蘭炭末制備冶金型焦過程焦煤的影響研究

蔣緒　侯黨社　于雪　張文亮　李珍珍

摘要：以廢棄蘭炭末為原料制備冶金型焦，文章重點研究了不同粒度、不同比例焦煤的加入對成品強度、孔隙率等指標的影響。結果表明小粒度焦煤顆粒對成品強度增加更明顯，且隨著焦煤加入量的增加，產品強度增加，孔隙率和固定碳含量也隨之增加，成品灰分有所降低。

關鍵詞：蘭炭末；型焦；焦煤

蘭炭，作為晉陜蒙寧地區的侏羅紀煤經中（低）溫干餾工藝生產的固體炭質材料，因其“三低、三高”的特點廣泛應用于電石、鐵合金、氣化、高爐噴吹等工業領域。在蘭炭的生產、儲存、運輸過程中，會產生粒度小于6 mm蘭炭末，這部分材料不僅利用經濟效益低，而且大量堆積或直接燃燒更會造成粉塵、霧霾等更嚴重的環境污染。所以，對這部分材料的有效利用具有重要的現實意義。

課題組以蘭炭末為原料，使用自制的耐水性復合粘結劑，可使成品冷熱抗壓強度分別為4.98 MPa和2.55 MPa。劉文郁等用神府礦區半焦粉和不同種類的粘結劑，制備出了強度為二級或三級的冶金型焦。但焦粉是一種成型能力極差的材料，常溫幾乎不能成型，除了選擇性能良好的粘結劑與之充分混合之外，為了提升其強度加入一定比例的煉焦煤也是十分必要的。文章研究了以小于6mm的蘭炭末為原料，使用復合粘結劑，重點討論焦煤的加入對成品性能指標的影響。

1試驗部分

1.1原料

試驗所用的蘭炭末取自神木縣某蘭炭企業，焦煤取自咸陽焦化廠，二者工業分析如表1所示。試驗所用的石油瀝青由西安某石化企業提供。

1.2試驗儀器

電熱恒溫鼓風干燥箱（HG-9070A）、電子天平（YP3001）、電子萬用爐、WDW-300D電子萬能試驗機、自制磨具。

1.3試驗方法

將蘭炭末、焦煤和一定比例的粘結劑（石油瀝青+膨潤土）共20 g充分混合，攪拌均勻后加入自制磨具，再在電子萬能試驗機上用30 MPa壓力壓制成型，脫模后干燥得到成品。

1.4測試方法

測試樣品的抗壓強度分為冷態抗壓強度和熱態抗壓強度，測定方法見文獻。式樣孔隙率采用水煮法測定。工業分析按照國標GBT 212—2008進行。

2結果與討論

2.1焦煤粒度影響

焦煤屬于高粘結性煤，在受熱時會產生大量穩定的膠質體，這可以使型焦的強度指標增加，而且焦煤中的揮發分會以氣體的方式釋放，在釋放過程中遇到膠質體的煤組分會產生結構各異的氣孔，焦煤加入量的多少以及其粒度的大小均會對型焦的孔隙率有著重要的影響，且焦煤在炭化過程中會發生二次熱解情況，而原料煤的粒度是影響二次熱解的重要因素。所以先研究焦煤粒度對強度和孔隙率的影響。焦煤的粒度選擇1～3 mm，<1 mm，加入20%，成型壓力30 MPa，成型后在900℃的條件下炭化2 h，分析型焦的抗壓強度和孔隙率，結果如表2所示。

從表2可以看出，加入粒度較小的焦煤得到的型焦孔隙率較小，強度更高，這是因為小粒度焦煤可以與蘭炭末更均一，堆密度更大，析出的膠質和蘭炭末的混合更均勻，成品強度更高。

2.2焦煤加入量影響

選擇焦煤加入量分別為10%，20%，30%，40%，50%，分別研究其對型焦抗壓強度、I轉鼓強度、孔隙率、灰分和固定碳的影響，結果如圖1～4所示。

結果表明，當焦煤加入10%時，型焦強度達到5.98 MPa，這比僅加入粘結劑時上漲31.14%，隨著焦煤加入量的不斷增加，型焦的兩種強度指標均有明顯的增大，焦煤加入50%時，型焦的抗壓強度和轉鼓強度分別為10.36 MPa和58.41%。而且，隨著焦煤加入量的增多，型煤的孔隙率也成增大趨勢，這因為型煤中的揮發份含量隨著焦煤的加入量而增加，型煤受熱后氣體分解的趨勢也增加，這造成了型焦孔隙率的增大。當焦煤加入量從10%增加到50%時，型焦的孔隙率從48.48%增加到61.32%。除此之外，型焦的灰分由18.03%減少到12.57%，固定碳含量由78.67%增加到84.29%。

3結語

在以蘭炭末為原料生產冶金型焦的過程中，加入焦煤可以增加產品的強度，而粒度較小的焦煤對成品強度影響更大，并且隨著焦煤加入量的增加，產品強度增加顯著，孔隙率和固定碳含量也有所增加，灰分明顯降低。