淮南矿业1/3焦煤资源禀赋特点分析探讨

马 岩，刘国斌，徐秀丽，陆启均，姜 雨，孟庆波

（1.中钢集团鞍山热能研究院有限公司，辽宁 鞍山114044；2.淮南矿业（集团）有限责任公司煤炭销售分公司，安徽 淮南232001）

1/3焦煤是煤化程度中等、性质介于气煤、肥煤与焦煤之间的过渡性煤种[1]，挥发分28%～37%，黏结指数大于65，胶质层最大厚度不大于25 mm[2]。目前，国内优质焦煤、肥煤、瘦煤多为高硫煤，从配煤结构搭建角度分析，硫分、灰分相对较低的1/3焦煤是配煤炼焦中的重要煤源。

淮河能源控股集团目前拥有现代化大型矿井12对，其中淮南本土9对、内蒙古鄂尔多斯3对，核定产能7610万t/a，通过积极调整产品结构，将淮南气煤和1/3焦煤加工成炼焦精煤（称为淮南矿业1/3焦煤）[3]，并注册商标“淮河一号”“淮河二号”“淮河三号”系列精煤产品，高效开发利用淮南矿区煤资源，2020年精煤产量达到693万t。本文将淮南矿业1/3焦煤与山东、黑龙江、内蒙古、河北、山西等地区的1/3焦煤在煤质指标、炼焦特性等方面进行比较分析，研究其资源禀赋特点。

1 淮南矿业及各地区1/3焦煤煤质特点

1.1 常规煤质指标

选取淮南矿业1/3焦煤及35种典型的1/3焦煤进行煤质特点分析，其中产自山东8种、山西9种、黑龙江4种、河北7种、内蒙古3种、蒙古国4种，求取同一省份和地区1/3焦煤各项指标的平均值（以省份和地区名称对所得数据命名），对淮南矿业1/3焦煤（包括淮河一号、淮河二号、淮河三号）与以上35种1/3焦煤的各项指标求取平均值（命名为“平均值”），并与淮南矿业1/3焦煤的各项指标进行对比分析。

在炼焦时，约有60%的硫从煤进入焦炭，硫的存在使生铁具有热脆性，导致使用这些生铁炼制的钢不能轧制成材[3]。因此，在其他指标合理的范围内，配合煤硫分越低越好。淮南矿业及各地区1/3焦煤的常规煤质指标见表1。由表1可知，黑龙江地区1/3焦煤硫分平均值最低（0.33%），淮南矿业1/3焦煤的硫分较1/3焦煤硫分的平均值低0.33～0.38个百分点，处于1/3焦煤硫分的较低水平，在配煤炼焦中有利于降低配合煤的硫分，进而降低焦炭的硫分；1/3焦煤灰分的平均值为8.74%，淮河三号灰分最低，为6.20%，在配煤炼焦中，可以有效降低配合煤灰分；淮南矿业1/3焦煤挥发分较高（淮河二号挥发分可达37.82%），与山东地区1/3焦煤接近[4]。

表1 淮南矿业及各地区1/3焦煤的常规煤质指标

1.2 煤岩组成及反射率

淮南矿业及各地区1/3焦煤的煤岩组成及反射率见表2。由表2可知，淮河一号、淮河二号镜质组平均最大反射率分别为0.932%、0.918%，变质程度较高。此外，黑龙江、内蒙古、蒙古国、山西、河北地区的1/3焦煤镜质组平均最大反射率均在0.910%以上，只有山东地区1/3焦煤的平均最大反射率为0.780%，变质程度相对低，性质接近于气煤。从反射率标准偏差数据可以发现，山东、蒙古国地区的1/3焦煤多为单一煤层煤，山西地区的平均最大反射率标准偏差平均值为0.190%，混煤现象比较严重，在使用中需要注意煤质的稳定性。1/3焦煤的镜质组质量分数平均值为68.1%，黑龙江、河北地区1/3焦煤的镜质组含量高。

表2 淮南矿业及各地区1/3焦煤的煤岩组成及反射率

1.3 黏结性与结焦性

黏结性和结焦性是评价炼焦用煤的重要工艺指标。煤的黏结性是指煤在隔绝空气的条件下加热时，黏结其本身或外加惰性物质的能力。煤的结焦性反映烟煤在干馏过程中软化熔融黏结成半焦，以及半焦进一步热解、收缩，最终形成焦炭全过程的能力。良好的黏结性是结焦性好的必要条件。黏结指数、胶质层指数、基氏流动度、奥阿膨胀度指标从不同的角度反映了煤在炼焦过程中产生胶质体的数量和性质。黏结指数表征了单种煤黏结惰性物质的能力，胶质层最大厚度反映胶质体的数量，奥阿膨胀度（b值）可以反映胶质体的透气性与膨胀性，基氏最大流动度反映了胶质体的黏稠度，基氏流动度软固化区间反映了胶质体的热稳定性。淮南矿业及各地区1/3焦煤的黏结性与结焦性指标见表3。

表3 淮南矿业及各地区1/3焦煤的黏结性与结焦性指标

由表3可知，淮河一号G值为92，Y值为23 mm，接近25 mm，b值为108%，基氏最大流动度为31 253 dd/min，软固化区间为102℃，指标接近肥煤，且胶质体数量大、流动性好，具有良好的黏结性和结焦性。淮河二号G值为86，淮河三号G值为82。淮南矿业1/3焦煤的黏结性和结焦性指标均处在中上水平，胶质体数量大、流动性好，软固化区间宽，膨胀度较高，表现出优良的黏结性和结焦性。山西地区1/3焦煤Y值平均值为18.1 mm，基氏最大流动度平均值为7 679 dd/min，两值均大于内蒙古、蒙古国、山东、黑龙江、河北地区的1/3焦煤平均值，黏结指数G值为82，综合分析，山西地区1/3焦煤的黏结性及结焦性较好。

1.4 灰成分分析

煤 的 灰 成 分 主 要 有S i O2、A l2O3、C a O、M g O、Fe2O3，还有少量的K2O、N a2O、SO3、P2O5等。煤的灰催化指数（M C I）[5]反映了煤灰成分中对焦炭在高炉中反应起到催化作用的物质含量比值。淮南矿业及各地区1/3焦煤的灰成分和M C I分别见图1、图2。

图1 淮南矿业及各地区1/3焦煤的灰成分

图2 淮南矿业及各地区1/3焦煤的MCI

由图1、图2可知，淮南矿业1/3焦煤灰成分中对于碳溶反应起催化作用的碱金属氧化物K2O、Fe2O3的含量均低于平均值，M C I在所有地区1/3焦煤中最低，能够降低焦炭的反应性，提高焦炭质量。

2 淮南矿业及各地区1/3焦煤的炼焦特性

2.1 炼焦试验设备及方法

单种煤炼焦试验所用焦炉为40 kg试验焦炉，其设备参数及炼焦工艺参数如下：炭化室有效尺寸为长450 mm、宽300 mm、高450 mm，利用硅碳棒电加热，采用侧装侧出式装煤出焦炼焦，装煤量为43 kg（干基），装炉煤水分为10%、堆密度为750 kg/m3。

试验方法详见YB/T 4526—2016《炼焦试验用小焦炉技术规范》附录A[6]。

2.2 1/3焦煤试验焦炉炼焦所得焦炭质量

淮南矿业及各地区1/3焦煤的40 kg试验焦炉炼焦所得焦炭机械强度（M40、M10）、反应性（C R I）及反应后强度（C S R）分别见图3、图4。由图3、图4可知，淮河一号、淮河二号炼焦所得焦炭的机械强度优于各地区1/3焦煤炼焦所得焦炭平均值，淮河一号炼焦所得焦炭的反应性低，反应后强度高，淮河二号、淮河三号炼焦所得焦炭反应性低于1/3焦煤炼焦所得焦炭反应性的平均值、反应后强度高于1/3焦煤炼焦所得焦炭反应后强度的平均值。综合数据分析，淮南矿业1/3焦煤单独炼焦所得焦炭机械强度高，反应性低，反应后强度高。

图3 淮南矿业及各地区1/3焦煤的40 kg试验焦炉炼焦所得焦炭机械强度

图4 淮南矿业及各地区1/3焦煤的40 kg试验焦炉炼焦所得焦炭反应性及反应后强度

在焦炭光学显微组织中，各向同性最易与CO2反应，其次为细粒镶嵌、中粒镶嵌、粗粒镶嵌、纤维组织。张雪红等[7]认为单种煤成焦光学组织结构较优的炼焦煤更有利于改善焦炭质量。淮南矿业及各地区1/3焦煤的40 kg试验焦炉炼焦所得焦炭光学显微组织见图5。由图5可知，1/3焦煤炼焦所得焦炭光学组织多为细粒镶嵌、中粒镶嵌，结合焦炭反应性及反应后强度数据发现，淮南矿业1/3焦煤炼焦所得焦炭中粒镶嵌含量高于其他1/3焦煤，易与CO2反应的细粒镶嵌含量极少，因此，淮南矿业1/3焦煤炼焦所得焦炭反应性低于其他1/3焦煤，反应后强度高于其他1/3焦煤。

图5 淮南矿业及各地区1/3焦煤的40 kg试验焦炉炼焦所得焦炭光学显微组织

3 结 论

3.1 与国内不同地区1/3焦煤比较，淮南矿业1/3焦煤具有低硫、黏结性强、结焦性好的特点，在配煤中使用时可以增加配煤结构中高硫主焦煤、高硫肥煤的利用空间，改善配煤结构。

3.2 淮河一号是变质程度较高的优质1/3焦煤，其兼具优良的结焦性和黏结性，单独炼焦所得焦炭机械强度高，反应性低，反应后强度高，同时为低硫煤，能够有效降低配合煤硫分，提高焦炭质量，可在炼焦煤硫分较高的地区和企业使用；在配煤中，可以用淮河一号替代部分焦煤或肥煤使用。

3.3 淮河二号挥发分较高，黏结性强，胶质体流动性较好，单独炼焦所得焦炭的机械强度好，反应后强度较高，且能降低配合煤硫分，保证焦炭质量。结合煤质及焦炭质量，可将淮河二号作为降硫保质的优质1/3焦煤使用，使用过程中，需关注其挥发分。

3.4 淮河三号1/3焦煤为低灰、低硫煤，在配煤中可以有效降低配合煤灰分、硫分。

3.5 不同地区1/3焦煤的煤质差异较大，山东地区1/3焦煤挥发分较高，变质程度相对低，性质接近气煤。山西地区1/3焦煤黏结性及结焦性较好，使用时需注意混煤的影响。黑龙江地区1/3焦煤硫分平均值最低。各用煤企业可以根据自身配煤结构和地理位置选择适合的1/3焦煤。