兰炭末制备冶金型焦过程焦煤的影响研究

蒋绪　侯党社　于雪　张文亮　李珍珍

摘要：以废弃兰炭末为原料制备冶金型焦，文章重点研究了不同粒度、不同比例焦煤的加入对成品强度、孔隙率等指标的影响。结果表明小粒度焦煤颗粒对成品强度增加更明显，且随着焦煤加入量的增加，产品强度增加，孔隙率和固定碳含量也随之增加，成品灰分有所降低。

关键词：兰炭末；型焦；焦煤

兰炭，作为晋陕蒙宁地区的侏罗纪煤经中（低）温干馏工艺生产的固体炭质材料，因其“三低、三高”的特点广泛应用于电石、铁合金、气化、高炉喷吹等工业领域。在兰炭的生产、储存、运输过程中，会产生粒度小于6 mm兰炭末，这部分材料不仅利用经济效益低，而且大量堆积或直接燃烧更会造成粉尘、雾霾等更严重的环境污染。所以，对这部分材料的有效利用具有重要的现实意义。

课题组以兰炭末为原料，使用自制的耐水性复合粘结剂，可使成品冷热抗压强度分别为4.98 MPa和2.55 MPa。刘文郁等用神府矿区半焦粉和不同种类的粘结剂，制备出了强度为二级或三级的冶金型焦。但焦粉是一种成型能力极差的材料，常温几乎不能成型，除了选择性能良好的粘结剂与之充分混合之外，为了提升其强度加入一定比例的炼焦煤也是十分必要的。文章研究了以小于6mm的兰炭末为原料，使用复合粘结剂，重点讨论焦煤的加入对成品性能指标的影响。

1试验部分

1.1原料

试验所用的兰炭末取自神木县某兰炭企业，焦煤取自咸阳焦化厂，二者工业分析如表1所示。试验所用的石油沥青由西安某石化企业提供。

1.2试验仪器

电热恒温鼓风干燥箱（HG-9070A）、电子天平（YP3001）、电子万用炉、WDW-300D电子万能试验机、自制磨具。

1.3试验方法

将兰炭末、焦煤和一定比例的粘结剂（石油沥青+膨潤土）共20 g充分混合，搅拌均匀后加入自制磨具，再在电子万能试验机上用30 MPa压力压制成型，脱模后干燥得到成品。

1.4测试方法

测试样品的抗压强度分为冷态抗压强度和热态抗压强度，测定方法见文献。式样孔隙率采用水煮法测定。工业分析按照国标GBT 212—2008进行。

2结果与讨论

2.1焦煤粒度影响

焦煤属于高粘结性煤，在受热时会产生大量稳定的胶质体，这可以使型焦的强度指标增加，而且焦煤中的挥发分会以气体的方式释放，在释放过程中遇到胶质体的煤组分会产生结构各异的气孔，焦煤加入量的多少以及其粒度的大小均会对型焦的孔隙率有着重要的影响，且焦煤在炭化过程中会发生二次热解情况，而原料煤的粒度是影响二次热解的重要因素。所以先研究焦煤粒度对强度和孔隙率的影响。焦煤的粒度选择1～3 mm，<1 mm，加入20%，成型压力30 MPa，成型后在900℃的条件下炭化2 h，分析型焦的抗压强度和孔隙率，结果如表2所示。

从表2可以看出，加入粒度较小的焦煤得到的型焦孔隙率较小，强度更高，这是因为小粒度焦煤可以与兰炭末更均一，堆密度更大，析出的胶质和兰炭末的混合更均匀，成品强度更高。

2.2焦煤加入量影响

选择焦煤加入量分别为10%，20%，30%，40%，50%，分别研究其对型焦抗压强度、I转鼓强度、孔隙率、灰分和固定碳的影响，结果如图1～4所示。

结果表明，当焦煤加入10%时，型焦强度达到5.98 MPa，这比仅加入粘结剂时上涨31.14%，随着焦煤加入量的不断增加，型焦的两种强度指标均有明显的增大，焦煤加入50%时，型焦的抗压强度和转鼓强度分别为10.36 MPa和58.41%。而且，随着焦煤加入量的增多，型煤的孔隙率也成增大趋势，这因为型煤中的挥发份含量随着焦煤的加入量而增加，型煤受热后气体分解的趋势也增加，这造成了型焦孔隙率的增大。当焦煤加入量从10%增加到50%时，型焦的孔隙率从48.48%增加到61.32%。除此之外，型焦的灰分由18.03%减少到12.57%，固定碳含量由78.67%增加到84.29%。

3结语

在以兰炭末为原料生产冶金型焦的过程中，加入焦煤可以增加产品的强度，而粒度较小的焦煤对成品强度影响更大，并且随着焦煤加入量的增加，产品强度增加显著，孔隙率和固定碳含量也有所增加，灰分明显降低。