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中国煤的品种及分布

2018/6/11 14:25:36      点击:
    中国煤的品种、分布及用其制成的活性炭的一般性规律
     根据GB5751—86,我国的煤炭资源共分为四大类,每个大类之下又分成若干小类。现从成煤年龄由年老到年轻的顺序分别予以介绍。
    (1)无烟煤
    指挥发分≤10%的原煤,是煤化程度最高的煤种。 无烟煤含“无烟煤一号”、“无烟煤二号”和“无烟煤三号”三个小类,分别对应于俗称的“年老无烟煤”、“年轻无烟煤”和“半无烟煤”。
     年老无烟煤主要分布于山西晋城、阳城地区,特点是热值高,反应性弱,原始微孔发达。根据历史研究结论,该煤种因反应性弱,不适于用来制造活性炭产品。近年来曾有研究机构尝试用其制造分子筛活性炭;也有将其磨粉后添加少量化学药剂,二次成型后采用气体活化和化学活化结合的方法来强制性扩孔以制造有商业价值的活性炭,这种技术途径在理论上是可行的,但尚未见到后继报道。
     年轻无烟煤主要分布于宁夏太西地区、山西太原西山、北京京西、河南焦作、湖南金竹山、辽宁的丹东和古拉本、云南昭通等地,其中以宁夏太西无烟煤最为著名。采用年轻无烟煤可以制得微孔发达型活性炭,适用于气相吸咐。近年来宁夏地区的活性炭厂一直致力于通过化学活化和气体活化结合的工艺用太西无烟煤制造含合理大中孔的活性炭产品以拓展用途,已取得了一定的进展。
     半无烟煤主要分布于山西阳泉和湖南永兴,以前者著名,是传统的催化剂载体活性炭的生产原料,制成的活性炭微孔和次微孔(孔直径1.2~2nm)发达,但因其灰分较高,从1985年之后已很少用来制造活性炭,而改用配煤法生产载体炭产品。
    (2)烟煤。
    是一系列煤种的总称,一般包括12个小类,它们从成煤年龄(由年老到年轻)角度依次被称为——贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤和长焰煤。贫煤、贫瘦煤和瘦煤主要分布于太原东山和西山,以及黑龙江的七台河等地,很少用它们单独制造活性炭产品,有限的文献报道表明,单独用这三小类烟煤制成的活性炭,微孔(孔直径≤2nm)和细中孔(孔直径2~10nm)似乎较为发达。
     焦煤和1/3焦煤广泛分布于国内广大地区,如山西吕梁地区和晋中地区、古交市、贵州的六盘水、重庆的华蓥山、山东的枣庄、内蒙古包头地区等,其中优级焦煤产于山西省。用焦煤单独制造活性炭存在极大的困难,当与其它煤种配合使用时,能明显提高最终活性炭产品的机械耐磨强度。
     肥煤和气肥煤主要分布于山西汾西、轩岗,河南平顶山,黑龙江双鸭山,四川乐山等。曾有过单独采用肥煤制造活性炭的报道,制成的活性炭吸附性能尚可,但机械强度较低,商业价值不大。气煤主要分布于辽宁抚顺,一般灰分较高,且具有特殊的“热凝聚”性能,不能单独用来制造活性炭。1/2中粘煤、弱粘煤和不粘煤在我国有一个明显的东西向分布带,东端大约起始于山西大同,向西依次为内蒙古东胜、宁夏灵武和乌海、青海的鱼卡,一直到最西端的新疆昌吉、哈密和吐鲁番。其中最适合制造活性炭的首推山西大同的弱粘煤,具有低灰、高反应性、易加工等特点,其原始孔隙结构中的大中微孔分配适中,可直接生产出高性能的原煤破碎活性炭,适用于饮用水的深度处理;配以适当的其它煤种时,可制造出气相吸附及催化剂载体用活性炭品种,可以很容易地用其它原料改变其孔隙结构,制造出各种用途的专用炭产品,可加工性能非常优异。对比研究表明,用上述原煤分布带中其它地区的煤样制成的活性炭样品综合性能均远逊于大同弱粘煤,大多数仅能用于柱状炭的制造,不适于用来生产压块炭、直接破碎炭或球形炭。
     长焰煤主要分布于陕西榆林地区的神府煤田、黑龙江依兰、河南千秋等地,是最年轻的烟煤煤种,近十年来在活性炭领域的用量越来越大。不能制造直接破碎炭产品;但可将其单独磨粉后添加粘合剂成型,采用气体活化法,能制造出中孔和微孔同时发达的中孔型活性炭产品,适用于有机废水的深度净化。目前在活性炭制造环节中,更大的用途是用作孔隙结构的调整剂煤种。陕西的神府煤田有望在10年之内成为继宁夏、大同之后的第三个大型煤质活性炭生产基地,理应引起本行业从业人员的更大关注。
    (3)褐煤。
    我国的煤质分类标准中,对褐煤的分类较为粗略,仅分成“褐煤一号”和“褐煤二号”两个小类。因为我国的优质低灰褐煤储量非常少,目前尚无一家活性炭制造企业专业生产褐煤质活性炭产品,故至今本行业对其都较为生疏。但近年来随着主要发达国家的活性炭制造环节逐渐迁移至发展中国家,国外对褐煤活性炭、活性焦或氧化褐煤吸附剂的需求日益增加,国内的主要活性炭研究机构已开始对这一煤种进行关注。
     我国的褐煤资源主要集中于南北两端,具有连片开发价值的褐煤煤田,北方地区集中于内蒙古的满洲里、海拉尔、霍林郭勒、赤峰,和吉林的梅河口、舒兰,南方地区集中分布于云南的曲靖、先锋。总体来说,北方的褐煤煤化程度较高,南方的褐煤属年轻褐煤。我们曾在2003年对上述两个分布区的褐煤进行调研、采样及对比研究,结果表明,云南的褐煤灰分较低(4%左右),内蒙古地区的褐煤最低灰分为8%左右,两类褐煤均不能单独制成压块炭或直接破碎炭(原因是粉化率过高),加工性能较差,且前者更差一些。可以制得大中孔发达的柱状成型炭,但必须采用木焦油或木沥青为粘合剂。
     山西省内有少量褐煤资源,但都属于未彻底煤化的“彩木炭”,极易自燃,运输困难,利用价值不高。
    (4)泥煤,又称泥炭。
    早期的煤炭分类标准中未将泥煤归入煤炭产品。与褐煤的际遇相似,泥煤几乎是一种完全被国内活性炭制造业遗忘的煤种。
     我国的泥煤相对集中于黑龙江的伊春、方正、德都、绥棱;辽宁的清原、新宾;江苏的吴县、江阴、涟水、淮安、宜兴;安徽的无为、枞阳;广东的遂溪;江西南昌、修水何市;以及湖北利川、河北新乐等天然湿地中,大都灰分极高,仅有安徽和黑龙江的个别地区的泥煤灰分在20%以内,几乎不具备制造活性炭的价值。 荷兰的Norit公司利用低灰泥煤资源制造出了一系列可用于二恶英类气相污染物脱除的粉状活性炭产品,这也可能是迄今为止世界上唯一一家用泥煤制造活性炭的企业。 从理论上讲,泥煤是一种具有开放性大中孔结构的最年轻煤种,且其表面含氧官能团极为丰富,如果加工工艺合理时完全可以制得具有亲水性表面的、与传统吸附剂活性炭性能迥异的新型吸附剂品种,可预期的用途是气相脱硫、石油炼厂气净化(脱硫脱砷)、液相脱砷脱氟脱汞,及已有成功应用先例的二恶英脱除剂等。 国内某科研机构曾用安徽的泥煤做原料,添加煤焦油作粘合剂,尝试制造柱状泥煤活性炭产品,但因各种原因未能成功。我们的想法是,可以利用泥煤产地的腐植酸生产厂的废弃泥煤残渣,采用强酸煮洗的方法去除大部分的金属成分,得到的富碳骨架经烘干后制成粉炭,制得廉价的泥煤炭;亦可向粉炭中加入适当种类的添加剂或粘合剂,成型后经炭化、浅度活化制成成型泥煤活性炭产品。