讲座一煤炭基础及冶炼用煤

锌冶炼知识讲座之一

煤炭基础知识及锌冶炼用煤

杨友平2008年4月2日第一页，共三十页。一．概述煤炭是世界上最重要的矿产资源,可采储量约达6875亿吨。中国是世界第一产煤大国，也是消费的大国。中国煤炭探明可采储量居世界第三位，全行业年煤炭年开采量达到近12~17亿吨。煤炭的用途十分广泛，既是燃料，也是重要的工业原料。把煤炭用化学方法进行分解提炼，综合利用，能够生产出几百种化工原料；煤炭又是城乡人民生活中的重要生活资料。第二页，共三十页。二、煤炭的生成

煤炭是古代的有机物（主要是植物）的遗体，经过生物及化学的变质作用而形成的。大体可分为两个阶段，第一阶段是泥煤炭化阶段，即由植物转变成泥炭阶段。第二阶段，由泥炭转变成褐煤，褐煤转变成烟煤，烟煤再转变成无烟煤阶段。第三页，共三十页。成煤必须具备四个先决条件：（1）植物条件。（2）气候条件。（3）地理条件。（4）地壳运动条件。1980年全国煤田预测，全国煤炭储量为50592亿吨。按煤种分：褐煤占6.81%,长焰煤占21.59%,不粘结煤占25.53%,粘结煤占25．53％，弱粘结煤占2．97％．气煤占9．76％肥煤占5．03％，焦煤占2．94％，瘦煤占2．70％．贫煤占2．85％．无烟煤占7．92％、末分煤占11.90%第四页，共三十页。三、煤炭资源的分布特点

1）煤炭资源丰富，但人均占有量低。中国煤炭资源虽丰富，但勘探程度较低，经济可采储量较少。2）煤炭资源的地理分布极不平衡。中国煤炭资源北多南少，西多东少。3）各地区煤炭品种和质量变化较大，分布也不理想。4）适于露天开采的储量少，绝大部分为地下坑道开采作业，成本高，瓦斯危险大。第五页，共三十页。5）主要区域煤炭情况

华北地区（主要是山西的大同、阳泉、晋城、东胜、汾西和河南的平顶山等西北地区:内蒙古的准格尔、包头、乌达东北地区：辽宁省的抚顺、阜新、北票、南票和吉林、黑龙江部分西南地区：贵州省六盘水的水城、盘县、六枝，兴义、大方、黔西、织金等县和云南富源、曲靖、宣威、祥云等中南地区：湖南的南部耒阳、马田，望城和湘西，以及江西省的西部其他：山东、安徽、新疆、甘肃、河北第六页，共三十页。四．煤炭质量

判别煤炭质量优劣的指标很多，其中最主要的指标为含碳量、灰分、挥发份、硫分、机械强度、胶质层、粘结指数、含矸率、粒度、水分等。第七页，共三十页。名词符号定义备注固定碳CGD差减法：减去水分、灰分和挥发份挥发份Vf900℃加热7分钟后所挥发出物判断煤种指标灰分Ad815℃下完全燃烧残留物硫分ST、D有机硫、无机硫灰熔点T2用煤灰三角锥在高温弯曲测量与结渣有关机械强度G1抗破碎和抗磨性能，2米落下后过筛重量百分比抗碎强度粘结指数G煤粒可粘结成焦碳的性质Y值:煤粉在荷压下加热熔化，其表面产出的一层熔融状的胶体厚度，以mm计，煤气炉用煤小于10mm（粘结性：1~8）水分Mt有内在、外在之分。内在为煤表面和毛细吸附；外在为附着表面水分发热量QDW单位煤经完全燃烧后发出的热量不含水汽凝结热热稳定性TS高温下对热作用的稳定程度比重真比重、视比重、堆比重20℃时比水第八页，共三十页。中国煤炭灰分普遍较高，北方地区的煤田为陆相沉积，煤的灰分一般为10％～20％，有的在10％以下，硫分一般小于1％，东北地区硫分普遍小于0．5％。而广西合山等地的煤层属浅海相沉积煤，硫分可高达6％～10％以上。中国灰分小于10％的特低灰煤仅占探明储量的17％左右。大部分煤炭的灰分为10％～30％。硫分小于1％的特低硫煤占探明储量的43．5％以上。中国烟煤的最大特点是低灰、低硫；原煤灰分大都低于15％，硫分小于1％。部分煤田，如神府、东胜煤田，原煤灰分仅为3％一5％，被誉为天然精煤。第九页，共三十页。五．煤的分类根据煤的煤化程度，分为褐煤、烟煤和无烟煤。对于褐煤和无烟煤，再分别按其煤化程度和工业利用的特点分为2个和3个小类。烟煤部分按挥发分大于10～20％、大于20～28％、大于28～37％和大于37％的4个阶段分为低、中、中高及高挥发分烟煤。关于烟煤粘结性，按粘结指数G分：0～5为不粘结和微粘结煤。大于50～65为中等偏强粘结煤，大于65则为强粘结煤。强粘结煤，又把其中胶质层最大厚度y值大于25mm或奥亚膨胀度b大于150％（对于Vdaf大于28％的烟煤，b大于220％）的煤定为特强粘结煤。第十页，共三十页。A：按发热量分级别民称发热量Mj/kg旧对应kkal/kg1低热值煤8.50~12.502033~30002中低热值煤12.50~17.003000~40653中热值煤12.50~17.004066~50004中高值煤17.01~24.005000~57005高热值煤24.01~27.005740~65006特高热值煤>27.00>6500第十一页，共三十页。B按煤的挥发份等指标分类别符号数码分类指标挥发份，%透光率,%无烟煤WY01，02，03<10.0—烟煤YM11，12，13，14，15，16

21，22，23，24，25，26

31，32，33，34，35，36

41，42，43，44，45，46>10.0—褐煤HM51，52>37.0<50第十二页，共三十页。C中国煤炭分类简表GB5751-1986

类别符号包括数码分类指标挥发份,%GY,mm奥亚膨胀指数,%无烟煤WY01,02,03<=10.0

贫煤PM11>10.0～20.0<=5

贫瘦煤PS12>10.0～20.0>5～20

瘦煤SM13,14>10.0～20.0>20～65

焦煤JM24

15,25>20.0～28.0

>10.0～28>50～65

>65*<=25.0(<=150)肥煤FM16,26,36>=10.0～37.0(>85)*>25.0*1/3焦煤1/3JM35>28.0～37.0>65*<=25.0(<=150)气肥煤QF46>37.0(>85)*>25.0(>220)气煤QM34

43,44,45>28.0～37.0

>37>50～60

>35<=25.0(<=220)1/2中粘煤1/2ZN23,33>20.0～37>30～50

弱粘煤RN22,33>20.0～37.0>5～30

不粘煤BN21,31>20.0～37.0<=5

长焰煤CY41,42>37.0<=35

褐煤HM51

52>37.0

37.0

第十三页，共三十页。D烟煤的分类类别符号数码分类指标VR，%GY，mm贫煤PM11>10.0～20.0=<5

贫瘦煤PS12>10.0～20.0>5～20

瘦煤SM13

14>10.0～20.0

>10.0～20.0>20～50

>50～65

焦煤JM15

24

25>10.0～20.0

>20.0～28.0

>20.0～28.0>65*

>50～65

>65*<25.0

<25.0肥煤FM16

26

36>0.0～20.0

>20.0～28.0

>28.0～37.0(>85)*

(>85)*

(>85)*>25.0

>25.0

>25.01/3焦煤1/3JM35>28.0～37.0>65*<25.0气肥煤QF46>37.0(>85)*>25.0气煤QM34

43

44

45>28.0～37.0

>37.0

>37.0

>37.0>50～60

>35～50

>50～65

>65*

<25.01/2中粘煤1/2ZN23

33>20.0～28.0

>28.0～37.0>30～50

>30～50

弱粘煤RN22

32>20.0～28.0

>28.0～37.0>5～30

>5～30

不粘煤BN21

31<30.0～28.0

>28.0～37.0<5

<5

长焰煤CY41

42>37.0

>37.0<5

<5～35

第十四页，共三十页。E无烟煤的分类类别符号分类指标VR，%Hr*，%无烟煤一号WY10～3.50～2.0无烟煤二号WY2>3.5～6.5>2.0～3.0无烟煤三号WY3>6.5～10.0第十五页，共三十页。无烟煤：高固定碳含量，高着火点（约360～420℃）,高真相对密度（1.35～1.90）,低挥发分产量和低氢含量。除了发电外，无烟煤主要作为气化原料（固定床气化发生炉）用于合成氨、民用燃料及型煤的生产等。

贫煤：煤烟中煤级最高的煤，它的特征是：较高的着火点（350—360℃），高发热量，弱粘结性或不粘结。贫煤主要用于发电和电站锅炉燃料。

贫瘦煤：挥发分低，粘结性较差，可以单独用来炼焦，也可用于发电、电站锅炉和民用燃料等方面。

瘦煤：中度的挥发分和粘结性，主要用于炼焦。在炼焦过程中可能会产生一些胶质物，胶质层的厚度为6—10mm。由瘦煤单独炼焦产生的焦炭，机械强度较高但耐磨强度相对较差。第十六页，共三十页。焦煤：有很强的炼焦性，中等的挥发分（约16％—28％），焦煤是国内主要用于炼焦的煤种。由焦煤炼成的焦炭具有非常优良的性质，焦煤主要产于山西省和河北省。

肥煤：中等或较高的挥发分（约25％—35％）和很强的粘结性，主要用于炼焦。肥煤一般具有较高的硫含量。

1/3焦煤：介于焦煤、气煤和肥煤之间，具有较高的挥发分（类似于气煤），较强的粘结性（类似于肥煤）和很好的炼焦性（类似于焦煤），这也是它被称为1/3焦煤的原因。主要用于炼焦和发电。

气肥煤：高挥发分（接近于气煤）和强的粘结性（接近于肥煤），它适用于焦化作用产生的城市燃气和与其他煤种混合炼焦。

气煤：很高的挥发分和中度的粘结性，主要用于炼焦和发电。

1/2中粘煤：过度煤级的煤，在中国它只有很小一部分的储量和产量。第十七页，共三十页。弱粘煤：煤化程度较低或中等煤化程度的煤，其粘结性很差，不能单独用于炼焦。由于其特殊的成因，弱粘煤具有较高的惰性组含量。典型的弱粘煤产于山西省大同市。

不粘煤：早期煤化阶段曾被氧化过，因此它具有低发热量的特点。主要用于发电、气化和民用燃料等。不粘煤主要产于中国的西北部地区。

长焰煤：煤化程度是所有烟煤中最低的。由于其燃烧时火焰较长而被称为长焰煤。主要用于发电、电站锅炉燃料等。褐煤：所有煤中最低级的煤，其特征是高水分。主要用于发电和气化。第十八页，共三十页。6.煤的其他术语序号术语名称定义允许使用的同义词1煤植物遗体在覆盖地层下，压实、转化而成的固体有机可燃沉积岩煤炭2煤的品种以不同方式加工成不同规格的煤炭产品3标准煤凡能产生29.27MJ的热量（低位）的任何数量的燃料折合为1kg标准煤4毛煤煤矿生产出来的，未经任何加工处理的煤5原煤从毛煤中选出规定粒度的矸石以后的煤6商品煤作为商品出售的煤7精煤煤经精选（干选或湿选）后生产出来的、符合质量要求的产品8中煤煤经精选后的道德、灰分介于精煤和矸石之间的产品9洗选煤经过洗选后的煤'10筛选煤经过筛选加工的煤11粒级煤煤通过筛选或精选生产的,粒度下限大于6mm并规定有限下率的产品12粒度颗粒的大小，以毫米计13限上率筛下产品中大于规定粒度上限部分的质量百分数14限下率筛上产品中小于规定中的粒度下限部分的质量百分数15特大块大于100mm的粒级煤第十九页，共三十页。16大块煤大于50mm的粒级煤17中块煤5～50mm的粒级煤18小块煤13～25mm的粒级煤219混中块13～80mm的粒级煤20混块13～300mm之间的粒级煤21粒煤6～13mm的粒级煤22混煤0～50mm之间的煤23末煤0～25mm之间的煤24粉煤0～6mm之间的煤25煤粉小于0.5mm的煤26矸石采.掘过程中从顶、底板或煤层混入煤中的岩石第二十页，共三十页。七．中国煤炭行业概况我国煤炭资源十分丰富，据预测，我国煤炭资源远景总量为50592亿吨，仅次于独联体，居世界第二位。探明储量的矿区5345处，保有储量总量为10025亿吨。我国保有储量总量中的精查储量2299亿吨，与世界探明可采储量相比，位于独联体、美国之后，居世界第三位。

我国煤炭资源分布地域广泛，自北而南，大致呈现出三个条带。天山－阴山以南、昆仑山－秦岭－大别山以北地区，包括西北地区大部、华北地区、河南和华东北部，分布着各种变质程度的烟煤和无烟煤，只有少量褐煤；昆仑山－秦岭－大别山以南地区，包括西南地区、中南地区大部和华东南部，以高变质煤为主，中变质烟煤和褐煤很少。具有“东少西多、南贫北丰、相对集中的特点”。探明储量主要分布在山西、内蒙古、陕西、新疆和贵州五个省（区）。

第二十一页，共三十页。中国煤炭行业概况2我国是世界上最大的煤炭生产国，年产量达12亿吨，占世界煤炭总产量的1/3，年出口煤炭量3000多万吨，约占世界煤炭贸易量的6%。

按照年产煤量分：特大型企业（年产大于1000万吨）有大同矿务局等、神华、神府17个；大型企业（年产300-1000万吨）；中型企业（年产90-300万吨）；小型企业（年产小于90万吨）；我国国有重点企业、地方国有煤矿、乡镇煤矿产量的构成比例为37.3%、16.5%和46.2%。第二十二页，共三十页。八．煤的工业用途1.炼焦用煤

炼焦是将煤放在干馏炉中加热，随着温度的升高(1000℃左右)，煤中有机质逐渐分解，挥发性物质呈气态或蒸汽状态逸出，成为煤气和煤焦油，残留下的不挥发性产物就是焦炭。焦炭在炼铁炉中起着还原、熔化矿石，提供热能和支撑炉料，保持炉料透气性能良好的作用。炼焦用煤的质量要求，是以能得到机械强度高、块度均匀、灰分和硫分低的优质冶金焦为目的。2气化用煤

煤的气化是以氧、水、二氧化碳、氢等为气体介质，经过热化学处理过程，把煤转变为各种用途的煤气。煤气化所得的气体产物可作工业和民用燃料以及化工合成原料。常用的制气方法有两种：①固定床气化法。目前国内主要用无烟煤和焦炭作气化原料，制造合成氨原料气。第二十三页，共三十页。3.炼油用煤

一般以褐煤、长焰煤为主，弱粘煤和气煤也可以使用，其要求取决于炼油方法。①低温干馏法，是将煤置于550℃左右的温度下进行干馏，以制取低温焦油，同时还可以得到半焦和低温焦炉煤气。煤种为褐煤、长焰煤、不粘煤或弱粘煤、气煤。对原料煤的质量要求是：焦油产率＞7%，胶质层厚度＜9mm，热稳定性＞40%，粒度6～13,20～80mm。②加氢液化法，是将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质破坏，与氢作用转化成液态或气态产物，可得到汽油、柴油等燃料。原料煤主要为褐煤、长焰煤及气煤。要求煤的挥发分＞35%，灰分＜5%。

4.燃料用煤

任何一种煤都可以作为工业和民用的燃料。不同工业部门对燃料用煤的质量要求不一样。一般是：挥发分≥20%，灰分≤24%，灰熔点≥1200℃，硫分≤1%，低位发热量20931KJ/kg以上。发电厂一般应尽量用灰分＞30%的劣质煤。

煤的其他用途有，褐煤和氧化煤可生产腐殖酸类肥料；从褐煤中可以提取褐煤蜡供电气、印刷、精密铸造、化工等使用；用优质无烟煤可制造碳化硅、碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、电极、电石和铸造燃料；用煤沥青制成的碳素纤维等太空材料；用煤沥青还可生产新型的电炉电极等等。

第二十四页，共三十页。九．锌冶炼冶炼行业常用煤煤品种固定碳挥发物硫灰份发热量（kJ/kg）粒度灰熔点G值（焦结性）煤种类直接发还原煤≥68≤9（6.5~7.0）≤1≤20(11~20)≥25000(6000大卡)≤5mm无烟煤直接底煤≥70

≤9≤1.0≤15>27500(6500大卡)20-40mm无烟煤回转窑≥70%≤10%≤1.5≤20%26000(6200大卡)≤13mm无烟煤焦粉≥70%≥260001-10mm竖罐两段炉50-60%30-40%≤1<14%>2600015-60mm≤1烟（焦）煤竖罐还原*≥58≥20≤1≤13≥26800(6400大卡)≤5mm≥1250℃≥6烟（焦）煤锅炉煤≥65≤10≤1≤15≥2700013~25mm25~50mm≥1200℃

无烟煤第二十五页，共三十页。几种常用冶炼方法煤耗比较生产工艺煤耗单位行业平均较好水平行业最优备注1电解锌吨标煤/吨锌1.851.70株冶电耗3600~4000KWH2竖罐炼锌吨标煤/吨锌2．42．2葫芦岛锌业电耗550KWH3锌精馏吨标煤/吨锌0．550．50葫芦岛锌业4鼓风炉炼锌吨标煤/吨锌1．821．82韶关冶炼厂焦碳5电炉炼锌吨标煤/吨锌2．52．3山西临汾电耗4000~5000KWH6氧化锌（直接）吨标煤/吨氧化锌1．6电耗200~400KWH7氧化锌（间接）吨标煤/吨氧化锌0．500．45扬州锌品电耗10~230KWH8氧化锌（竖罐）吨标煤/吨氧化锌0．550．50电耗100KWH9横罐炼锌吨标煤/吨锌4.010回转窑吨标煤/吨锌6~10第二十六页，共三十页。各种锌冶炼方法的比例生产方法80年代世界90年代世界比例（%）目前中国比例（%）产量（万吨/年）比例（%）湿法炼锌587．377．2882．175鼓风炉炼锌86．811．4213．45竖罐炼锌33．44．391．610横罐炼锌36．04．740．9~0电热炉法16．52．172．010第二十七页，共三十页。十.越南煤越南的煤主要分布在广宁省（靠近广西），煤带全长150公里，煤层厚