作為評(píng)定煤質(zhì)的指標(biāo)。煤化程度越低，煤的內(nèi)部表面積越大，水分含量越高。水分對(duì)煤的加工利用是有害物質(zhì)。在煤的貯存過(guò)程中，它能加速風(fēng)化、破裂，甚至自燃；在運(yùn)輸時(shí)，會(huì)增加運(yùn)量，浪費(fèi)運(yùn)力，增加運(yùn)費(fèi)；煉焦時(shí)，消耗熱量，降低爐溫，延長(zhǎng)煉焦時(shí)間，降低生產(chǎn)效率；燃燒時(shí)，降低有效發(fā)熱量；在高寒地區(qū)的冬季，還會(huì)使煤凍結(jié)，造成裝卸困難。只有在壓制煤磚和煤球時(shí)，需要適量的水分才能成型。
2.灰分
是指煤在規(guī)定條件下完全燃燒后剩下的固體殘?jiān)Ｋ敲褐械牡V物質(zhì)經(jīng)過(guò)氧化、分解而來(lái)?；曳謱?duì)煤的加工利用極為不利?；曳衷礁?，熱效率越低；燃燒時(shí)，熔化的灰分還會(huì)在爐內(nèi)結(jié)成爐渣，影響煤的氣化和燃燒，同時(shí)造成排渣困難；煉焦時(shí)，全部轉(zhuǎn)入焦炭，降低了焦炭的強(qiáng)度，嚴(yán)重影響焦炭質(zhì)量。煤灰成分十分復(fù)雜，成分不同直接影響到灰分的熔點(diǎn)。灰熔點(diǎn)低的煤，燃燒和氣化時(shí)，會(huì)給生產(chǎn)操作帶來(lái)許多困難。為此，在評(píng)價(jià)煤的工業(yè)用途時(shí)，必須分析灰成分，測(cè)定灰熔點(diǎn)。
3.揮發(fā)分
指煤中的有機(jī)物質(zhì)受熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體。它是對(duì)煤進(jìn)行分類(lèi)的主要指標(biāo)，并被用來(lái)初步確定煤的加工利用性質(zhì)。煤的揮發(fā)分產(chǎn)率與煤化程度有密切關(guān)系，煤化程度越低，揮發(fā)分越高，隨著煤化程度加深，揮發(fā)分逐漸降低。
4.固定碳
測(cè)定煤的揮發(fā)分時(shí)，剩下的不揮發(fā)物稱(chēng)為焦渣。焦渣減去灰分稱(chēng)為固定碳。它是煤中不揮發(fā)的固體可燃物，可以用計(jì)算方法算出。焦渣的外觀(guān)與煤中有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)有密切關(guān)系，因此，根據(jù)焦渣的外觀(guān)特征，可以定性地判斷煤的粘結(jié)性和工業(yè)用途。
(三)煤的工藝性質(zhì)
為了提高煤的綜合利用價(jià)值，必須了解、研究煤的工藝性質(zhì)，以滿(mǎn)足各方面對(duì)煤質(zhì)的要求。煤的工藝性質(zhì)主要包括：粘結(jié)性和結(jié)焦性、發(fā)熱量、化學(xué)反應(yīng)性、熱穩(wěn)定性、透光率、機(jī)械強(qiáng)度和可選性等。
1.粘結(jié)性和結(jié)焦性
粘結(jié)性是指煤在干餾過(guò)程中，由于煤中有機(jī)質(zhì)分解，熔融而使煤粒能夠相互粘結(jié)成塊的性能。結(jié)焦性是指煤在干餾時(shí)能夠結(jié)成焦炭的性能。煤的粘結(jié)性是結(jié)焦性的必要條件，結(jié)焦性好的煤必須具有良好的粘結(jié)性，但粘結(jié)性好的煤不一定能單獨(dú)煉出質(zhì)量好的焦炭。這就是為什么要進(jìn)行配煤煉焦的道理。粘結(jié)性是進(jìn)行煤的工業(yè)分類(lèi)的主要指標(biāo)，一般用煤中有機(jī)質(zhì)受熱分解、軟化形成的膠質(zhì)體的厚度來(lái)表示，常稱(chēng)膠質(zhì)層厚度。膠質(zhì)層越厚，粘結(jié)性越好。測(cè)定粘結(jié)性和結(jié)焦性的方法很多，除膠質(zhì)層測(cè)定法外，還有羅加指數(shù)法、奧亞膨脹度試驗(yàn)等等。粘結(jié)性受煤化程度、煤巖成分、氧化程度和礦物質(zhì)含量等多種因素的影響。煤化程度最高和最低的煤，一般都沒(méi)有粘結(jié)性，膠質(zhì)層厚度也很小。
2.發(fā)熱量
是指單位重量的煤在完全燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量，亦稱(chēng)熱值，常用106J/kg表示。它是評(píng)價(jià)煤炭質(zhì)量，尤其是評(píng)價(jià)動(dòng)力用煤的重要指標(biāo)。國(guó)際市場(chǎng)上動(dòng)力用煤以熱值計(jì)價(jià)。我國(guó)自1985年6月起，改革沿用了幾十年的以灰分計(jì)價(jià)為以熱值計(jì)價(jià)。發(fā)熱量主要與煤中的可燃元素含量和煤化程度有關(guān)。為便于比較耗煤量，在工業(yè)生產(chǎn)中，常常將實(shí)際消耗的煤量折合成發(fā)熱量為2.930368×107J/kg的標(biāo)準(zhǔn)煤來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
3.化學(xué)反應(yīng)性
又稱(chēng)活性。是指煤在一定溫度下與二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反應(yīng)能力。它是評(píng)價(jià)氣化用煤和動(dòng)力用煤的一項(xiàng)重要指標(biāo)。反應(yīng)性強(qiáng)弱直接影響到耗煤量和煤氣的有效成分。煤的活性一般隨煤化程度加深而減弱。
4.熱穩(wěn)定性
又稱(chēng)耐熱性。是指煤在高溫作用下保持原來(lái)粒度的性能。它是評(píng)價(jià)氣化用煤和動(dòng)力用煤的又一項(xiàng)重要指標(biāo)。熱穩(wěn)定性的好壞，直接影響爐內(nèi)能否正常生產(chǎn)以及煤的氣化和燃燒效率。
5.透光率
指低煤化程度的煤(褐煤、長(zhǎng)焰煤等)，在規(guī)定條件下用硝酸與磷酸的混合液處理后，所得溶液對(duì)光的透過(guò)率稱(chēng)為透光率。隨著煤化程度加深，透光率逐漸加大。因此，它是區(qū)別褐煤、長(zhǎng)焰煤和氣煤的重要指標(biāo)。
6.機(jī)械強(qiáng)度
是指塊煤受外力作用而破碎的難易程度。機(jī)械強(qiáng)度低的煤投入氣化爐時(shí)，容易碎成小塊和粉末，影響氣化爐正常操作。因此，氣化用煤必須具備較高的機(jī)械強(qiáng)度。
7.可選性
是指煤通過(guò)洗選，除去其中的夾矸和礦物質(zhì)的難易程度。我國(guó)現(xiàn)行的選煤方法，詳見(jiàn)第四節(jié)。
二、用途與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
(一) 煤的工業(yè)分類(lèi)
1958年，國(guó)家頒布了以煉焦用煤為主的分類(lèi)方案，為工業(yè)部門(mén)合理使用煤炭資源創(chuàng)造了有利條件，但在實(shí)踐中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。在認(rèn)真分析研究和吸收國(guó)外先進(jìn)分類(lèi)方法的基礎(chǔ)上，為了使各項(xiàng)分類(lèi)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最能反映煤的質(zhì)量特點(diǎn)，達(dá)到更加合理地利用煤炭資源的目的，1986年，國(guó)家重新頒布了從褐煤到無(wú)煙煤的全面技術(shù)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，將自然界中的煤劃分為14大類(lèi)，其中，褐煤和無(wú)煙煤又分別劃分為2個(gè)和3個(gè)小類(lèi)(表2.2.1)。這就是我國(guó)現(xiàn)行的煤炭分類(lèi)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
表 2.2.1中國(guó)煤炭分類(lèi)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (GB5751-86)
(1) 分類(lèi)指標(biāo)及其符號(hào)Vr為干燥無(wú)灰基揮發(fā)分(%)；Hr為干燥無(wú)灰基氫含量(%)；GR.I(簡(jiǎn)記G)為煙煤的粘結(jié)指數(shù)；Y為煙煤的膠質(zhì)層最大厚度；PM為煤樣的透光率(%)；b為煙煤的奧亞膨脹度(%)；Q-A.GNGW為煤的恒濕無(wú)灰基高位發(fā)熱量(MJ/kg)。
(2) 煤類(lèi)的編碼各類(lèi)煤用兩位阿拉伯?dāng)?shù)碼表示。10位表示煤的揮發(fā)分，個(gè)位數(shù)在無(wú)煙煤及褐煤表示煤化程度，在煙煤表示結(jié)粘性。
(二) 各煤類(lèi)的主要特征和用途
1.褐煤
它是煤化程度最低的煤。其特點(diǎn)是水分高、比重小、揮發(fā)分高、不粘結(jié)、化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性差、發(fā)熱量低，含有不同數(shù)量的腐殖酸。多被用作燃料、氣化或低溫干餾的原料，也可用來(lái)提取褐煤蠟、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。一號(hào)褐煤還可以作農(nóng)田、果園的有機(jī)肥料。
2.長(zhǎng)焰煤
它的揮發(fā)分含量很高，沒(méi)有或只有很小的粘結(jié)性，膠質(zhì)層厚度不超過(guò)5mm,易燃燒，燃燒時(shí)有很長(zhǎng)的火焰，故得名長(zhǎng)焰煤?？勺鳛闅饣偷蜏馗绅s的原料，也可作民用和動(dòng)力燃料。
3.不粘煤
它水分大，沒(méi)有粘結(jié)性，加熱時(shí)基本上不產(chǎn)生膠質(zhì)體，燃燒時(shí)發(fā)熱量較小，含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤氣和民用或動(dòng)力燃料。
4.弱粘煤
水分大，粘結(jié)性較弱，揮發(fā)分較高，加熱時(shí)能產(chǎn)生較少的膠質(zhì)體，能單獨(dú)結(jié)焦，但結(jié)成的焦塊小而易碎，粉焦率高。這種煤主要用作氣化原料和動(dòng)力燃料。
5. 1/2中粘煤
它具有中等粘結(jié)性和中高揮發(fā)分?？梢宰鳛榕涿簾捊沟脑?，也可以作為氣化用煤和動(dòng)力燃料。
6.氣煤
揮發(fā)分高，膠質(zhì)層較厚，熱穩(wěn)定性差。能單獨(dú)結(jié)焦，但煉出的焦炭細(xì)長(zhǎng)易碎，收縮率大，且縱裂紋多，抗碎和耐磨性較差。故只能用作配煤煉焦，還可用來(lái)煉油、制造煤氣、生產(chǎn)氮肥或作動(dòng)力燃料。
7.氣肥煤
它的揮發(fā)分和粘結(jié)性都很高，結(jié)焦性介于氣煤和肥煤之間，單獨(dú)煉焦時(shí)能產(chǎn)生大量的氣體和液體化學(xué)物質(zhì)。最適合高溫干餾制造煤氣，更是配煤煉焦的好原料。
8.肥煤
具有很好的粘結(jié)性和中等及中高等揮發(fā)分，加熱時(shí)能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，形成大于25mm的膠質(zhì)層，結(jié)焦性最強(qiáng)。用這種煤來(lái)煉焦，可以煉出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但這種焦炭橫裂紋多，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小塊。由于粘結(jié)性強(qiáng)，因此，它是配煤煉焦中的主要成分。
9. 1/3焦煤
它是介于焦煤、肥煤和氣煤之間的過(guò)渡煤，具有很強(qiáng)的粘結(jié)性和中高等揮發(fā)分，單獨(dú)用來(lái)煉焦時(shí)，可以形成熔融性良好、強(qiáng)度較大的焦炭。因此，它是良好的配煤煉焦的基礎(chǔ)煤。
10.焦煤
具有中低等揮發(fā)分和中高等粘結(jié)性，加熱時(shí)可形成穩(wěn)定性很好的膠質(zhì)體，單獨(dú)用來(lái)煉焦，能形成結(jié)構(gòu)致密、塊度大、強(qiáng)度高、耐磨性好、裂紋少、不易破碎的焦炭。但因其膨脹壓力大，易造成推焦困難，損壞爐體，故一般都作為煉焦配煤使用。
11.瘦煤
具有較低揮發(fā)分和中等粘結(jié)性。單獨(dú)煉焦時(shí)，能形成塊度大、裂紋少、抗碎強(qiáng)度較好，但耐磨性較差的焦炭。因此，用它加入配煤煉焦，可以增加焦炭的塊度和強(qiáng)度。
12.貧瘦煤
揮發(fā)分低，粘結(jié)性較弱，結(jié)焦性較差。單獨(dú)煉焦時(shí)，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化劑的作用。故可作煉焦配煤使用，同時(shí)，也是民用和動(dòng)力的好燃料。
13.貧煤
具有一定的揮發(fā)分，加熱時(shí)不產(chǎn)生膠質(zhì)體，沒(méi)有粘結(jié)性或只有微弱的粘結(jié)性，燃燒火焰短，煉焦時(shí)不結(jié)焦。主要用于動(dòng)力和民用燃料。在缺乏瘦料的地區(qū)，也可充當(dāng)配煤煉焦的瘦化劑。
14.無(wú)煙煤
它是煤化程度最高的煤。揮發(fā)分低、比重大、硬度高、燃燒時(shí)煙少火苗短、火力強(qiáng)。通常作民用和動(dòng)力燃料。質(zhì)量好的無(wú)煙煤可作氣化原料、高爐噴吹和燒結(jié)鐵礦石的燃料，以及制造電石、電極和炭素材料等。
(三) 工業(yè)用煤的質(zhì)量要求
煤的工業(yè)用途非常廣泛，歸納起來(lái)主要是冶金、化工和動(dòng)力三個(gè)方面。同時(shí)，在煉油、醫(yī)藥、精密鑄造和航空航天工業(yè)等領(lǐng)域也有廣闊的利用前景。各工業(yè)部門(mén)對(duì)所用的煤都有特定的質(zhì)量要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。簡(jiǎn)要介紹如下：
1.煉焦用煤
煉焦是將煤放在干餾爐中加熱，隨著溫度的升高(最終達(dá)到1 000℃左右)，煤中有機(jī)質(zhì)逐漸分解，其中，揮發(fā)性物質(zhì)呈氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)逸出，成為煤氣和煤焦油，殘留下的不揮發(fā)性產(chǎn)物就是焦炭。焦炭在煉鐵爐中起著還原、熔化礦石，提供熱能和支撐爐料，保持爐料透氣性能良好的作用。因此，煉焦用煤的質(zhì)量要求，是以能得到機(jī)械強(qiáng)度高、塊度均勻、灰分和硫分低的優(yōu)質(zhì)冶金焦為目的。國(guó)家對(duì)冶金焦用煤有專(zhuān)門(mén)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2.2.2。
表 2.2.2冶金焦用煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (GB397-65)見(jiàn)上圖
2氣化用煤
煤的氣化是以氧、水、二氧化碳、氫等為氣體介質(zhì)，經(jīng)過(guò)熱化學(xué)處理過(guò)程，把煤轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N用途的煤氣。煤氣化所得的氣體產(chǎn)物可作工業(yè)和民用燃料以及化工合成原料。常用的制氣方法有兩種：①固定床氣化法。目前國(guó)內(nèi)主要用無(wú)煙煤和焦炭作氣化原料，制造合成氨原料氣。要求作為原料煤的固定碳＞80%，灰分(Ag)＜25%，硫分(SgQ)≤2%，要求粒度要均勻，25～75mm,或19～50mm,或13～25mm，機(jī)械強(qiáng)度＞65%，熱穩(wěn)定性S+13＞60%，灰熔點(diǎn)(T2)＞1 250℃，揮發(fā)分不高于9%，化學(xué)反應(yīng)性愈強(qiáng)愈好。②沸騰層氣化法。對(duì)原料煤的質(zhì)量要求是：化學(xué)反應(yīng)性要大于60%，不粘結(jié)或弱粘結(jié)，灰分(Ag)＜25%，硫分(SgQ)＜2%，水分(WQ)＜10%，灰熔點(diǎn)(T2)＞1 200℃，粒度＜10mm，主要使用褐煤、長(zhǎng)焰煤和弱粘煤等。
3.煉油用煤
一般以褐煤、長(zhǎng)焰煤為主，弱粘煤和氣煤也可以使用，其要求取決于煉油方法。①低溫干餾法，是將煤置于550℃左右的溫度下進(jìn)行干餾，以制取低溫焦油，同時(shí)還可以得到半焦和低溫焦?fàn)t煤氣。煤種為褐煤、長(zhǎng)焰煤、不粘煤或弱粘煤、氣煤。對(duì)原料煤的質(zhì)量要求是：焦油產(chǎn)率(Tf)＞7%，膠質(zhì)層厚度＜9mm，熱穩(wěn)定性S+13＞40%，粒度6～13mm,最好為20～80mm 。②加氫液化法，是將煤、催化劑和重油混合在一起，在高溫高壓下使煤中有機(jī)質(zhì)破壞，與氫作用轉(zhuǎn)化成低分子液態(tài)或氣態(tài)產(chǎn)物，進(jìn)一步加工可得到汽油、柴油等燃料。原料煤主要為褐煤、長(zhǎng)焰煤及氣煤。要求煤的碳?xì)浠?C/H)＜16，揮發(fā)分＞35%，灰分(Ag)＜5%，煤巖的絲炭含量＜2%。
4.燃料用煤
任何一種煤都可以作為工業(yè)和民用的燃料。不同工業(yè)部門(mén)對(duì)燃料用煤的質(zhì)量要求不一樣。蒸汽機(jī)車(chē)用煤要求較高，國(guó)家規(guī)定是：揮發(fā)分(Vr)≥20%，灰分(Ag)≤24%，灰熔點(diǎn)(T2)≥1 200℃，硫分(SgQ)長(zhǎng)隧道及隧道群區(qū)段≤1%，低位發(fā)熱量2.09312×107～2.51174×107J/kg以上。發(fā)電廠(chǎng)一般應(yīng)盡量用灰分(Ag)＞30%的劣質(zhì)煤，少數(shù)大型鍋爐可用灰分(Ag)20%左右的煤。為了將優(yōu)質(zhì)煤用于發(fā)展冶金和化學(xué)工業(yè)，近年來(lái)，我國(guó)在開(kāi)展低熱值煤的應(yīng)用方面取得了較快的進(jìn)展，不少發(fā)熱量?jī)H有8 372.5J/ kg左右的劣質(zhì)煤和煤矸石也能用于一般工廠(chǎng)，有的發(fā)電廠(chǎng)已摻燒煤矸石達(dá)30%。
煤的其他用途還很多。如，褐煤和氧化煤可以生產(chǎn)腐殖酸類(lèi)肥料；從褐煤中可以提取褐煤蠟供電氣、印刷、精密鑄造、化工等部門(mén)使用；用優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤可以制造碳化硅、碳粒砂、人造剛玉、人造石墨、電極、電石和供高爐噴吹或作鑄造燃料；用煤瀝青制成的碳素纖維，其抗拉強(qiáng)度比鋼材大千倍，且重量輕、耐高溫，是發(fā)展太空技術(shù)的重要材料；用煤瀝青還可以制成針狀焦，生產(chǎn)新型的電爐電極，可提高電爐煉鋼的生產(chǎn)效率等等?？傊?，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤炭的綜合利用技術(shù)也在迅速發(fā)展，煤炭的綜合利用領(lǐng)域必將繼續(xù)擴(kuò)大。
三、礦業(yè)簡(jiǎn)史
(一) 古代煤礦業(yè)簡(jiǎn)史
我國(guó)是世界上發(fā)現(xiàn)、利用煤炭最早的國(guó)家。1973年，在遼寧省沈陽(yáng)市北陵附近新石器時(shí)代的新樂(lè)遺址下層發(fā)現(xiàn)了為數(shù)不少的精煤制品。其中有：圓泡形飾25件，耳（王當(dāng)）形飾6件，圓珠15件，和這些煤制品同時(shí)出土的還有碎煤精、精煤半成品和煤塊97塊。這些煤制品，經(jīng)過(guò)前遼寧省煤田地質(zhì)勘探公司科研所鑒定，“呈弱油脂光澤，均一狀結(jié)構(gòu)，硬度、韌性均很大為其特點(diǎn)”，很容易用火柴點(diǎn)燃，燃燒時(shí)發(fā)出明亮而帶黑煙的火焰，并發(fā)出一種燒橡皮的氣味。經(jīng)過(guò)工業(yè)分析和元素分析證明，其原料就是燭煤。這是世界上用煤最早的確鑿證據(jù)，也是說(shuō)明我國(guó)早在六七千年前就已發(fā)現(xiàn)并開(kāi)始利用煤炭的歷史見(jiàn)證。
50年代中期和70年代中期，考古工作者先后在陜西省4處西周墓中出土了煤雕制品，其中，寶雞市茹家莊一處就出土了200余枚之多。據(jù)此可以判斷，早在西周時(shí)期，作為當(dāng)時(shí)全國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)中心的陜西地區(qū)，煤炭已經(jīng)被開(kāi)采利用。
戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，除繼續(xù)利用煤炭雕刻生活用品外，還在當(dāng)時(shí)的著作中出現(xiàn)了關(guān)于煤的記載。先秦時(shí)期的地理著作《山海經(jīng)》就有3處有關(guān)石涅的記載：一處見(jiàn)于該書(shū)的《西山經(jīng)》，“女床之山，其陽(yáng)多赤銅，其陰多石涅”；另二處見(jiàn)于《中山經(jīng)》，“岷山之首，曰女幾之山，其上多石涅”，“又東一百五十里，曰風(fēng)雨之山，其上多白金，其下多石涅”。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家考證，女床之山，女幾之山，風(fēng)雨之山，分別位于今陜西鳳翔、四川雙流、什邡和通江、南江、巴中一帶。古今對(duì)照，以上各地均有煤炭產(chǎn)出，證明《山海經(jīng)》的記載基本是對(duì)的，同時(shí)，說(shuō)明當(dāng)時(shí)這些地方的煤炭已被發(fā)現(xiàn)，而且已積累了一些找煤的初步地質(zhì)知識(shí)。
西漢至魏晉南北朝，出現(xiàn)了一定規(guī)模的煤井和相應(yīng)的采煤技術(shù)，煤的用途，不僅用作生產(chǎn)燃料，而且還用于冶鐵；不僅能夠利用原煤，而且還把粉煤進(jìn)行成型加工成煤餅，從而提高了煤炭的使用價(jià)值。煤的產(chǎn)地不僅在北方，而且在南方，甚至新疆也都有了產(chǎn)煤的記載。同時(shí)，煤雕工藝在這時(shí)已初步普及。
隋、唐至元代，煤炭開(kāi)發(fā)更為普遍，用途更加廣泛，冶金、陶瓷等行業(yè)均以煤作燃料，煤炭成了市場(chǎng)上的主要商品，地位日益重要，人們對(duì)煤的認(rèn)識(shí)更加深化。特別應(yīng)該指出的是，唐代用煤煉焦開(kāi)始萌芽，到宋代，煉焦技術(shù)已臻成熟。1978年秋和1979年冬，山西考古研究所曾在山西省稷山縣馬村金代磚墓中發(fā)掘出大量焦炭。1957年冬至 1958年4月，河北省文化局文物工作隊(duì)在河北峰峰礦區(qū)的硯臺(tái)鎮(zhèn)發(fā)掘出3座宋、元時(shí)期的煉焦?fàn)t遺址。焦炭的出現(xiàn)和煉焦技術(shù)的發(fā)明，標(biāo)志著煤炭的加工利用已進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。
從明朝到清道光20年(1840年)的時(shí)間里，當(dāng)時(shí)的封建統(tǒng)治者比較重視煤炭的開(kāi)發(fā)，對(duì)發(fā)展煤炭生產(chǎn)采取了一些措施，礦業(yè)管理政策也發(fā)生了某些利于煤業(yè)的變化，煤炭行業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，比以前都有較大的進(jìn)步。煤炭開(kāi)發(fā)技術(shù)得到了發(fā)展，形成了豐富多彩的中國(guó)古代煤炭科學(xué)技術(shù)。盡管當(dāng)時(shí)都是手工作業(yè)煤窯，但因其開(kāi)采利用早于其他國(guó)家，因此，17世紀(jì)以前，中國(guó)煤炭技術(shù)和管理許多方面都處于世界領(lǐng)先地位，這是值得我們自豪的。但是，日益衰敗腐朽的封建制度終于阻礙了古代煤業(yè)的繼續(xù)前進(jìn)，這就導(dǎo)致了中國(guó)近代煤礦的誕生。
(二) 近代煤礦業(yè)簡(jiǎn)史
1840年鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)以后，中國(guó)的門(mén)戶(hù)被迫開(kāi)放，進(jìn)入了半封建半殖民地社會(huì)，開(kāi)始出現(xiàn)近代航運(yùn)業(yè)和機(jī)器工業(yè)，需要大量煤炭，而舊式手工煤窯生產(chǎn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)需要，因此，清廷洋務(wù)派積極醞釀引進(jìn)西方先進(jìn)的采煤技術(shù)和設(shè)備，于是近代煤礦開(kāi)始出現(xiàn)。近代煤礦的主要標(biāo)志，一是資本主義經(jīng)營(yíng)方式；二是在提升、通風(fēng)、排水三個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)上使用以蒸汽為動(dòng)力的提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)和排水機(jī)，其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)仍然靠人力和畜力。這種技術(shù)狀況差不多一直延續(xù)到1949年，其中即或有所變化，也只是局部的、微小的。這是近代煤礦區(qū)別于古代手工煤窯和現(xiàn)代機(jī)械化礦井的主要技術(shù)特征。
我國(guó)最早的近代煤礦是臺(tái)灣的基隆煤礦和河北的開(kāi)平煤礦?；∶旱V是清政府兩江總督沈葆禎雇用英國(guó)煤師開(kāi)辦的，1876年興建，1878年出煤，年產(chǎn)量約3～5萬(wàn)t，因經(jīng)營(yíng)管理不善，投產(chǎn)不久產(chǎn)量就日漸下降，1884年中法戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，礦井被炸，停止生產(chǎn)。開(kāi)平煤礦是直隸總督李鴻章1876年命唐廷樞等籌建的，1877年籌辦，1881年建成唐山礦，以后又建成林西、西山等礦，到1894年，平均日產(chǎn)達(dá)到1 500t，最高日產(chǎn)達(dá)2 000t。這期間還先后開(kāi)辦了規(guī)模大小不同、壽命長(zhǎng)短不一的近代煤礦14個(gè)，或官辦，或官商合辦，或官督商辦，都有官僚資本主義性質(zhì)。因管理不善、資金不足、規(guī)模很小，大多數(shù)都?xì)w于失敗。
1894年中日甲午戰(zhàn)爭(zhēng)之后，中國(guó)國(guó)勢(shì)益衰，列強(qiáng)乘勢(shì)接踵而來(lái)，外國(guó)資本大量侵入中國(guó)煤礦。1898年4月，中德簽訂的《膠澳租借條約》規(guī)定：“德國(guó)在山東境內(nèi)自膠州灣修筑南北兩條鐵路，鐵路沿線(xiàn)兩旁各三十華里(15km)以?xún)?nèi)的礦產(chǎn)，德商有開(kāi)采權(quán)。”此后，英、俄、法、日相繼攫得了類(lèi)似的權(quán)利。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從1895～1912年間，帝國(guó)主義攫取中國(guó)煤礦權(quán)的條約、協(xié)定和合同共42項(xiàng)(包括其他礦藏)，涉及遼、吉、黑、滇、桂、川、皖、閩、黔、魯、浙、晉、冀、熱、豫、鄂、藏、新等19省。開(kāi)辦了開(kāi)平、灤州、焦作、孟縣、平定州(現(xiàn)平定縣)、潞安、澤州、平陽(yáng)府屬煤礦、本溪湖、臨城等規(guī)模較大的煤礦。外資煤礦的產(chǎn)量占中國(guó)當(dāng)時(shí)近代煤礦總產(chǎn)量的83.2%，基本上控制了中國(guó)的煤炭工業(yè)。帝國(guó)主義的侵略激起了中國(guó)人民的反抗，從1903年起，掀起了收回礦權(quán)運(yùn)動(dòng)，1911年達(dá)到高潮。中國(guó)的愛(ài)國(guó)紳商，不滿(mǎn)利源外流，在人民開(kāi)展收回礦權(quán)的斗爭(zhēng)的運(yùn)動(dòng)中，集資開(kāi)辦了一批煤礦。官僚買(mǎi)辦見(jiàn)開(kāi)煤礦有利可圖，不愿坐失良機(jī)，亦想方設(shè)法開(kāi)辦煤礦。于是，從1895～1936年中國(guó)近代煤礦呈現(xiàn)出發(fā)展的趨勢(shì)。
1937年“七·七”事變后，日本帝國(guó)主義侵占了我國(guó)的絕大多數(shù)煤礦，包括外資經(jīng)營(yíng)的，都陸續(xù)被其霸占，開(kāi)采方式完全是掠奪性的。從1931～1945年，日本共霸占我國(guó)大小煤礦200多處，掠奪煤炭4.2億t，被其破壞的煤炭資源不計(jì)其數(shù)。
抗日戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，國(guó)民政府資源委員會(huì)直轄煤礦29處，還采取資助經(jīng)費(fèi)等辦法，鼓勵(lì)私人開(kāi)辦煤礦，共59處，年總產(chǎn)量約為600多萬(wàn)t。在解放區(qū)，也辦了一些小煤窯，供當(dāng)?shù)剀娒褡魅剂?。?jù)戰(zhàn)后統(tǒng)計(jì)，晉、察、冀邊區(qū)共有小煤窯473個(gè)，日產(chǎn)煤炭共計(jì)2 739t。
1945年抗日戰(zhàn)爭(zhēng)勝利后，日本霸占的煤礦小部分由解放區(qū)人民政府接管，大部分被國(guó)民黨政權(quán)接管。解放戰(zhàn)爭(zhēng)初期，受政治、軍事形勢(shì)多變的影響，有些煤礦幾經(jīng)易手，處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)。1947年以后，國(guó)民政府逐步崩潰，直到1949年新中國(guó)誕生，這些煤礦才陸續(xù)回到人民政府手中，但已遭到嚴(yán)重的破壞。
(三) 現(xiàn)代煤礦業(yè)簡(jiǎn)史
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，新中國(guó)建國(guó)時(shí)，各地人民政府從舊中國(guó)共接收了約40個(gè)煤礦企業(yè)，200處礦井和少數(shù)幾個(gè)露天礦。它們主要分布在東北、華北和華東的山東、安徽兩省，除少數(shù)幾處外，規(guī)模都很小，設(shè)備簡(jiǎn)陋，技術(shù)落后，加上長(zhǎng)期戰(zhàn)爭(zhēng)的破壞，已是千瘡百孔，一片衰微破敗的景象。例如，山西大同煤礦9對(duì)礦井全部被水淹沒(méi)，機(jī)器設(shè)備破壞無(wú)遺，井下沒(méi)有一個(gè)完好的工作面，地面沒(méi)有一間完整的廠(chǎng)房，沒(méi)有一部機(jī)器可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，沒(méi)有一條巷道可以正常通車(chē)，生產(chǎn)完全停頓；遼寧撫順煤礦的西露天礦和龍鳳礦井已被水淹，基本停產(chǎn)；河南焦作煤礦18個(gè)坑口中11個(gè)完全破壞，7個(gè)僅剩井架，已完全停產(chǎn)；山東淄博、棗莊，山西陽(yáng)泉等較大的煤礦也是一片廢墟。新中國(guó)的煤礦業(yè)就是在這樣一個(gè)爛攤子上起步的。
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