准东高钠煤逐级化学提取试验研究及应用途径建议

李赛歌， 雍晓艰

(新疆维吾尔自治区煤炭综合勘查院，乌鲁木齐 830091)

根据准东煤田各矿区总体规划确定的煤炭转化利用方向，2014.06～2015.12，针对准东煤田煤炭资源的煤质特性，尤其是煤中钠的赋存状态及煤灰特性开展研究，选取代表性样品进行提质、热解、气化等转化试验研究，提出新疆准东煤田主要煤层的煤质特征，分析煤炭转化应用中可能存在的问题并提出相应对策，为新疆准东煤田煤炭资源的洁净、高效利用提供地质依据。

1 概况

新疆准东煤田位于准格尔盆地的东部，北界山体为北西走向的克拉麦里山，南界山脉为东西向的东天山的博格达山，二者在木垒县城东北部胡乔克处交汇，西界由克拉麦里山西端的滴水泉沿216国道向南至吉木萨尔城西的三台镇，与准噶尔盆地中心相接；整体呈东窄西宽的三角形。行政区划大部属昌吉回族自治州吉木萨尔县、奇台县和木垒哈萨克自治县管辖。西北角属阿勒泰地区富蕴县管辖。东西长约226km，南北西边界处最宽处为126 km，面积约7 596 km2。查明及预测总资源量约2 215亿t。含煤地层为侏罗系中统西山窑组、下统八道湾组。西山窑组含煤1～16层，煤层总厚0.8～65.11m，可采3～15层，可采厚度33.38～57.11m，煤种为31号不黏煤，少量41号长焰煤；八道湾组含煤1～4层，煤层厚度0.5～7.72m，可采1～3层，可采厚度0.8～6.2m，煤种为41号长焰煤。准东煤田自西向东划分为五彩湾矿区、大井矿区、将军庙矿区、西黑山矿区和老君庙矿区(表1)。

2 高钠煤逐级化学提取试验及结果分析

2014.06～2015.12历时一年半时间，对新疆准东煤田高钠煤进行了研究工作，通过选择代表性煤样、夹矸样及顶底板样品，以去离子水、醋酸铵、盐酸为提取剂对准东高钠煤进行逐级化学提取试验，结论为准东高钠煤中钠形态以水溶钠为主，占比64%～85%；其次为醋酸铵溶和盐酸溶的有机钠占比10%～30%；不溶钠占比10%。但以矸石为主的顶板、底板和夹矸中的不溶钠占比较高，最高占比达90.10%。(见表2)

表1 各矿区面积及资源量统计表

表2 准东高钠煤进行逐级化学提取试验

为了对比研究准东煤中钠赋存形态，同时选取五彩湾矿Bm煤层上部分层样、下部分层样、夹矸样、顶板、底板样品进行煤中钠测试、逐级化学提取试验研究。煤灰中氧化钠从高到低的顺序为：下部分层样>上部分层样>顶板>夹矸>底板。煤层煤灰中氧化钠含量远高于夹矸、顶底板中氧化钠含量。(见图1)

图1 五彩湾矿试验样品煤灰中氧化钠含量 Figure 1 Coal ash sodium oxide content in samples from Wucaiwan coalmine

图2 五彩湾矿不同种类样品中钠赋存形态Figure 2 Sodium hosting form in different samples from Wucaiwan coalmine

经去离子水、醋酸铵和盐酸逐级提取后，各样品中水溶态、醋酸溶态、盐酸溶态以及不溶态钠含量占比如图2所示。除顶板外，其他样品以水溶态钠为主，占比从高到低的顺序为：夹矸>上部分层样>下部分层样>底板>顶板。

3 准东高钠煤应用途径建议

鉴于准东高钠煤结渣沾污过程及其影响因素，提出准东高钠煤不利影响的控制措施主要有合理的锅炉设计、运行工况调整、燃料的预处理、添加剂、掺烧和管壁处理等。目前对高钠煤的燃烧引起的沾污主要采用掺烧、运行工况调整、管壁处理等控制措施。

(1) 添加剂作用。向准东煤中掺加不同比例的高岭土或者高岭土和刚玉混合物调节灰成分，灰熔点逐步升高(表3)。

表3 添加剂混煤样品灰熔点变化

(2)配煤。配煤是一种经济可行、技术有效的方法，将沾污倾向弱的煤与高钠煤进行掺烧，可以减弱高钠煤燃烧过程中的沾污倾向。但是对准东煤这种廉价的低变质煤来讲，大量配入价格较高的煤经济成本较高；若掺烧煤中灰分的含量较大，则会增大电除尘的负荷。在准东周边地区，能够与准东煤进行配煤的矿区主要有乌东矿区、准南矿区、北塔山矿区和巴里坤西部矿区，这些煤的灰成分与准东地区的煤形成互补优势，是准东煤较好的配煤原料。

(3)脱钠提质工艺。在试验室内，可以通过水洗、酸洗以及乳酸铝等溶剂洗涤可以有效脱除准东高钠煤中部分钠，大规模工业应用的技术并不成熟。准东地区的煤炭价格低，吨煤处理成本相对高，经济性不佳；准东地区极度缺水，目前在经济上和技术上是不可行的。

4 结论

通过对准东高钠煤进行逐级化学提取试验研究，明确了准东高钠煤中钠形态以水溶钠为主；其次为醋酸铵溶和盐酸溶的有机钠占；不溶钠占比小。煤灰中氧化钠从高到低的顺序一般为：煤层下部分层样 >上部分层样 > 顶板 > 夹矸 > 底板。煤层煤灰中氧化钠含量远高于夹矸、顶底板中氧化钠含量。同时，针对目前准东高钠煤利用中出现的煤质问题和沾污、结渣、腐蚀等关键技术基础问题，提出为有效防止准东高钠煤应用，建议以配煤为最佳方案。