煤及焦炭标准样品国内外发展概况

王雪莹 王冰莹

(济南众标科技有限公司，济南 250101)

目前我国是世界上钢铁、煤炭、铝的生产大国，同时又是消耗大国。根据国际能源组织最近统计，全世界的煤炭资源约为20万亿吨，其中美国、俄罗斯、中国等世界前10位主要含煤国的资源量约占世界总资源量的95%，而中国的探明储量是世界第3位，为11 450千万吨，占世界11.6%。世界煤炭消耗量每年为30亿吨，中国煤炭每年的消耗量为10亿吨，消耗速度非常快。煤炭作为基础原料应用广泛，而作为煤、焦炭质量监控标尺的标准样品在国民经济各个领域起着重要作用。以下笔者对国内外煤及焦炭标准样品的发展情况进行综述。

1 我国的煤炭分类和国际煤炭分类状况

我国的国家标准GB 5751规定了中国煤炭分类情况[1]，国际标准ISO 11760规定了国际煤炭分类情况[2]。具体分类如下：

(1)中国煤炭分类总表中，将煤的干燥无灰基挥发分(Vdaf)和透光率(PM)作为划分无烟煤、烟煤和褐煤的指标。

(2)无烟煤的分类表中，将干燥无灰基挥发分(Vdaf)和干燥无灰基氢(Hdaf)含量作为划分无烟煤类别的指标(一号、二号与三号)。

(3)烟煤的分类表中，将干燥无灰基挥发分(Vdaf)、粘结指数(G)、胶质层最大厚度(Y)和奥阿膨胀度(b)划分烟煤类别，将烟煤划分为12类(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、不粘煤与长焰煤)。

(4)根据透光率(PM)和恒湿无灰基高位发热量划分褐煤的类别(一号与二号)。

我国的国家标准GB/T 1996-1994规定了冶金焦炭的分类技术指标为干基灰分、全硫、干燥无灰基挥发分、水分、抗碎强度与耐磨强度[3]。

在国际煤炭分类标准中，主要包括以下内容：

ISO 11760认为干基灰分Ad<50%、全水分Mt<75%以及镜质组平均最大反射率Rv,max<8.0%的可以界定为煤。

据煤的变质程度(由镜质组反射率表示)将煤分为3个大类(低阶煤、中阶煤和高阶煤)、10个亚类(褐煤C、褐煤B、次烟煤、烟煤D、烟煤C、烟煤 B、烟煤 A、无烟煤 C、无烟煤 B和无烟煤A)。

按煤的岩相组成(以镜质组含量表示)将煤分为4类：低镜质组含量煤、中等镜质组含量煤、中高镜质组含量煤和高镜质组含量煤。

按煤中无机物含量(以干基灰分产率表示)将煤分为5类：特低灰煤、低灰煤、中灰煤、中高灰煤和高灰煤。

可见国际煤炭分类参数指标主要为镜质组反射率(表示煤的变质程度)、镜质组含量(表示岩相组成)、干基灰分产率(表示煤中矿物质含量)，而中国煤炭分类参数指标为干燥无灰基挥发分和干燥无灰基氢含量(表示煤化程度)，粘结指数、胶质层最大厚度、奥阿膨胀度、恒湿无灰基发热量和透光率(表示煤的工艺性能指标)。

2 我国的煤、焦炭标准样品现状

煤炭标准样品作为标准样品领域的重要类别在许多领域发挥着重要作用。截止2009年5月，我国发布的国家级煤标准样品(GSB)42个，国家级焦炭标准样品(GSB)19个；国家级煤标准物质66个，其中一级标准物质(GBW)35个，二级标准物质GBW(E)31个; 国家级焦炭标准物质21个，其中一级标准物质(GBW)7个，二级标准物质GBW(E)14个。统计结果见表1和表2。

由表1、表2可见，我国发布的国家级煤、焦炭标准样品/标准物质的总量为148个，国家一级煤、焦炭标准样品/标准物质数量占绝对优势。国家二级煤标准物质的数量与一级标准物质接近，而二级焦炭标准物质的数量大于一级。相对于我国的煤炭储量与产消量来说，以上煤与焦炭标准样品/标准物质满足不了广大用户的多方位需求。我国目前的煤、焦炭标准样品的技术指标基本包括了国标中煤炭分类要求的大部分技术指标，但是表示煤的变质程度的参数(如煤的镜质组反射率)和某些工艺性能如透光率、奥阿膨胀度、胶质层厚度等没有相关的煤炭标准样品。我国曾发布一组镜质组反射率标准物质(国家编号GBW 13401～GBW 13404)，材质是用石榴石、蓝宝石和K9玻璃制成。晶体、宝石、玻璃因其较好的反射与折射性、吸收率小、抗腐蚀能力强、易存放等诸多性能优点作为标准片来测定煤的镜质组反射率。但是作为标准物质的晶体与宝石原材料价格昂贵，因此应该考虑用优质煤炭作为原材料，通过改进制片工艺、做成煤炭镜质组反射率标准样品。

表1 我国已发布的国家级煤、焦炭标准样品统计

表2 我国已发布的国家级煤、焦炭标准物质统计

注：表中标准物质的统计时间截止2009年5月。

由于煤炭在空气中氧化对奥阿膨胀度、胶质层厚度的测定结果影响很大，测定奥阿膨胀度的煤炭样品在3天内有效，充氮或放冷藏储存，有效期为一周。而测定胶质层厚度的煤炭样品制样后测定样品结果稳定期不超过半个月。烟煤粘结指数在空气中随时间变化，煤质氧化程度的变化也较快，一个月内粘结指数变化最快。故以上几项指标的标准样品/标准物质制备难度很大。

我国目前的煤炭标准样品的技术指标主要为物理特性与化学成分标准样品，而焦炭的机械强度参数——抗碎强度、耐磨强度和工艺性能参数——焦炭显气孔率、焦炭落下强度、反应性、反应后强度和真相对密度等没有相应的标准样品。

3 国外煤、焦炭标准样品的发展现状

美国、加拿大、南非等国家的煤、焦炭标准样品相对较多。美国国家标准局NIST有煤中微量元素标准样品、煤中汞、氯、氟标准样品和煤飞灰中微量元素标准样品，加拿大有石油焦、沥青焦标准样品。表3列出了国外发布的煤、焦炭(石油焦、沥青焦)标准样品，由表3可见，国外含微量元素的煤、焦炭(石油焦、沥青焦)标准样品较多，而且定值元素广泛，包括稀土元素等多项指标。

因煤中汞对地表与地下水资源与土壤地质资源保护意义重大，含汞的煤标准样品有利于环保监测与控制，国外有专门的硫与汞系列化煤标准样品。

煤灰与煤飞灰中有益与有害元素的标准样品可指导煤灰(煤飞灰)资源的再生利用与有效使用。石油焦、沥青焦物理性能与化学成分系列化标准样品可指导石油化工行业副产品的重复回收利用。国外煤与焦炭(石油焦、沥青焦)标准样品在资源的有效利用、环境保护方面贡献较大。

表3 国外发布的煤、焦炭(石油焦、沥青焦)标准样品统计

注：表中标准样品的统计时间截止2008年底。

4 煤、焦炭标准样品的发展趋势

(1)作为石油化工行业的副产品——石油焦、沥青焦标准样品的研制成为当务之急。该类标准样品不仅包括石油焦、沥青焦标准样品的物理性能，还包括微量元素成分。

(2)煤中汞的标准样品。汞作为环境保护与监控的重要技术指标，已渗入人们日常生活领域的各个方面，汞的指标直接关系着人们的健康安全。煤、焦炭中系列化的汞标准样品目前急需。

(3)系列化的单元素或单成分标准样品。根据不同用户的需要，单元素系列化标准样品例如硫或碳氢氮更适合用户专一性的使用特色要求。

(4)煤与焦炭中各种形态硫的标准样品。煤中硫对炼焦、气化、燃烧都十分有害。煤中不同形态的硫对煤质有不同的影响，在选煤时脱硫效果也不相同。煤中各种形态硫的标准样品可指导煤中硫的成因、产状、形态、特性、反应性、含硫官能团、脱硫方法及其回收利用途径等的研究，有效地利用煤炭资源。各种形态硫包括硫化铁硫、硫酸盐硫、有机硫、全硫等标准样品。

(5)含微量元素的标准样品。煤、焦炭中含Se、 Sc、Ba、 B、Cs、 Ga、Zr、U、Te及稀土等元素成分的标准样品目前国内仍是空白。

(6)煤灰(煤飞灰)中多元素成分与氧化物标准样品，如含SrO、BaO的标准样品缺乏。

(7)煤的系列化透光率标准样品目前仍是空白。

(8)煤与焦炭岩相显微分析、机械强度、工艺性能(如气孔率、反应性、焦炭落下强度、反应后强度和真相对密度等)标准样品缺乏。

5 结语

我国的煤及焦炭标准样品在质量监控、量值传递、方法的评价、材料赋值等方面发挥了关键性的作用。在科技迅猛发展的今天，资源节约与环境保护是目前面临的重大问题。作为煤炭生产与消耗大国，标准样品生产者应该主动响应国家“创建资源节约型和谐社会”的号召，在标准样品主管部门的领导下，在该领域实实在在地做些工作，共同推进我国煤炭标准样品市场快速进步发展。

[1] GB 5751-1986 中国煤炭分类[S].

[2] ISO 11760:2005 Classification of coals [S].

[3] GB/T 1996-1994 冶金焦炭[S].