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本论文通过对不同变质程度煤进行炼焦实验,研究了煤中矿物质的特性及其在炼焦过程中结构和形态的变化规律。在此基础上,分析了在不同变质程度煤中添加不同的矿物质对所炼制的焦炭的结构和性质的影响。主要研究内容和结果如下:(1)气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和1/3焦煤中含量较高的矿物质元素主要有Si、Al、Ti、Fe和Ca,含量较少的元素为K、Na、Sr、Mg、P、Zn;煤中主要的矿物质有粘土(高岭石、伊利石)、石英、赤铁矿和二氧化钛等;粘土矿物质在炼焦过程中发生了明显的变化,其中部分非晶相的高岭石和伊利石转化为晶相的莫来石;石英作为惰性矿物质,在炼焦过程中没有发生明显的结构变化。(2)通过在单种炼焦煤中添加不同的矿物质炼焦,可以使所得焦炭的结构强度(MSI)和显微强度(SSI)都降低;添加或吸附同一种矿物质所得到四种焦炭的粒焦反应性(PRI)呈现出JM焦<FM焦<1/3JM焦<QM焦的规律,粒焦反应后强度(PSR)则相反,其规律和不添加矿物质时相同;在矿物质的两种加入方式中,H3BO 3均产生负催化作用,抑制焦炭溶损反应,使焦炭的PRI降低,PSR增加;Na Cl、Fe Cl3、Al Cl3和Ca Cl2则都产生正催化作用,加速焦炭溶损反应,使焦炭的PRI增加,PSR降低。(3)添加两种不同价态的铁盐(Fe Cl2、Fe Cl3)至焦煤中炼焦,两种价态的铁盐均使所得焦炭的MSI和SSI减小,PRI增大,且随着Fe Cl2和Fe Cl3添加量的增加,减小或增加的幅度增大;添加量相同时,Fe Cl2对焦炭的MSI、SSI和PRI的作用均强于Fe Cl3。(4)添加不同矿物质进行单种煤炼焦,均使所得焦炭的各向同性组织、细粒镶嵌组织和丝炭与破片的含量之和(I+Mf+FF)增大,各向异性指数(OTI)减小,焦炭的各向异性程度降低;添加同一种矿物质时,所得四种焦炭的I+Mf+FF呈现出QM焦>1/3JM焦>FM焦>JM焦的规律,而对于四种焦炭的OTI,除去H3BO3外,则均呈现出FM焦>JM焦>1/3JM焦>QM焦的规律。(5)脱灰对煤的粘结性影响很小,将矿物质加入到脱灰后的煤中炼焦,所得焦炭的各向同性组织、细粒镶嵌组织和丝炭与破片的含量之和(I+Mf+FF)增大,各向异性指数(OTI)减小;对于同一种矿物质,随着添加量的增加,焦炭I+Mf+FF增加和OTI减小的幅度增大;所得焦炭的表面变“粗糙”,表面气孔变大,焦炭质量变差;添加矿物质使焦炭微晶结构也发生了变化,微晶高度Lc变小,微晶层间距d002增大,所添加的大部分矿物质都会使焦炭微晶中层片直径La增大。