炼焦煤中不同粒级组分的煤质差异研究
通过调控单种煤粒度和优化配煤细度能改善配合煤的粘结能力和结焦行为，从而提升焦炭质量。配合煤的的细度和粒度组成不仅跟粉碎工艺、粉碎设备性能有关，还跟配煤使用的单种煤有较大关系。如果使用的单种煤差异很大，那么配合煤的的细度和粒度组成也会也很大差别。特别是捣固焦，由于使用煤种范围大，各焦化厂配比结构大不相同。近年来,国内许多学者对单种煤和配合煤粒度进行了大量研究。白向飞研究了入厂的各单种煤及装炉煤的粒度分布特征及各粒级的煤岩组分富集特征,探讨了煤颗粒学特征及煤岩学特征对炼焦用煤质量的影响；陈君安、张雪红、项茹、叶海斌、宋子逵、鲍俊芳等开展了针对不同炼焦煤粒度对焦炭质量影响的研究实验；郭广军、刘爽等开展了优化和提升配合煤细度对焦炭质量影响的试验研究；罗国民提出采用炼焦煤风选调湿技术,分析了风选调湿分级粉碎后粒度分布与湿度对焦化性能的影响。
为了从细度上进一步提升配合煤质量，本文结合本厂煤资源情况，开展了单种煤和配合煤不同筛分粒级组分的煤质差异研究，探寻了单种煤到配合煤细度和粒度组成煤质差异变化原因，为配煤粉碎工艺的优化改进提供依据。
略
各单种煤的细度和粒度组成结果见表1。从表1可知，RN、QF和1/3JM3个煤本身的粒度较粗，细度（小于3mm的比例）为40%~60%。FM、JM和SM本身的粒度相对细一些，细度在70%以上。
一般而言，强黏结性煤含活性组分多，易粉碎，粒度会细一些；弱黏结性煤含惰性组分多，不易粉碎，粒度会粗一些，但不同煤还是存在较大差异。煤的粒度大小及组成跟其本身变质程度、煤岩组成、矿物质含量和洗选工艺等均有很大关系[3]。变质程度和煤岩组成又进一步决定了煤的硬度、脆性和可磨性，直接影响煤的粒度大小及组成。目前行业内常用哈氏可磨指数HGI来分析煤破碎成粉的难易程度，衡量可磨性，间接体现硬度和脆性。其值越高，表示煤样可磨性越好，硬度和脆性较低。为此，按照GB/T 2565-2014方法测定各单种煤的哈氏可磨指数HGI，见表2。通过表2可知，RN、QF和1/3JM的哈氏可磨指数HGI均低于60%，属于难磨煤；而FM、JM和SM的哈氏可磨指数HGI均在80%以上，属于较易磨煤。各单种煤由于硬度、脆性和可磨性的差异影响了粒度大小及粒度组成。
煤中灰分来源于形成煤的原始物质中所含的矿物质、在成煤过程中夹带的黏土砂粒及开采过程中混入煤中的矸石，前者在洗选时不易除去。从图1单种煤不同粒级组分的灰分差异对比看，各种煤灰分随着粒度降低均呈现“先降低后升高”的趋势，1/3JM的灰分在3～1 mm时最低，＜0.1 mm时灰分最高；其他5个煤的灰分在1～0.5 mm时最低，也是在＜0.1 mm最高。RN煤在＞0.1 mm时灰分变化不是很大，均在4%以下，但在＜0.1 mm时灰分明显升高，达到5.7%，且较常规分析指标4.3%高了1.4%。
从各种煤的不同粒级组分灰分分析结果看，灰分主要集中于细颗粒部分(＜0.1 mm)，其次在于粗颗粒部分(＞3 mm)，这两粒级煤灰分对于整体灰分影响较大。粗颗粒的煤灰分高是由于洗选不充分，煤料中含有少量煤矸石等杂质，或者有的煤夹矸较难磨，要破碎到更细粒度才能解离。细颗粒的煤灰分更高是由于粘土矿物等以细粒分散状散布于镜质组中, 镜质组破碎时易形成以矿物质点为中心的细粒, 造成＜0.1 mm粒度煤的灰分富集。
单种煤不同粒级组分的硫分测定结果如图2所示。从图2可以看出，各种煤随着粒度的减小，硫分呈现增加的趋势，＜0.1 mm粒级的硫分最高；但不同煤增加趋势有一定差别，硫份越高的增加幅度越大，如QF和FM。原因是原煤在洗选时只能除去以粗颗粒状存在于煤中的黄铁矿硫，而以细粒分散状分布于镜质组中的黄铁矿硫则无法去除，所以粒度越小的煤硫分含量越大。
单种煤不同粒级组分的G值测定结果如图3所示。可看出，除RN煤外的其他5个煤的G值随粒度变小呈现“先升后降”的趋势，在3～1 mm或1～0.5 mm粒级的G值最大，＜0.5 mm粒级后G值逐步减小，如瘦煤＜0.1 mm的G值与1～0.5 mm的G值相差最大达18。分析可知，镜煤和亮煤是煤的活性组分，能产生胶质体，有粘结性，而暗煤和丝炭是惰性组分，不起粘结作用。由于硬度不同，在洗选工艺，暗煤、丝炭等集中在煤料的粗粒级中，而镜煤、亮煤等则集中在细粒级中。所以，粒度小的煤粒G值较高。但是，灰分的高低与G值有一定关系，同一种煤灰分增加，G值将下降。细粒级煤（＜0.1 mm）的灰分含量高，所以G值最低。比较特殊的是弱粘煤和焦煤，RN煤＞3 mm粒级的煤G值最高，与常规检测的值相当，＜3 mm的G值下降为0，主要原因是由于其本身镜煤、亮煤等煤的活性组分少，硬度高，导致洗选时不能充分粉碎，活性组分等仍存留在＞3 mm粒度煤中，所以只有＞3 mm粒度有G值。而JM＞3 mm粒度G值却很低，仅42，较最大值低40。陈鹏等认为这可能与焦煤的成焦行为也有一定相关性，当粒度大到一定程度时，胶质体的润湿作用降低，呈现出粘结能力降低。
配合煤的筛分组成结果见表3。从表3可知，经过粉碎后，配合煤细度达到89%以上，符合捣固焦入炉煤的工艺要求。但<0.5 mm的比例偏高，达到49.3%。
配合煤不同粒级组分的灰分Ad和硫份St测定结果分别如图4、图5所示。从图4可看出，2个配合煤不同筛分粒级组分的灰分差异规律与单种煤一致，仍呈“先降低后升高”的趋势，3～0.5 mm的灰分最低，＜0.1 mm的灰分最高。从图5可看出，2个配合煤不同筛分粒级组分的硫份也是呈现“先降低后升高”的趋势，3～1 mm的最低，＜0.1 mm的最高。如PHM1的3～1 mm的硫份比常规化验低0.1%，＜0.1 mm部分硫份比常规化验高0.27%，与各单种煤不同粒级组分对硫份影响趋势有一定差异。分析认为这跟单种煤配比、粉碎难易及硫份有一定关系，该配合煤执行配比中高硫QF的比例较高，所以导致配合煤中大于3mm的粒级的煤硫份较高，反之，配合煤硫份规律应该与单种煤规律一致。从灰分和硫份趋势看，配合煤的灰分和硫份也容易向细颗粒（＜0.1 mm）富集，该部分煤的对整个配合煤煤质影响较大。
配合煤不同粒级组分的G值结果如图6所示。从图6可知，配合煤粒级越小G值越高，可以理解各单种煤经过粉碎后，活性组分向细颗粒富集，所以颗粒越小G值就越高。然而，单种煤不同粒级组分G值趋势显示，各单种煤＜0.1 mm粒级的G值最小，但配合煤的＜0.1 mm粒级的G值却是最大的，且才与常规指标接近。究其原因需进一步分析，推测跟G值检测方法有关，不同粒级煤的变化动态会有较大的差别。
（1) 各单种煤的哈氏可磨指数HGI与煤的粒度大小及组成有良好地对应关系。在考虑各单种煤是否需要进行预粉碎或者选择性粉碎时，可将HGI作为衡量指标之一。
（2）单种煤不同粒度组分在煤质上存在较大差异，其中3～0.5 mm粒级部分的灰分低、硫份适中、G值最高，指标较好；＜0.1 mm粒级部分的灰分最高、硫份最高、G值最低，指标最差。
（3）由于弱粘煤、气肥煤和1/3焦煤等低粘结、难磨性的洗精煤＜0.1 mm粒级部分比例较低，可考虑通过合适的选煤工艺和备煤工艺将该粒级部分弃去，能有效提高煤的黏结性和降低灰分、硫份，提高质量；＜0.1 mm粒级部分可用于高炉喷吹煤使用或者按新煤种再配煤使用，提高煤的综合利用价值。
（4）理论上单种煤是天然的配合煤，常规分析方法所得指标仅代表了单种煤煤质的典型值或平均值，不能反映粒度组分的差异。所以，分析各单种煤粒度分布及煤质差异不仅对于准确把握煤质特性有较大意义，对于粉碎工艺优化也有指导意义。
（5）单种煤经过配合和粉碎成配合煤后，不同粒度组分硫份和G值的变化趋势发生了改变；粉碎作用对于指标变化趋势的影响需进一步研究。
第四届国际炼焦配煤会议论文二等奖获奖作品