CN112029525A - 一种鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，涉及煤炭鉴别技术领域。本申请提供的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法中，以炼焦煤的实际基氏最大流动度及基准基氏最大流动度作为鉴别炼焦煤是否被风化氧化的指标，该指标不仅在较短时间内变化幅度显著，变化趋势明显，并能量化判断其受风化氧化的时间，对于3个月之内的风化氧化判断准确，可有效解决现有技术存在的问题，同时操作方便。
Description
技术领域
本申请涉及煤炭鉴别技术领域，具体而言，涉及一种鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法。
背景技术
煤的氧化按温度不同可分为低温氧化和高温氧化，低温氧化又可细分为两类：第一类是常温到100℃左右，在空气中放置的煤与空气中的氧结合，形成表面煤氧络合物，并进一步发生氧化分解和变质。第二类则是在100-300℃，在空气中放置的煤样与氧结合生成可溶于碱的复杂的再生腐植酸，第二类情况下常伴随有第一类氧化，因此氧化程度更深。第一类氧化是煤在室温下暴露在空气中堆存过程中发生的，故又称为风化，风化煤的化学性质及工艺性能发生了变化，故风化影响煤质的管理使用。
煤的性质复杂，按煤化程度和挥发分可简单为分无烟煤、烟煤和褐煤。炼焦煤是烟煤中一个主要类别，也是所有煤中使用价值和内在价值最高的品种。
鉴别煤质是否被风化或氧化，以及风化程度的现有技术如下：
(1)煤的挥发分，研究证明炼焦煤挥发分随风化程度会发生变化；
(2)煤的粘结性指标，主要是G值(粘结指数)和Y值(胶质层最大厚度，单位是mm)。研究证明炼焦煤的粘结性随风化程度增加会不断下降。
(3)通过煤的元素分析，分析氧含量的增减。随风化程度上升，煤的有机物中氧含量会有所上升。
上述技术，不论是测定挥发分，或是粘结性能(G值、y值)，或是煤的有机物中元素分析，或是煤的热值分析，由于数据变化幅度小(特别是在关键的前三个月内)，大部分变化幅度未超出国标允许分析误差范围，故无法做到准确判断炼焦煤是否被风化氧化，更无法断定风化氧化变质时间。
发明内容
本申请提供一种鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，能够改善上述的技术问题。
本申请提供一种鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，其包括：
获得根据炼焦煤的实际基氏最大流动度y、炼焦煤在未受风化变质影响前的基准基氏最大流动度r、以及风化氧化变质时间x建立的三者之间的关系。
获取目标炼焦煤的实际基氏最大流动度及目标炼焦煤在未受风化变质影响前的基准基氏最大流动度并根据关系计算目标炼焦煤的风化氧化变质时间。
在上述实现过程中，以实际基氏最大流动度及基准基氏最大流动度作为鉴别目标炼焦煤是否被风化氧化的指标，该指标不仅在较短时间内变化幅度显著，变化趋势明显，并能量化判断是否受到风化氧化影响以及风化氧化的时间，对于3个月之内的风化氧化判断准确，可有效解决现有技术存在的问题，同时操作方便。
在一种可能的实施方案中，关系包括：利用基氏最大流动度的变化率
判断目标炼焦煤的风化氧化变质时间。
在上述实现过程中，由于实际的应用中，不管是购买方还是生产厂家，能够掌握一种炼焦煤的风化氧化几个月就足够了，并不需要精确到具体多少天，已经完全能够满足实际的需求。因此利用变化率的方式不仅可以满足实际的判断需求，同时操作简单，具有普遍的适应性。
在一种可能的实施方案中，当25％≤变化率，判定目标炼焦煤风化氧化变质。
在一种可能的实施方案中，利用基氏最大流动度的变化率判断风化氧化变质时间的方式包括：
当25％≤变化率＜50％时，判定15d≤风化氧化变质时间＜45d；
当50％≤变化率＜60％时，判定45d≤风化氧化变质时间＜75d；
当60％≤变化率＜67％时，判定45d≤风化氧化变质时间＜115d；
当67％≤变化率＜75％时，75d≤风化氧化变质时间＜115d。
在一种可能的实施方案中，当变化率≥80％，判定风化氧化变质时间在4个月以上。
在上述实现过程中，通过变化率位于不同的区间，判断风化氧化变质时间。
在一种可能的实施方案中，当无法测得目标炼焦煤的实际基氏最大流动度时，采用炼焦煤镜质组显微观察法进行辅助判断目标炼焦煤是否风化氧化变质。
在上述实现过程中，利用炼焦煤镜质组显微观察法，对无法测得实际基氏最大流动度的目标炼焦煤是否风化氧化变质进行判断。
申请人发现，当基准基氏最大流动度大于0且不超过100DDPY时，在风化氧化时间超过1个月时，其实际基氏最大流动度一般会测不出来，因此，为了避免上述问题的发生，在一种可能的实施方案中，当基准基氏最大流动度大于0且不超过100DDPY，采用炼焦煤镜质组显微观察法进行辅助判断目标炼焦煤是否风化氧化变质。
在一种可能的实施方案中，炼焦煤镜质组显微观察法中，当镜质组的表面存在的缺陷总面积占光片的表面积的10％及以上时，判断目标炼焦煤风化氧化变质且风化氧化时间在1个月以上。
可选地，缺陷包括裂纹及氧化腐蚀形成的黑点及孔洞。
在上述实现过程中，由于制作光片和观察导致可能会有极少的裂纹和黑点的出现，因此，采用上述当镜质组的表面存在的缺陷总面积占光片的表面积的10％及以上时，判断目标炼焦煤风化氧化变质且风化氧化时间在1个月以上，有效规避上述误差对于结果判定的影响。
同时需要说明的是，缺陷占比越大，说明目标炼焦煤风化氧化变质时间越久。
在一种可能的实施方案中，炼焦煤镜质组显微观察法包括：获得目标炼焦煤显微光片，通过在偏光显微镜油浸物镜下，观察目标炼焦煤的镜质组。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为炼焦煤挥发分随风化氧化变质时间变化的趋势示意图；
图2为炼焦煤G值随风化氧化变质时间变化的趋势示意图；
图3为炼焦煤Y值随风化氧化变质时间变化的趋势示意图；
图4为实施例1中进口A焦煤最大流动度随风化时间关系示意图；
图5为实施例1中山西焦煤最大流动度随风化时间关系示意图；
图6为实施例1中进口B焦煤最大流动度随风化时间关系示意图；
图7为实施例1中进口B焦煤未受到未受风化氧化变质影响前的显微镜质组的偏光显微镜照片；
图8为实施例1进口B焦煤未受风化氧化变质的显微镜质组的偏光显微镜照片。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
选择四组主焦煤：PLV1#焦煤、LV2焦煤、峰景1#焦煤以及平顶山1#焦煤，按照如背景技术的现有的方法进行炼焦煤是否被风化氧化变质的鉴定，结果如图1、图2以及图3所示，其中，图1-3中，未被风化氧化变质的典型值对应1月，随后暴露于露天，每间隔30天采集一次指标，并顺次作为2-10月。
其中，图1为炼焦煤挥发分随风化氧化变质时间变化的趋势示意图，其中图1中x轴为时间，单位为月，y轴为炼焦煤挥发分含量，根据图1，可以看出，四组炼焦煤的挥发分均随风化程度发生变化的趋势有高有低，且变化幅度不显著，用来证明炼焦煤是否被风化氧化变质时，说服力不强，且无法得到量化的数据。
图2为炼焦煤G值随风化氧化变质时间变化的趋势示意图，其中，图1中x轴为时间，单位为月，y轴为炼焦煤G值，根据图2，可以看出，炼焦煤的粘结性随风化氧化变质时间的增加呈不断下降趋势，但缺点是下降幅度不大，其中有部分优质炼焦煤下降幅度更小，由于化验室中存在指标检测的误差，有时候当风化时间不够长时，在允许误差范围内可能检测不出下降甚至略高于前值。
图3为炼焦煤Y值随风化氧化变质时间变化的趋势示意图，其中，图1中x轴为时间，单位为月，y轴为炼焦煤Y值，根据图3，可以看出，煤的有机官能团中某些元素会因风化影响而改变，如氧含量随风化程度增加而略有上升。但元素分析费时费力，变化幅度很小，敏感性差，难以作为煤质是否受到风化氧化影响的鉴别和仲裁手段。
综上，通过图1-3，证明现有技术确实无法准确有效鉴别炼焦煤是否风化氧化变质及风化氧化变质时间。
有鉴于此，特此提出本申请。
下面对本申请实施例的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法进行具体说明。
名词解释：
基氏流动度：流动度是煤的塑性表征指标之一，能够同时反映煤受热产生胶质体的数量和粘度。基氏流动度由德国人吉泽勒于1934年首次提出的，以固定力矩在煤受热形成的胶质体中转动的最大转速来表示。另有变力矩测定方法戴维斯塑性仪法和波拉本达塑谱仪法：其测定原理是插入煤中的搅拌器以固定速度转动，用搅拌器所受扭力随温度的变化来表示胶质体的流动度的变化。
基氏流动度测定原理：当煤隔绝空气加热至一定温度时，煤粒开始软化，出现胶质体，胶质体随热解反应进行数量不断增加，黏度不断下降，流动性越来越大，直至出现最大流动度。当温度进一步提高时，胶质体的分解速度大于生成速度，因而不断转化为固体产物和煤气，流动性越来越小，直到胶质体全部转化为半焦，流动度变为零。
本申请中，将炼焦煤在未受风化变质影响前的基氏最大流动度作为基准基氏最大流动度。
其中，炼焦煤按大类分为气煤、1/3焦煤、肥煤、主焦煤、瘦煤、贫瘦煤等，均属于本申请的鉴定对象。
需要说明的是，鉴定目标炼焦煤风化氧化变质程度包括鉴定炼焦煤是否风化氧化变质以及风化氧化变质时间。
具体地，鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法包括以下步骤：
S1.获得根据炼焦煤的实际基氏最大流动度y、炼焦煤在未受风化变质影响前的基准基氏最大流动度r、以及风化氧化变质时间x建立的三者之间的关系。
申请人发现炼焦煤风化氧化变质最快的时间是风化氧化的前3至4个月，此后炼焦煤的变质速度急剧下降，变得非常缓慢。因此，确定炼焦煤是否被风化变质，以及鉴别出1至4个月内风化时间是非常重要且足够的。并且实际的应用中，不管是购买方还是生产厂家，能够掌握一种炼焦煤的风化氧化几个月就足够了，并不需要精确到具体多少天，已经完全能够满足实际的需求。
因此，在式判断的过程中，不需要精确到具体天数，只需要知晓大概范围即可。
因此可选地，实际基氏最大流动度y、炼焦煤在未受风化变质影响前的基准基氏最大流动度r、以及风化氧化变质时间x的关系包括：
利用基氏最大流动度的变化率
判断目标炼焦煤的风化氧化变质时间。
由于炼焦煤在开采出来后至运输过程中，不可避免的具有一定的时间差，势必会导致炼焦煤会发生一定的风化氧化，为了避免上述运输时间的干扰，因此，当25％≤变化率，判定目标炼焦煤风化氧化变质。
具体地，在利用基氏最大流动度的变化率判断风化氧化变质时间的方式包括：
当25％≤变化率＜50％时，判定15d≤风化氧化变质时间＜45d；也即是，当25％≤变化率＜50％时，可判定为风化氧化变质时间接近1个月。
当50％≤变化率＜60％时，判定45d≤风化氧化变质时间＜75d；也即是，当50％≤变化率＜60％时，可判定为风化氧化变质时间接近2个月。
当60％≤变化率＜67％时，判定45d≤风化氧化变质时间＜115d；也即是，当60％≤变化率＜67％时，风化氧化变质时间接近2-3个月。
当67％≤变化率＜75％时，75d≤风化氧化变质时间＜115d。也即是，当67％≤变化率＜75％时，风化氧化变质时间接近3个月。
可选地，当变化率≥80％，判定风化氧化变质时间在4个月以上。
可选地，当目标炼焦煤风化时间在第5个月至第10个月期间，相比于前5个月，最大流动度测量值减小幅度合计小于10％。
除了上述设置以外，需要说明的是，关系还可以为：目标炼焦煤所属煤种的实际基氏最大流动度y、及炼焦煤在未受风化变质影响前的基准基氏最大流动度r与风化氧化时间x之间拟合的相关性较强的函数关系，后续使用过程中，直接在获得目标炼焦煤的实际基氏最大流动度和基准基氏最大流动度的基础上，直接根据上述函数关系获得炼焦煤的风化氧化变质确切的时间，其也属于本申请的保护范围内。
具体例如，拟合的函数关系为一元二次方程y＝m(x+1)2-n(x+1)+1.12r的抛物线左半部分，式中，m、n是常数项，与不同煤种有关；x为炼焦煤的风化氧化变质时间且单位为月。可选地，0≤x≤10。
需说明的是，基氏最大流动度的变化率p与拟合函数判断方式一般为独立实施的两个并列方式，只有在上述一元二次方程获的x的值为两个时，此时可采用基氏最大流动度的变化率p辅助判断时间范围以确定落在上述时间范围的为实际的x。
S2.获取目标炼焦煤的实际基氏最大流动度及目标炼焦煤在未受风化变质影响前的基准基氏最大流动度并根据关系计算目标炼焦煤的风化氧化变质时间。
需要说明的是，鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法可采用炼焦煤镜质组显微观察法进行辅助判断目标炼焦煤风化氧化变质程度。
其中，炼焦煤镜质组显微观察法包括：获得目标炼焦煤显微光片，通过在偏光显微镜油浸物镜下，观察目标炼焦煤的镜质组。
具体地，当无法测得目标炼焦煤的实际基氏最大流动度时，采用炼焦煤镜质组显微观察法进行辅助判断目标炼焦煤风化氧化变质程度。需要说明的是，此处的无法测得目标炼焦煤的实际基氏最大流动度是指测得的目标炼焦煤的实际基氏最大流动度为0。
进一步地，当基准基氏最大流动度大于0且不超过100DDPY时，此时若实际风化氧化时间超过1个月，其实际基氏最大流动度一般会测不出来，因此，当基准基氏最大流动度大于0且不超过100DDPY采用炼焦煤镜质组显微观察法进行辅助判断目标炼焦煤风化氧化变质程度。
其中，由于刚开采出来的炼焦煤，显微镜下观察到的镜质组无裂纹和氧化腐蚀形成的黑点、孔洞。而风化变质一个月以上的炼焦煤，显微镜下观察到的镜质组表面会出现较多较宽的裂纹和氧化腐蚀形成的黑点，同时为了避免制作光片和观察导致的误差，炼焦煤镜质组显微观察法中，当镜质组的表面存在的缺陷总面积占光片的表面积的10％及以上时，判断目标炼焦煤风化氧化变质且风化氧化时间在1个月以上。
其中，缺陷包括裂纹及氧化腐蚀形成的黑点及孔洞。
以下结合实施例对本申请的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法作进一步的详细描述。
实施例1
获得澳洲PLV主焦煤、北方主焦煤、澳洲峰景主焦煤以及澳洲LV焦煤，依次作为进口A焦煤、山西焦煤、进口B焦煤、进口C焦煤，并采集炼焦煤未风化的基氏最大流动度，其月份记作1月，然后将炼焦煤露天放置，每间隔1个月(30天)采集四组炼焦煤的基氏最大流动度，将其被风化氧化的第1-11个月顺次作为月份2-12月，结果如表1所示。
表1焦煤基氏最大流动度随风化时间变化统计表
根据表1，可以看出，进口A焦煤、山西焦煤、进口B焦煤的基氏最大流动度的变化率与本申请的提供的鉴定方法吻合。
进一步地，对进口A焦煤、进口B焦煤、山西焦煤实际基氏最大流动度y、基准基氏最大流动度r及炼焦煤的实际风化变质时间拟合，获得相关性较强的函数关系，具体如图4、图5以及图6所示。
其中，图4为进口A焦煤最大流动度随风化时间关系示意图，根据图3，拟合的函数关系为：y＝2.797x2-49.553x+239.39；其中，拟合优度R2＝0.9769。
图5为山西焦煤最大流动度随风化时间关系示意图，根据图5，拟合的函数关系为：y＝10.216x2-153.45x+608.35；其中，拟合优度R2＝0.9173。
图6为进口B焦煤最大流动度随风化时间关系示意图，根据图6，拟合的函数关系为：y＝2.3106x2-37.217x+157.63；其中，拟合优度R2＝0.928。
根据图4、图5以及图6，可以看出，对于基准最大流动度大于100DDPM的炼焦煤，其最大流动度(包括基准最大流动度和实际最大流动度)随风化时间变化可以拟合成一元二次抛物线函数(抛物线左半部分)，拟合优度R2可达到0.91以上。
同时对于进口C焦煤，在检测到未受风化氧化变质影响前的基氏最大流动度(也即是基准基氏最大流动度)为4DDPM，小于100DDPM后，采用炼焦煤镜质组显微观察法辅助判断进口C焦煤。
请参阅图7以及图8，其中图7为进口B焦煤未受到未受风化氧化变质影响前的显微镜质组的偏光显微镜照片，图8为进口B焦煤未受风化氧化变质2.5个月的显微镜质组的偏光显微镜照片，可以明显看出，未镜质组无裂纹和氧化腐蚀形成的黑点、孔洞，风化变质2个多月的炼焦煤，显微镜下观察到的镜质组表面会出现较多较宽的裂纹和氧化腐蚀形成的黑点和孔洞。
同时，采用炼焦煤镜质组显微观察法对未风化氧化变质前及风化氧化变质1.5个月的进口A焦煤、山西焦煤、进口C焦煤观察，也得到和进口B焦煤相似的结果，由于进口A焦煤、山西焦煤、进口C焦煤的风化氧化变质时间较上述进口B焦煤较短，裂纹、黑点和孔洞在光片的表面积的占比相较风化变质2个多月的进口B焦煤较少。
实施例2
宝武集团韶关钢铁今年用过一船澳洲“Gon”焦煤现货，此煤在澳洲主焦煤中属于较顶级主焦煤。但韶钢在配用过程中，发现此煤未能起到主焦煤的作用，外观指标虽然较好，但对焦炭强度支撑性偏弱。研究收集了此煤的煤质主要指标的典型值(典型值为未风化氧化变质的值)与本船煤实际指标对比见表2。
其中，表2中，Vdaf：干燥无灰基挥发分，Ad：灰分，St.d：干燥基全硫，G：粘结指数，Y：胶质层最大厚度，X：胶质层最终收缩度。
表2Gon焦煤实测值与典型值对比
分析表2可知，除流动度外其它指标实测值与典型值对比变化不大。最大流动度变化较大，对比典型值降低了460DDPM，变化率达到41.8％，根据本申请提供的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，判定此煤风化氧化变质且来到中国港口后已经漂泊了将近一个月时间。经过与供应商交涉，在证据面前，对方承认了上述事实。
综上，本申请提供的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，以炼焦煤的实际基氏最大流动度及基准基氏最大流动度作为鉴别炼焦煤是否被风化氧化的指标，该指标不仅在较短时间内变化幅度显著，变化趋势明显，并能量化判断是否受到风化氧化影响以及风化氧化的时间，对于3个月之内的风化氧化判断准确，可有效解决现有技术存在的问题，同时操作方便。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，其特征在于，包括：
获得根据炼焦煤的实际基氏最大流动度y、炼焦煤在未受风化变质影响前的基准基氏最大流动度r、以及风化氧化变质时间x建立的三者之间的关系；
获取目标炼焦煤的实际基氏最大流动度及目标炼焦煤在未受风化变质影响前的基准基氏最大流动度并根据所述关系计算目标炼焦煤的风化氧化变质时间。
2.根据权利要求1所述的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，其特征在于，所述关系包括：利用基氏最大流动度的变化率
判断所述目标炼焦煤的风化氧化变质时间。
3.根据权利要求2所述的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，其特征在于，当25％≤所述变化率，判定所述目标炼焦煤风化氧化变质。
4.根据权利要求2所述的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，其特征在于，利用所述基氏最大流动度的变化率判断所述风化氧化变质时间的方式包括：
当25％≤所述变化率＜50％时，判定15d≤所述风化氧化变质时间＜45d；
当50％≤所述变化率＜60％时，判定45d≤所述风化氧化变质时间＜75d；
当60％≤所述变化率＜67％时，判定45d≤所述风化氧化变质时间＜115d；
当67％≤所述变化率＜75％时，75d≤所述风化氧化变质时间＜115d。
5.根据权利要求2所述的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，其特征在于，当所述变化率≥80％，判定所述风化氧化变质时间在4个月以上。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，其特征在于，当无法测得所述目标炼焦煤的实际基氏最大流动度时，采用炼焦煤镜质组显微观察法进行辅助判断所述目标炼焦煤是否风化氧化变质。
7.根据权利要求6所述的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，其特征在于，当所述基准基氏最大流动度大于0且不超过100DDPY，采用炼焦煤镜质组显微观察法进行辅助判断所述目标炼焦煤是否风化氧化变质。
8.根据权利要求6所述的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，其特征在于，所述炼焦煤镜质组显微观察法中，当所述镜质组的表面存在的缺陷总面积占光片的表面积的10％及以上时，判断所述目标炼焦煤风化氧化变质且风化氧化时间在1个月以上。
9.根据权利要求8所述的鉴定炼焦煤风化氧化变质程度的方法，其特征在于，所述缺陷包括裂纹及氧化腐蚀形成的黑点及孔洞。
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