云南思南地区早石炭世煤质特征及利用价值

云南思南地区早石炭世煤质特征及利用价值

云南昭通小法路煤矿税务系统早石碳世界大唐万寿山群无烟煤，其层位低于广西团门群和湖南广东富水煤炭群。据资料报道，万寿山组为海陆交互相沉积，含煤岩系厚60～100m。煤层以薄、中厚层为主，结构复杂，稳定性差，多呈豆荚状、串珠状、鸡窝状。煤质多为高硫、高灰无烟煤，局部为低灰低硫煤。1采集剖面样品分析煤样采自小法路矿北三水平探煤运输平巷三号联络眼，采集煤层煤样和煤层剖面样品。煤层中夹有6层厚度不等、分布不均的硫铁矿夹矸，其中3层成层分布（10～30cm),3层零星分布，煤层厚1.87m。1.1元素分析对选取的煤层煤样进行工业分析、全硫、磷及各种元素分析。从测试数据可知该煤为低水分、低灰、低硫、低磷、高固定碳、高氢的优质无烟煤，根据煤炭分类煤种属于2号无烟煤。1.2灰熔点测定指标煤灰成分和灰熔融性是动力用煤和气化用煤的重要指标。对分层煤样进行灰成分分析，与海水有关的铁、钙、硫等成分含量比其它煤高。灰熔点测定值较低。几个煤样的分析结果见表1。1.3抗碎性能好煤的物化性质是加工利用必不可少的参数，该煤难磨（可磨性指数27）、抗碎强度高（抗碎强度79.3%）、热稳定性好（TS+6为94.6%,、TS3-6为4.5%,TS-3为1.0%）、CO2转化率较低。1.4压汞试验结果按照常规分析，该煤的真密度为1.42g/cm3，视密度1.38g/cm3，再根据煤的真、视密度测试结果求得煤的孔隙度，孔隙度为2.82%，采用压汞试验测定煤的比表面积，比表面积为1.307m2/g。因此，该煤孔隙度和比表面积测值都较低。压汞试验结果和孔径结构分布见图1、图2。从压汞试验结果，根据进汞压力和孔容的对应关系反应出的孔隙大小和孔径结构分布，大孔占77.7%，中孔1.7%，小孔8.9%，微孔11.7%。其大孔的高比例是一般无烟煤所没有的。1.5煤的按状态结构测定烷烃类物质(1）红外光谱测定因无烟煤的红外光谱吸收峰已不明显，为了解煤中官能团的特征，选取镜煤进行氯仿抽提，用抽提所得沥青“A”做红外光谱测定。测定结果见表2。从表中可看出，3430cm-1、3040cm-1吸收强度已明显减弱，代表芳烃特征的745cm-1、813cm-1、1600cm-1、3040cm-1的吸收峰也不明显,代表烷烃特征的2924cm-1、2856cm-1、1464cm-1吸收峰明显增强，说明煤的官能团中以小分子存在或与大分子结合的芳香烃类物质由于煤化程度增高而减少，芳香缩合程度逐渐增大；同时芳香核周围支链脂肪基团脱落或重排，可溶有机质中烷烃含量相对增加。(2)X-衍射结果X-衍射是研究碳结构最有效的方法之一。它是根据煤中碳原子平面网的排列，判断煤的变质程度对该煤进行的分析测定结果见表3。随着煤化程度增加，有机质结构单元增大，碳原子平面网间距缩小，平行和定向排列逐渐趋于规则化，无烟煤阶段出现类似于石墨规则排列的三度空间晶态结构，分子排列规则，晶体中原子排列有序。从测试数据可以看出，小法路无烟煤芳环层叠片的直径La(5.16nm）、高度Lc(2.786nm）、层间距d(002)(0.3546nm）远大于太西煤，而与早古生代煤接近。2岩特征2.1亮煤和暗煤炼焦煤层结构主要为线理状、条带状，沥青光泽，煤岩成分主要由镜煤和亮煤组成，暗煤很少，几乎见不到丝炭。煤层剖面上可见黄铁矿结核。根据总体相对光泽强度及光亮成分含量，对本煤层进行宏观煤岩类型描述，经统计光亮煤占50%，半亮煤46.1%，半暗煤3.9%。2.2结构组成体分析显微组分测定，镜质组占绝对优势，且主要为无结构镜质体，惰质组含量甚微，含有菌类体，矿物含量非常低。黄铁矿结核成层或零星分布，均可肉眼手拣。2.3按煤级分类分析计算反射率测定结果表明，该煤的镜质体平均最大反射率为2.831%，最小反射率1.713%，双反射率1.117%。按煤级分类，该煤应为3号无烟煤。与太西煤相比，该煤镜质体双反射（Rbii）偏大，煤的各相异性（Rbi/Rmax）较强。2.4还原环境下的植物景观从成煤时代、矿区地质概况及煤岩煤质所表现的特征，可以推断陆生植物繁衍初期的早石炭世在温暖潮湿的局部地区形成孤立稳定的成煤环境。矿区面积不大、煤层镜质体和无结构镜质体发育、菌类体存在，矿物质极少，说明植物遗体处于强还原环境下，且水体平静呈封闭型，很少有陆源矿物质流入，而且除高等植物外，还有低等生物的参与。煤灰成分中，铁、钙、硫含量比硅、铝要高，黄铁矿成层分布，说明覆水程度较深。3加工和应用特性3.1含泥量和密度用该煤做水处理用滤料，经试验各项指标均达到标准要求，与山西某公司产品相比，其含泥量（1.0%）和密度（1.4g/cm3）远小于标准规定，性能更优。3.2活性炭一步法（直接活化）和二步法（先碳化后活化）两种生产工艺所得活性炭的质量指标如表4。两种工艺所得活性炭的物性特征如表5。4煤化特性分析根据各种工业对煤炭质量的不同要求，小法路无烟煤按我国煤炭质量分级属于特低灰、低硫、特低磷、低水分、特低挥发分、高热值、特高固定碳、高热稳定性、较低软化温度、较低流动温度、难磨煤。不同于我国其它时代煤，小法路无烟煤孔隙结构测定中大孔达77.7%。红外光谱分析，代表烷烃系列的甲基（-CH3）、亚甲基（-CH2）吸收峰强；而代表芳香系列的羟基（—CH）和羧基（C=C）吸收峰弱。X-衍射测定，层片直径La高达51.60,高度Lc为27.86,d002为0.3546,其性能远优于太西煤。根据煤岩学研究，云南昭通小法路无烟煤由于早石炭世独特的强还原环境的成因，镜质组含量高，光亮煤和半亮煤占绝对优势，使得该煤与同等变质程度煤相比，挥发分、反射率偏低；煤化作用轨迹也不同于快，出现了工业分类和煤级分类的差别。其它时代煤，表现在光性特征上，组分界限清晰可辩，双反射率高，各相异性强。所以化学成分变化相对要快，出现了工业分类和煤级分类的差别。5用于化工生产除了以上滤料和活性炭试验外，小法路无烟煤加工利用途径广阔。(1)低灰、低硫、低挥发分、高固定碳、难磨等特点，可用作高炉喷吹及烧结矿石的原料。(2)可用作化工生产原料。如生产电石，可降低耗电量，降低成本；煤粉经加工生产型煤，可用于生产合成氨的造气原料。(3)煤微晶结构发育，低灰