長治地區煤炭灰分含量與煤灰成分關系研究

郭 亮

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046000)

我國雖然煤炭儲量豐富，但是作為一種不可再生能源，煤炭污染嚴重，給我國的生態環境帶來了無窮的危機與隱患。因此，煤的清潔、高效、低污染利用技術的開發，是我國目前日益急切的需求[1-2]。

當前，我國煤化工技術是以煤氣化作為源頭，以一碳化學為基礎，從而合成一系列清潔燃料產品來代替基礎煤燃料。煤氣化工藝復雜，氣化爐對煤質的要求也較高，我省的煤炭種類豐富，不同地區的煤種不同，即使相同煤種性質也不一致，因此，對煤質的研究尤為重要。對于氣化爐，煤氣化技術考慮煤質的水分含量、灰熔點、灰成分、發熱量的參數作為氣化爐煤質的指標。其中，灰成分中的硅鋁比尤為重要。灰成分的檢測采用X射線熒光光譜法，此方法分析時間長，且檢測費用較高[3-6]。本文通過研究灰分與硅鋁比的關系，初步判定硅鋁比可以作為符合氣化爐要求的參數指標，其不僅能快速有效地鎖定煤質，同時可以降低分析成本。文獻中大都研究了灰熔點與灰分的關系，對于灰分含量與灰成分的關系研究還是空白，本文研究將為今后此類研究打下基礎。

1 實驗部分

1.1 試驗煤樣

分析煤樣選取長治地區2個煤礦的原煤和1個洗煤廠的精煤，進行了約半年的不定期跟蹤取樣。

1.2 灰分的測定

煤的灰分分析按GB/T212-2008《煤的工業分析方法》中緩慢灰化法測定。

稱取1 g粒度為0.2 mm以下的空氣干燥煤樣，于馬弗爐中，在不少于30 min的時間內，將爐溫升至約500 ℃，并保持30 min。繼續升到815 ℃，下灼燒1 h，恒重稱量，根據殘留物質量計算出灰分含量。

1.3 煤灰成分分析

1.3.1 主要儀器及試劑

實驗使用X-熒光光譜儀(荷蘭帕納科AxiosmaX)進行測量；使用鉑黃金坩堝[質量分數Pt(95%)+Au(5%)，底部直徑不小34 mm，厚度不小于1 mm，底部內表面平整，定期拋光]及模具，在帶控溫的熔融設備進行熔片；助溶劑為四硼酸鋁和偏硼酸鋁(質量比為2∶1)；脫模劑為碘化銨。

1.3.2 樣品的制備

煤樣先按GB/T212-2008《煤的工業分析方法》中緩慢灰化法制取灰樣。

鉑黃金坩堝中稱取0.700 0 g灰樣、7.000 g助溶劑，用玻璃棒攪拌均勻后，在熔樣機上熔融約10 min，搖勻10 min，取出，將熔融試樣快速倒在已加熱的鉑黃金模具中，水平靜置冷卻后，將熔片倒出，在非檢測面貼標簽后放于干燥器中備用。

1.3.3 檢測

先使用煤灰成分分析國家標準樣品(ZBM0942、ZBM0952、ZBM0962、ZBM1082、ZBM1102、ZBM1072)等標準物質繪制標準曲線。再將熔好的樣片進行分析檢測。

2 實驗結果與分析

2.1 實驗結果

表1和表2分別是長治地區不同礦采取的不同煤樣所得出的灰分和硅鋁比實驗結果。并將3個礦的分析結果，分別以灰分含量為縱坐標，以灰成分中硅鋁比為橫坐標，得出圖1的趨勢圖。

表1 灰分分析結果

表2 灰成分硅鋁分析結果

圖1 礦灰分和硅鋁比線性圖

2.2 結果分析

由上述試驗結果可以看出，3個礦的煤由于地理位置的不同，灰分和硅鋁比表現出不同的數值。但是對于同一個礦的煤來說，隨著煤質灰分的增大，硅鋁比也在增大，整體呈上升趨勢。

3 結語

1) 煤樣完全燃燒后，煤灰的成分是由金屬氧化物和非金屬氧化物及其鹽類組成的復雜物質，以SiO2和Al2O3為主，兩者占了灰成分的80%～85%，會隨著灰分有波動，而其他的Ga、Fe等氧化物則基本不變。

2) 長治地區煤質灰成分中硅鋁比與灰分呈一定的線性關系，可以通過灰分判斷出硅鋁比大致范圍，節省分析費用，為配煤分析提供依據。在實際生產過程中，可以通過對每個礦的煤質進行一段時間灰分和硅鋁比的監測，得出相應的規律。