煤炭可选性的控制因素及其评价

文章编号:1001-3571(2003)03-0011-03

煤炭可选性的控制因素及其评价

李生盛

(中国矿业大学北京校区,北京　100083)

摘要　介绍了影响煤可选性的因素,并以乌达矿区难选煤层15煤层煤为例,对其中的黄铁矿和

粘土矿物的赋存状态作了讨论,分析了其可选特性。关键词　可选性　煤岩学　评价中图分类号:T D913 文献标识码:A 收稿日期:2002-08-12

第1作者简介:李生盛(1962-),男,江西吉水人,副教授,中国矿业大学(北京校区)在读博士生,主要研究方向为煤岩学、煤地球化学及煤的洁净利用。联系电话:010-********。

煤的可选性是指煤与无机物质可分离的难易程度,它是评价煤质的重要指标。换言之,煤的可选性反映了按要求的质量指标从原煤中分选出合格产品的难易程度。通过评价煤的可选性,可以选择合理的分选方法,并对分选效果进行预先初步估计;选煤厂则可根据入选原煤的可选性等级,概略地评定煤的分选效果。

用煤岩学观点评价煤的可选性,可以考虑到煤的成因因素,如煤岩组成、矿化特征等,使得这种方法不仅能够评价已开采煤的可选性,而且可以预测煤田较广泛区域内煤的可选性。此外,煤岩组成和煤中矿物的性质及数量对选择选煤方法和分选效果有显著的影响。至于对加工一些特殊要求的产品,如加氢用煤、特低灰分煤等,则分选方法的选择和原煤的关系就更为密切。若选择了不适当的煤,即使采用最好的分选方法,也难以达到预期的效果。煤岩学研究对选择合理的破碎粒度、分离效果、选煤工艺流程、在选煤操作中检查产品的质量并分析其优劣原因、提高精煤产率、降低精煤灰分和硫分都能提供重要数据,从而可以减少浮沉试验工作量。因此,需要研究和建立用煤岩学观点评价和预测煤的可选性方法,从煤层形成的地质成因角

度研究煤的可选特性[1-3]

。1　决定煤可选性的岩石学因素

煤之所以可选,是由于煤从地下开采出来以

后,经自然和人工破碎解离成了大小不同的颗粒,密度小的颗粒可燃体含量高,密度大的颗粒可燃体含量低(即矿物杂质含量高)。煤的解离程度越好,

颗粒之间的密度差别越大,煤的可选性越好。解离程度主要取决于矿物在煤中的分布、可采煤层的结构、构造及煤岩类型等因素[4,5]

。

111　矿物的分布

煤是植物遗体经过复杂的生物、地球化学、物理化学作用转变而成。在成煤过程中,会有一些矿物同时沉淀下来,这些矿物质在煤中的分布状态主要有以下几种类型。

(1)呈条带状、薄层状、细脉状、较大的透镜体状。具有这种结构的煤,其矿物一般在开采过程中不会自然解离,但采用机械破碎的方法是很容易解离的。煤中主要有4大类矿物:粘土矿物、黄铁矿、石英和方解石。

(2)呈细分散状和浸染状。具有这种结构的煤,其矿物颗粒细小且在煤中分布均匀,不但在开采过程中不能自然解离,就是深度破碎也很难解离。

(3)充填在煤的裂隙中和植物的细胞腔中。具

有这种结构的煤,因其矿物颗粒细小并且与煤结合比较密切,所以很难在开采过程中自然解离,深度破碎结果只能使选煤成本的成倍增加,而解离效果并不理想。112　矿物的密度

煤中常见的4大类矿物密度差异较大,粘土矿物一般为214g Πcm 3

,石英为2165g Πcm 3

,方解石为217g Πcm 3

,黄铁矿为510g Πcm 3

。这些矿物混入煤中,

其含量越多,煤的密度越大。这些矿物与煤的密度差别的大小直接影响分选工艺效果,如黄铁矿的密度比煤大得多,因此可以通过重力法与煤中的其它矿物一起脱除。113　煤的密度

一般来说,原煤中所含的中间密度物(尤其是邻近密度物)越少,轻质煤(浮煤)含量越多,按

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1第3期2003年6月 选 煤 技 术C OA L PREPARATI ON TECH NO LOGY

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Jun.2003

密度分选也越容易。

114　煤层的结构构造

煤层的结构是影响煤中矸石含量的主要控制因素,结构简单的煤层,特别是厚煤层,由于是独立可采煤层,顶板砂岩混入较少,所以对煤的可选性没有影响;薄煤层,特别是结构复杂的薄煤层,开采过程中由于矸石大量混入,当矸石夹层较薄时,煤与矸石不能充分解离,会直接影响煤的可选性。煤层的构造是影响煤在开采过程中自然破碎的主要原因,构造越复杂地段的煤,自然破碎现象越严重。

115　煤岩类型对可选性的影响

如果煤层没有受到构造变动的影响,则煤岩类型的复杂程度是影响煤自然破碎的主要原因。煤岩类型与煤的可浮性有一定的关系,镜质组含量高的煤岩类型可浮性好,反之则差。这主要是因为镜质组的碳氢网格排列比较规则,它们表面的孔隙数目及所含的矿物质比其它组分少所致。含粘土较高的煤岩类型在水中容易泥化,在气泡上或煤粒上分散成极细的粘土颗粒,减少气泡与煤粒接触的机会,使浮选精煤的产率降低,质量变坏。

116　煤化程度

煤化程度对煤的可选性也有一定的影响。随着煤化程度的增高,由于碳氢分子排列越来越规整,并越来越致密,煤的密度和光泽也随之增加,因此煤化程度直接影响煤粒表面的天然疏水性和其它特性[6]。在一定限度内,随煤化程度的加深,煤的天然疏水性也随之增加,其中中等煤化程度的肥煤、焦煤和部分瘦煤的天然疏水性比低煤化程度的煤都好,易于浮选;而贫煤、无烟煤则亲水性增加,不易浮选[7]。

117　矿物的表面性质对微细粒煤分选的影响浮选是利用煤和矿物表面物理化学性质的不同而将它们分离的。当煤与水接触时,煤表面对水分子的引力很小,其表面不易被湿润。如果在水中加入捕收剂,并鼓入空气,则煤粒上会附着许多大小气泡,携载煤粒上浮,亲水性的矿物则沉入水底。此外,煤中某些矿物(如粘土矿物)遇水易泥化,用一般浮选方法效果较差。这是因为矿物泥化后容易形成悬浊液并使矿物质上浮与浮煤相混,以至影响精煤的灰分,同时由于泥化的矿物容易附着在煤的表面,致使其难于再附着气泡,抑制了煤的浮选。当泥化的矿物附着在非极性药剂的药滴上时,会妨碍煤粒和药剂的相互作用。另外,泥化矿物具有很大的比表面积,气泡表面易被它们覆盖,从而影响煤粒与气泡的粘附。

2　难选煤层煤的可选性评价

内蒙古乌达矿区15煤层的煤由于其特殊的沉积环境决定属于难选煤。该煤层是在潮下砂坪沉积基础上形成的煤层,其沉积层序具有典型的海进成煤序列,即底部为含淋滤石膏纹层和泥裂构造的泥坪沉积,向上变为砂泥互层的潮间砂泥混合坪沉积。互层的砂岩层厚度10cm左右,前积纹层特别发育,在下部的砂岩层中,还可见到潮汐束状体。互层的泥岩层较薄,厚度2～3cm,其中清晰可见层厚约2mm左右的灰黑色泥岩与灰白色极细砂岩互层构造。其上是全区分布稳定的席状砂岩,粒度自下而上由细变粗,底部发育浪成波痕层理,上部为具潮汐双向交错层理的中粒砂岩,层面上还可见削顶波痕构造。其上直接覆盖全区稳定分布的15煤层。煤层与下伏砂岩为突变接触关系,基本无泥岩过渡。其特殊的沉积环境决定了15煤层在煤岩、煤质、煤层结构及煤可选性等方面与其它煤层迥异。由于受到海水的影响,煤中硫分较高,原煤中全硫平均含量为1195%,精煤中全硫平均含量为1113%;矿物含量较高,平均为1211%;由于较强的潮汐流活动造成氧化环境,使得煤中惰质组含量较高[8],平均含量为3412%,整个煤层厚度在大面积范围内稳定,易于煤层的对比。

煤中矿物可选性的优劣,并不在于矿物含量的多少,而在于煤中矿物的分布状态,其中呈浸染状、细分散状或充填于植物胞腔中的矿物,在开采过程中不会自然解离,即使进行深度破碎,其解离效果也不明显,这部分矿物称之为有效矿物,有效矿物是煤可选性优劣的关键所在[9]。15煤层煤中的主要矿物是黄铁矿和粘土,其赋存状态决定了15煤层煤可选性的的难易程度。现以该煤层的主要矿物即粘土矿物和黄铁矿的赋存状态来讨论其可选性。

211　黄铁矿的赋存状态

从15煤层中黄铁矿的可分性来看,不可分的黄铁矿占绝大多数,为6412%～100%,平均为7812%。当黄铁矿的含量较少时,其可分性更差,如89号煤样,黄铁矿的含量为012%,全部为不可分,12号和16号煤样,其黄铁矿的含量均为012%,不可分的黄铁矿分别为9213%和9512%;当黄铁矿的含量较高时,其可分性稍好,如44号和88号煤样,黄铁矿的含量分别为2110%和716%,不可分的黄铁矿颗粒分别占5112%和6412%,这主要是因为

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第3期 选 煤 技 术 2003年6月25日