天然焦物理特征

天然焦的外观有的与焦炭相似，呈银灰色。由于天然焦是在地层的密闭状态下受高压并经干馏作用而生成的，因此有气体和水封存在内部，具有多孔状致密结构，略带金属光泽，呈块状，视比重在1.45-2.06之间，比重在1,60-2,28之间，孔隙率为4.9%-13%，坚固性系数(f)为1. 70-2.80，普氏硬度为1.6，可磨性指数(HGI)为38%-55%。

天然焦热爆性

由于天然焦是在密闭状态下受压干馏，有气体和水分封存在天然焦内，因而燃烧时具有热爆性。热爆特征可分为四类:①极爆焦即块状焦，银灰、钢灰或浅灰色，微具金属光泽，视比重大，块状、致密，燃烧时极易爆裂成碎块，并发出劈叭声;②砾状焦，钢灰色，具半金属光泽，焦块角砾状，颜色较深，成分与角砾相同，角砾一般1 - 3cm，燃烧爆裂程度与极爆焦相似:③柱状焦，灰、深灰或钢灰色，横截面呈六边形，似六方柱状，柱分节，燃烧易爆，称易爆焦;④砂状焦(鲡状焦)，灰一黑灰色.光泽暗淡，机械强度低，细粒状或鱼而粒状，颗粒比较均一，表面有粗糙感、染手、断口为肾状，裂隙发育，燃烧时间可见少量煤烟，微爆裂称微爆焦。

天然焦显微结构

天然焦在显微镜下，可以观察到大量的长形、椭圆形及不规则的大小气孔，其显微组分在显微镜下已不能识别。经磨光后的天然焦表面，因强烈的反射而呈现为白色的基底和分布在白色基底上的无数大小气孔，后者因光线被吸收而显黑色。

天然焦化学工艺特性

天然焦的反应性即天然焦的活性，是指在一定的高温条件下，天然焦与二氧化碳、水蒸气或氧气相互作用的反应能力 天然焦很难风化，采出后的天然焦经过数十年的存放，其性质几乎无变化。天然焦一经风化也和谋一样，水分增多，挥发分加大，燃料比降低，而且还可能生成腐植酸.总之，由于天然焦具有不易风化的特点，可以长期贮存而不易降低质量。由于岩浆侵入情况的不同，天然焦性质也因地而异.一般的说，天然焦是不均质的。但当煤层中或煤层附近有大于煤层厚度的岩浆岩时，煤层在相当大范围内受到程度大致相同的干馏，也可能产生比较均质的天然焦。由于一般开采时往往是混合开采，所以得到的大多是混合的非均质的天然焦。开采时尽可能做到分类开采，以利开发利用。

由于岩浆的侵入，接触变质作用可使原来属于低变质的长焰煤转变为中变质或高变质的煤。而局部与岩浆直接接触的部位，由于温度很高，进一步发生高温干馏，又可转变为天然焦。

依据煤层及其附近岩浆侵入状况的不同，天然焦性质亦不同。主要分为两类:一类是煤层中或煤层附近有大于煤层厚度的岩浆岩时，煤层在相当广阔的范围内受到程度大致相同的干馏，此时生成的天然焦质均匀而有利用价值;另一类是岩浆有规则地或复杂地侵入煤层中或煤层附近的岩浆岩比煤层薄。

由于岩浆与煤层之间的距离不同，加热程度也因地而异，在同一井田内的同一个地点就会有天然焦、无烟煤或半无烟煤混在一起的情况，这样天然焦很难单独采出来，因而这一类天然焦利用价值很低。

由于岩浆侵入与煤层接触或接近煤层﹐或由于煤层的地下自燃﹐使煤层干馏而形成的焦炭。因与人工焦炭相似而得名。赋存于岩墙﹑岩床﹑岩株等侵入体的两侧或一侧﹐厚度一般为几厘米至几米。受热温度越高变化程度越深﹐天然焦的厚度也加大。受热温度随侵入体大小﹑产状﹑距离﹑性质﹑成分以及围岩的特性而异。天然焦的特性与煤的煤化程度和煤岩组成相关。

天然焦有独特的显微特征﹐如黏结性烟煤生成的天然焦﹐有3类显微成分﹕焦化基质。由镜质组﹑壳质组等可熔组分转变而成。当煤受热温度达300～500℃时﹐气体大量析出而形成气孔﹐生成中间相小球体。在500℃以上时﹐小球体进一步生长融并﹐最先固化为各向异性的镶嵌结构﹐其结构大小随原始煤的煤化程度﹑煤岩组成﹑受热温度而异。原生成分。由惰质组和矿物质组成﹐受热后变化很小﹐丝质体和半丝质体变得弯曲﹑破碎﹐其弱非均质性和均质性相对明显﹐矿物在低温下几乎不变﹐500℃以上黄铁矿变成硫化亚铁(FeS)和三氧化二铁(Fe2O3)。新生成分。煤在缺氧条件下受热分解﹐部分转化为液态和气态物质﹐运移到裂隙和空洞中固化为焦油或沥青状物质﹐受热后又可变为新生成分。由气相碳质物生成的小球体在反射正交偏光下显黑十字﹐转动物台无变化﹐证明是对称同轴结构。沥青物质热解生成的中间相小球体﹐直径为1～10微米﹐反射正交偏光下不显黑十字。新生的矿物主要为碳酸盐﹐特别是方解石。

冷压型焦又有无粘结剂的冷压型焦和有粘结剂的冷压型焦之分。

无粘结剂的冷压型焦主要以泥煤、褐煤等低变质程度的煤为原料，靠料自身所含有的某种粘结成分，再借助机械压力使之成型，成型后的块料再经炭化处理，便得冷压型焦。此工艺不需要外加粘结剂，故省材料、省设备，操作简单，成品率高且质量容易稳。但煤料的选择性很强且要求提供很高的成型压力（一般9.8~9.6×10Mpa），成型机械强度较大，国外多用冲压机或环压机代之。所以，如果改善成型方式，探索恰当的成型压力，研制有效的成型设备并使之广泛地用于其他煤种，是发展无粘结剂冷压型焦工艺的方向。

有粘结剂的冷压型焦工艺是以粉煤、半焦粉（干馏碳）等为原料，同一定数量的粘结剂混合，在常温下以较低的压力（1.47~4.9×10Mpa）压制成型，型块经炭化处理即得型焦。

1969年，由日本京阪炼焦公司（Keihan Rentan）住友金属公司（Sumitomo）和西德迪弟尔公司（Didier-Kellogg）联合开发的DKS冷压型焦工艺，其型焦质量居世界领先地位。

该工艺用80%的非粘结煤、10%的碳素物料（如焦粉、石油焦）和10%的粘结煤。混合煤料粉碎至3毫米以下后，与煤焦油或硬沥青混合，并在100~2000℃压制成型，型块借助大型料底炉在1300℃下炭化10h,即得冷压型焦。用于大型高炉（1300~2800m³）炼铁，可代替50%的冶金焦，并取得全料比约500kg/t、焦比低于450kg/t及高炉利用系数大于2t/m³d的良好效果。

我国50年代末就开展了冷压型焦的研究，曾利用广西老年褐煤半焦为原料，同少量焦油沥青作粘结剂，混合加压成型。型块作表面氧化处理，但型块强度较差，只能作无烟燃烧使用。龙北曾用无烟煤（85%）和沥青（15%）配合，采用两级粉碎（<3毫米粒级的占95%以上），再用蒸气加热混捏成型，型块经炭化处理后可在30立方米小高炉炼铁使用，但型焦的耐磨性和抗碎性比较差，平均焦比达1480千克/t，高炉吹损为300kg/t左右。我国冷压型焦质量较好的是以鞍山焦化耐火材料设计研究院与鞍山热能研究所为主研究的，在河南鹤壁钢铁厂生产的瘦煤冷压型焦流程。

标准焦型分为A-C型。如图1所示的G1~GX型则为强膨胀煤生成的焦型。强膨胀煤必须加入一定量的电极炭。其焦型才能与标准焦型G相一致。下标数字1~x即为得到G型焦时所配入电极炭的最少克数 。

冶金焦

高炉焦

铸造焦

铁合金焦

煤焦

电石用焦2100433B