云南思南地區(qū)早石炭世煤質(zhì)特征及利用價值

云南思南地區(qū)早石炭世煤質(zhì)特征及利用價值

云南昭通小法路煤礦稅務系統(tǒng)早石碳世界大唐萬壽山群無煙煤，其層位低于廣西團門群和湖南廣東富水煤炭群。據(jù)資料報道，萬壽山組為海陸交互相沉積，含煤巖系厚60～100m。煤層以薄、中厚層為主，結構復雜，穩(wěn)定性差，多呈豆莢狀、串珠狀、雞窩狀。煤質(zhì)多為高硫、高灰無煙煤，局部為低灰低硫煤。1采集剖面樣品分析煤樣采自小法路礦北三水平探煤運輸平巷三號聯(lián)絡眼，采集煤層煤樣和煤層剖面樣品。煤層中夾有6層厚度不等、分布不均的硫鐵礦夾矸，其中3層成層分布（10～30cm),3層零星分布，煤層厚1.87m。1.1元素分析對選取的煤層煤樣進行工業(yè)分析、全硫、磷及各種元素分析。從測試數(shù)據(jù)可知該煤為低水分、低灰、低硫、低磷、高固定碳、高氫的優(yōu)質(zhì)無煙煤，根據(jù)煤炭分類煤種屬于2號無煙煤。1.2灰熔點測定指標煤灰成分和灰熔融性是動力用煤和氣化用煤的重要指標。對分層煤樣進行灰成分分析，與海水有關的鐵、鈣、硫等成分含量比其它煤高?；胰埸c測定值較低。幾個煤樣的分析結果見表1。1.3抗碎性能好煤的物化性質(zhì)是加工利用必不可少的參數(shù)，該煤難磨（可磨性指數(shù)27）、抗碎強度高（抗碎強度79.3%）、熱穩(wěn)定性好（TS+6為94.6%,、TS3-6為4.5%,TS-3為1.0%）、CO2轉化率較低。1.4壓汞試驗結果按照常規(guī)分析，該煤的真密度為1.42g/cm3，視密度1.38g/cm3，再根據(jù)煤的真、視密度測試結果求得煤的孔隙度，孔隙度為2.82%，采用壓汞試驗測定煤的比表面積，比表面積為1.307m2/g。因此，該煤孔隙度和比表面積測值都較低。壓汞試驗結果和孔徑結構分布見圖1、圖2。從壓汞試驗結果，根據(jù)進汞壓力和孔容的對應關系反應出的孔隙大小和孔徑結構分布，大孔占77.7%，中孔1.7%，小孔8.9%，微孔11.7%。其大孔的高比例是一般無煙煤所沒有的。1.5煤的按狀態(tài)結構測定烷烴類物質(zhì)(1）紅外光譜測定因無煙煤的紅外光譜吸收峰已不明顯，為了解煤中官能團的特征，選取鏡煤進行氯仿抽提，用抽提所得瀝青“A”做紅外光譜測定。測定結果見表2。從表中可看出，3430cm-1、3040cm-1吸收強度已明顯減弱，代表芳烴特征的745cm-1、813cm-1、1600cm-1、3040cm-1的吸收峰也不明顯,代表烷烴特征的2924cm-1、2856cm-1、1464cm-1吸收峰明顯增強，說明煤的官能團中以小分子存在或與大分子結合的芳香烴類物質(zhì)由于煤化程度增高而減少，芳香縮合程度逐漸增大；同時芳香核周圍支鏈脂肪基團脫落或重排，可溶有機質(zhì)中烷烴含量相對增加。(2)X-衍射結果X-衍射是研究碳結構最有效的方法之一。它是根據(jù)煤中碳原子平面網(wǎng)的排列，判斷煤的變質(zhì)程度對該煤進行的分析測定結果見表3。隨著煤化程度增加，有機質(zhì)結構單元增大，碳原子平面網(wǎng)間距縮小，平行和定向排列逐漸趨于規(guī)則化，無煙煤階段出現(xiàn)類似于石墨規(guī)則排列的三度空間晶態(tài)結構，分子排列規(guī)則，晶體中原子排列有序。從測試數(shù)據(jù)可以看出，小法路無煙煤芳環(huán)層疊片的直徑La(5.16nm）、高度Lc(2.786nm）、層間距d(002)(0.3546nm）遠大于太西煤，而與早古生代煤接近。2巖特征2.1亮煤和暗煤煉焦煤層結構主要為線理狀、條帶狀，瀝青光澤，煤巖成分主要由鏡煤和亮煤組成，暗煤很少，幾乎見不到絲炭。煤層剖面上可見黃鐵礦結核。根據(jù)總體相對光澤強度及光亮成分含量，對本煤層進行宏觀煤巖類型描述，經(jīng)統(tǒng)計光亮煤占50%，半亮煤46.1%，半暗煤3.9%。2.2結構組成體分析顯微組分測定，鏡質(zhì)組占絕對優(yōu)勢，且主要為無結構鏡質(zhì)體，惰質(zhì)組含量甚微，含有菌類體，礦物含量非常低。黃鐵礦結核成層或零星分布，均可肉眼手揀。2.3按煤級分類分析計算反射率測定結果表明，該煤的鏡質(zhì)體平均最大反射率為2.831%，最小反射率1.713%，雙反射率1.117%。按煤級分類，該煤應為3號無煙煤。與太西煤相比，該煤鏡質(zhì)體雙反射（Rbii）偏大，煤的各相異性（Rbi/Rmax）較強。2.4還原環(huán)境下的植物景觀從成煤時代、礦區(qū)地質(zhì)概況及煤巖煤質(zhì)所表現(xiàn)的特征，可以推斷陸生植物繁衍初期的早石炭世在溫暖潮濕的局部地區(qū)形成孤立穩(wěn)定的成煤環(huán)境。礦區(qū)面積不大、煤層鏡質(zhì)體和無結構鏡質(zhì)體發(fā)育、菌類體存在，礦物質(zhì)極少，說明植物遺體處于強還原環(huán)境下，且水體平靜呈封閉型，很少有陸源礦物質(zhì)流入，而且除高等植物外，還有低等生物的參與。煤灰成分中，鐵、鈣、硫含量比硅、鋁要高，黃鐵礦成層分布，說明覆水程度較深。3加工和應用特性3.1含泥量和密度用該煤做水處理用濾料，經(jīng)試驗各項指標均達到標準要求，與山西某公司產(chǎn)品相比，其含泥量（1.0%）和密度（1.4g/cm3）遠小于標準規(guī)定，性能更優(yōu)。3.2活性炭一步法（直接活化）和二步法（先碳化后活化）兩種生產(chǎn)工藝所得活性炭的質(zhì)量指標如表4。兩種工藝所得活性炭的物性特征如表5。4煤化特性分析根據(jù)各種工業(yè)對煤炭質(zhì)量的不同要求，小法路無煙煤按我國煤炭質(zhì)量分級屬于特低灰、低硫、特低磷、低水分、特低揮發(fā)分、高熱值、特高固定碳、高熱穩(wěn)定性、較低軟化溫度、較低流動溫度、難磨煤。不同于我國其它時代煤，小法路無煙煤孔隙結構測定中大孔達77.7%。紅外光譜分析，代表烷烴系列的甲基（-CH3）、亞甲基（-CH2）吸收峰強；而代表芳香系列的羥基（—CH）和羧基（C=C）吸收峰弱。X-衍射測定，層片直徑La高達51.60,高度Lc為27.86,d002為0.3546,其性能遠優(yōu)于太西煤。根據(jù)煤巖學研究，云南昭通小法路無煙煤由于早石炭世獨特的強還原環(huán)境的成因，鏡質(zhì)組含量高，光亮煤和半亮煤占絕對優(yōu)勢，使得該煤與同等變質(zhì)程度煤相比，揮發(fā)分、反射率偏低；煤化作用軌跡也不同于快，出現(xiàn)了工業(yè)分類和煤級分類的差別。其它時代煤，表現(xiàn)在光性特征上，組分界限清晰可辯，雙反射率高，各相異性強。所以化學成分變化相對要快，出現(xiàn)了工業(yè)分類和煤級分類的差別。5用于化工生產(chǎn)除了以上濾料和活性炭試驗外，小法路無煙煤加工利用途徑廣闊。(1)低灰、低硫、低揮發(fā)分、高固定碳、難磨等特點，可用作高爐噴吹及燒結礦石的原料。(2)可用作化工生產(chǎn)原料。如生產(chǎn)電石，可降低耗電量，降低成本；煤粉經(jīng)加工生產(chǎn)型煤，可用于生產(chǎn)合成氨的造氣原料。(3)煤微晶結構發(fā)育，低灰