秦云虎，王雙美，朱士飛，吳國強(qiáng)，權(quán)巨濤，毛禮鑫

(1.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，江蘇 徐州 221006；2.中國煤炭地質(zhì)總局，北京 100038；3.中國煤炭地質(zhì)總局第一勘探局，河北 邯鄲 056004)

在世界范圍內(nèi)煤炭是最重要的不可再生能源之一，在我國能源結(jié)構(gòu)中更是不可或缺的一環(huán)[1-2]，因此實現(xiàn)煤炭及其共伴生資源的清潔高效利用是踐行“碳達(dá)峰、碳中和”莊嚴(yán)承諾必須解決的問題。作為重要的共伴生礦產(chǎn)，天然焦與煤炭有著緊密的關(guān)聯(lián)，然而最新的《固體礦產(chǎn)資源儲量分類》中并沒將天然焦看作“資源”，可見天然焦至今并未得到應(yīng)有的重視。

煤炭形成后，在地下封閉環(huán)境中受巖漿侵入體的影響，發(fā)生了焦化作用，形成了與原煤宏觀、顯微特征以及地球化學(xué)參數(shù)都有所不同的天然焦。巖漿的侵入一方面對煤層形態(tài)和厚度產(chǎn)生破壞，使煤的灰分增高，煤質(zhì)變差，降低其工業(yè)價值[3-4]，同時會增加瓦斯、自燃的風(fēng)險，嚴(yán)重制約煤炭的安全開采[5]。另一方面由于煤自身的接觸變質(zhì)作用及巖漿帶來外來物質(zhì)的共同作用，原煤的地球化學(xué)參數(shù)發(fā)生較大變化。學(xué)者對受巖漿侵入而形成的高變質(zhì)煤和天然焦開展了大量卓有成效的研究工作，包括其微觀結(jié)構(gòu)[6-7]、顯微組分[8]、常量元素[9]、微量元素等[10-11]。

我國天然焦開發(fā)具有一定歷史的開采礦井很少，典型的有江蘇利國煤礦(已關(guān)閉)、山東昭陽煤礦和安徽石臺天然焦煤礦，前人對天然焦的利用途徑進(jìn)行了一些探索。例如，張立文等[12]曾對天然焦取代煤燒制水泥、焦炭熔制巖棉、燒制石灰等進(jìn)行過研究。以天然焦作為化工原料、電子原料等的利用方式目前尚未大規(guī)模應(yīng)用[13-15]。一些發(fā)熱量較高的天然焦主要用于發(fā)電配煤、民用型煤、燒制水泥等，這也是國內(nèi)天然焦的主要用途。對煤炭燃燒特性的研究表明，黏結(jié)性、揮發(fā)分等影響其燃燒特性。然而，與煤炭相比目前對于天然焦燃燒特性的研究較為缺乏。

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，天然焦長久以來并未作為單獨(dú)礦種，不是優(yōu)良的能源礦產(chǎn)的備選項，前人的研究多集中于巖漿侵入而形成的不同變質(zhì)程度煤的研究，針對天然焦研究較少且存在諸多爭議，缺乏將煤巖學(xué)與燃燒特征結(jié)合應(yīng)用于天然焦的研究。因此，無論是為了降低天然焦對原煤層開發(fā)的影響，還是探索天然焦自身的可利用價值，都有必要對其開展更加深入的研究。本次研究選取蘇魯豫皖四省毗鄰地區(qū)的天然焦樣品，通過對其宏觀特征、微觀結(jié)構(gòu)、地球化學(xué)參數(shù)、工藝性能、燃燒反應(yīng)活性等研究，并與煤炭相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對比分析，進(jìn)一步探索其利用價值和具體的利用方向。

1 天然焦分布及樣品采集

受燕山期巖漿活動的影響，江蘇、山東、河南和安徽4 省毗鄰地區(qū)的煤田大多分布有天然焦。重要的天然焦產(chǎn)地有河南確山、夏邑、永城，山東滕縣、官橋、陶棗、巨野、淄博、臨沂、韓臺，江蘇利國、沛城等礦區(qū)。我國其他地區(qū)諸如河北邯邢、山西大同、遼寧阜新等地也有天然焦分布，但數(shù)量不多。

本次選擇江蘇孔莊煤礦，山東官橋夏莊煤礦、菏澤趙樓煤礦、微山昭陽煤礦，河南永城新橋煤礦、車集煤礦，安徽關(guān)帝廟勘探區(qū)、淮北金石煤礦等礦區(qū)采集天然焦樣品，在室內(nèi)對樣品進(jìn)行編號、照相、宏觀描述、顯微鑒定和測試分析。

2 天然焦的宏觀及顯微特征

2.1 宏觀特征

天然焦樣品大多為塊狀焦(圖1a)，安徽關(guān)帝廟勘探區(qū)鉆孔中樣品為柱狀焦(圖1b)，山東官橋煤田夏莊煤礦的樣品為礫狀焦(圖1c)。宏觀特征為：黑灰?鋼灰色，條痕深灰色，多孔致密結(jié)構(gòu)，原煤層的宏觀煤巖類型與組分特征普遍消失，光澤暗淡，略帶金屬光澤，觸感粗糙不染手。主要有2 種表現(xiàn)形式，其一是柱狀焦，結(jié)構(gòu)致密，柱狀構(gòu)造明顯，肉眼可見氣孔構(gòu)造，在柱狀節(jié)理斷面上隱約可見絲絹光澤，發(fā)育柱狀結(jié)構(gòu)，橫截面似六方柱狀，可見柱分節(jié)；其二是呈粒狀或角礫狀結(jié)構(gòu)的焦樣，角礫為天然焦小碎塊，由細(xì)粒煤屑包圍形成角礫結(jié)構(gòu)，樣品多碎成粒狀或小碎塊，角礫內(nèi)部可見細(xì)小的氣孔，局部方解石充填。

圖1 天然焦樣品照片F(xiàn)ig.1 Photographs of the selected samples

2.2 顯微特征

在油浸顯微鏡下，可以觀察到大量的長形、橢圓形及不規(guī)則的大小氣孔，其顯微組分已不能識別。顯微結(jié)構(gòu)有微粒鑲嵌結(jié)構(gòu)、粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)、片狀結(jié)構(gòu)、流動狀結(jié)構(gòu)等。

粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)：焦炭晶體顆粒大于1 μm 的粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)。正交偏光下具有明顯的各向異性光學(xué)效應(yīng)，加石膏試板晶體呈紅、黃及藍(lán)色，色差極為明顯，旋轉(zhuǎn)物臺可見顏色交替變化。光片顯微鏡下可見黑色小球體(圖2a)。

圖2 天然焦中的石墨小球體和顯微片狀結(jié)構(gòu)Fig.2 Graphite spherules and microflake structure in the natural coke

片狀結(jié)構(gòu)：晶體呈不同程度拉長狀，顆粒長短寬窄變化懸殊，具有定向流動趨勢。正交偏光下，具有強(qiáng)的各向異性的光學(xué)效應(yīng)，加石膏試板晶體顆粒呈玫瑰紅、黃及藍(lán)色，色彩鮮艷，旋轉(zhuǎn)物臺顏色交替變化，且具有明顯的波浪狀消光(圖2b)。

破片結(jié)構(gòu)：由惰性組分碎片轉(zhuǎn)化而成，多呈小碎塊狀，輪廓明顯。正交偏光下不具備各向異性，加石膏試板呈暗玫瑰紅色。

氣孔構(gòu)造：可見呈圓形、橢圓形或不規(guī)則狀的氣孔(圖2a 左下部分)。

總體來說，天然焦在顯微鏡下可見粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)、片狀或梳狀(焰狀、扇狀)結(jié)構(gòu)及十字消光黑色小球體；可見氣孔，反光下各向異性消光。這些特征是區(qū)別煤的主要定性標(biāo)志。

3 天然焦樣品測試結(jié)果及分析

3.1 煤質(zhì)分析

工業(yè)分析測試結(jié)果(表1)表明：天然焦樣品水分為1.30%～4.38%，全水分為1.97%～8.49%，86%的樣品全水分小于6.00%，參照煤的全水分分級(下文中測試項目分級均參照煤的分級標(biāo)準(zhǔn))屬特低全水分；灰分為8.28%～20.87%，80%的樣品灰分在10.01%～20.00%，大部分屬低灰；揮發(fā)分測試值為5.42%～16.11%，90%的樣品揮發(fā)分小于10.00%，屬特低揮發(fā)分。全硫為0.14%～1.94%，其中，全硫小于等于0.50%的占60%，0.51%～1.00%的占30%，大部分為特低硫，少部分為低硫；從形態(tài)硫的含量看，主要是硫化物硫，56%的樣品硫化物硫含量高于有機(jī)硫。高位發(fā)熱量(Qgr,d)為25.24～30.81 MJ/kg，其中屬于高熱值范圍27.21～30.90 MJ/kg 的占樣品總數(shù)的60%，屬于中高熱值范圍24.31～27.20 MJ/kg 的占樣品總數(shù)的30%。樣品的焦渣特征1?2，說明天然焦沒有黏結(jié)性。

3.2 元素組成

元素C、H、O、N 等能反映煤中有機(jī)質(zhì)組成，例如C、H 元素與煤化程度相關(guān)性強(qiáng)，曾作為煤的主要分類指標(biāo)，O 含量影響煤的直接液化和制備水煤漿等，因此天然焦的元素分析能指導(dǎo)其利用方向，并作為區(qū)分煤樣的重要指標(biāo)。如圖3 所示，樣品元素組成測試結(jié)果表明：天然焦樣品氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.04%～5.44%；碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88.70%～94.01%，90%的樣品碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于90.00%；氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.05%～3.59%，且90%的樣品氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3%；氮(Ndaf)為0.81%～1.73%。經(jīng)計算碳?xì)浔戎禐?4.71～89.53，變化范圍大，且數(shù)值隨鏡質(zhì)體反射率的增大而增大(2?3、5?10 號樣鏡質(zhì)體反射率逐漸增大，1 號、4 號樣未進(jìn)行鏡質(zhì)體反射率測試)。除江蘇孔莊煤礦的樣品變質(zhì)程度達(dá)到貧煤階段(結(jié)合揮發(fā)分分類)，其他所采樣品變質(zhì)程度達(dá)到無煙煤階段[16]。以安徽淮北金石礦為例：天然焦炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93.27%和93.99%，氫為2.08%和2.45%，碳?xì)浔戎禐?5.19 和38.07；其同地殘留煤(焦煤)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為89.10%，氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為5.09%，碳?xì)浔戎禐?7.50，說明天然焦炭含量、碳?xì)浔戎当韧貧埩裘好黠@偏大，而氫含量偏小。

圖3 天然焦樣品元素組成測試結(jié)果Fig.3 Test results of elemental composition of the selected samples

3.3 有害元素與微量元素組成

本次樣品磷(Pd)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.007%～0.093%，其中，小于0.050%的占測試樣品的89%，主要為低磷和特低磷。有害元素與微量元素測試結(jié)果(圖4)表明：鉛(Pb)含量為9～35 μg/g，20～40 μg/g 的占測試樣品的80%，大部分為中鉛；氟(F)為74～199 μg/g，其中小于130 μg/g 的占測試樣品的60%，主要為低氟和特低氟；砷(As)含量為0～27 μg/g，其中，小于4 μg/g 的占測試樣品的90%，基本為特低砷；鍺(Ge)含量為0～4 μg/g，全部小于20 μg/g，屬低鍺；鎵(Ga)含量為3～11 μg/g，屬低鎵。通過與中國煤相關(guān)元素平均值[17-19]比較可知，天然焦元素V、U、Ge、F 含量低于中國煤背景值，Pb 元素高于煤中該元素的平均值，As、Ga 元素則與煤差別不大。

圖4 天然焦樣品與中國煤的有害元素和微量元素對比Fig.4 Content of harmful elements and trace elements in natural coke and Chinese coal

3.4 密度和反射率

天然焦與煤的密度、反射率等有較大區(qū)別，如圖5a 所示，天然焦樣品真密度與視密度有良好的相關(guān)性(R2=0.868)，樣品視密度(ARD)為1.46～1.86 g/cm3，真密度(TRD)為1.58～1.96 g/cm3。根據(jù)密度計算出樣品的孔隙率為3.45%～12.05%，比無煙煤孔隙率稍高，這是由于巖漿釋放的熱量導(dǎo)致原煤揮發(fā)分逸出，從而使孔隙結(jié)構(gòu)更為發(fā)育。

研究表明煤的真密度隨著其變質(zhì)程度的增加而增加[20]，如圖5b 所示，天然焦真密度一般高于煙煤，達(dá)到或超過了無煙煤階段(無煙煤一般在1.4～1.9 g/cm3)。天然焦最大反射率(Rmax)測試結(jié)果為4.18%～9.00%(除江蘇孔莊煤礦外)，均大于4.00%，說明天然焦變質(zhì)程度達(dá)到或高于無煙煤階段。

圖5 天然焦樣品密度與反射率Fig.5 Density and reflectance of natural coke

3.5 焦灰成分與焦灰熔融性

由于直接測試煤中礦物比較復(fù)雜，因此常用煤灰的礦物組成反映整個樣品的情況[20]。樣品灰成分與灰熔融性測試結(jié)果見表2、表3。各種樣品的焦灰成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 為主，4 種組分含量之和超過灰成分總量的80%，K2O、Na2O、MgO、SO3、TiO25 種組分之和一般不超過19%，MnO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低一般不超過0.3%。

表2 樣品灰成分測試結(jié)果Table 2 Test results of ash composition of the selected samples

煤灰成分是決定煤灰熔融性的重要因素，其中，對灰熔點(diǎn)影響較大的是酸性物質(zhì)(SiO2+Al2O3+TiO2)和堿性物質(zhì)(Fe2O3+CaO+MgO+K2O+Na2O)，若煤灰中酸性物質(zhì)含量高，則灰熔融性溫度也高，而堿性物質(zhì)熔點(diǎn)一般較低，起到降低灰熔融溫度的作用。焦灰的堿酸比為0.12～0.72，參照灰成分酸堿比的大小衡量煤灰在爐內(nèi)結(jié)渣的難易，河南永城新橋、山東菏澤趙樓的天然焦為結(jié)渣焦，其他為輕微結(jié)渣焦。灰中Na2O 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.52%～1.94%，參照煤灰鈉含量作為沾污判別指標(biāo)的分級界限，山東菏澤趙樓、安徽關(guān)帝廟勘探區(qū)的天然焦鍋爐沾污程度為高，其他為中等。

煤灰熔融性是動力用煤高溫特性的重要測定項目之一，是動力用煤的重要指標(biāo)，煤灰熔融性與燃煤結(jié)渣有密切關(guān)系，影響鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由表3 可知，整體上溫度隨變質(zhì)程度的增加而降低，其中，天然焦樣品灰熔融性軟化溫度(ST)為1 240～1 440℃、3 號樣大于1 500℃，屬較低?高軟化溫度灰；流動溫度(FT)為1 260～1 320℃、2?4 號樣大于1 500℃，屬較低?高流動溫度灰。

表3 樣品灰熔融性測試結(jié)果Table 3 Results of fusibility of sample ash 單位：℃

3.6 自燃傾向性和焦塵爆炸性

煤的自燃傾向性與煤的分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，即取決于分子結(jié)構(gòu)單元中活性基團(tuán)的數(shù)量、種類及分子的空間結(jié)構(gòu)[21]。隨著煤化程度的增高，煤中的含氧官能團(tuán)減少，不易自燃。前述樣品變質(zhì)程度達(dá)到或高于無煙煤階段，天然焦自燃傾向性測試結(jié)果(表4)表明其均不易自燃。

根據(jù)對煤塵爆炸的相關(guān)實驗與研究，認(rèn)為揮發(fā)分為煤塵爆炸的第一主因素，并且，研究結(jié)果表明：無爆炸性煤塵其揮發(fā)分產(chǎn)率小于16%[22-23]。從表1 可以看出，除了江蘇孔莊煤礦的揮發(fā)分略高于16%，其他天然焦揮發(fā)分均小于16%，焦塵爆炸性測試結(jié)果(表4)均無爆炸性。

表4 天然焦自燃傾向性和焦塵爆炸性測試結(jié)果Table 4 Results of spontaneous combustion tendency and coke dust explosive of natural coke

4 天然焦燃燒特性

4.1 樣品選擇與實驗條件

目前天然焦的主要利用方向之一是利用其燃燒的熱能，因此應(yīng)加強(qiáng)對其燃燒特性的研究以提高熱能利用效率、減少環(huán)境污染。山東菏澤趙樓天然焦樣品(10 號樣)受巖漿侵入發(fā)生焦化反應(yīng)，其變質(zhì)程度最高，選取其作為本次實驗的對象具有代表性，能夠反映天然焦的燃燒特性。

測試設(shè)備采用美國TA 2100 熱分析儀，實驗過程中，增溫方式按10℃/min 的速度，由室溫增加到900℃；反應(yīng)氣條件：以500 mL/min 通入空氣。原始數(shù)據(jù)采集按照時間點(diǎn)每隔0.1 s 采集一組數(shù)據(jù)。

4.2 熱重曲線分析

圖6 為天然焦燃燒TG 曲線和DTG 曲線。由TG 曲線可知，溫度在小于150℃時，焦樣表現(xiàn)為輕微的失重，隨后曲線有小幅度上升，前者是由于樣品中水分蒸發(fā)引起，后階段是因為高溫增加了孔隙率造成更多的氣體吸入。在490.1℃左右，曲線發(fā)生突變，可燃物質(zhì)迅速燃燒，直至750℃時曲線平穩(wěn)不再下降，代表可燃物質(zhì)基本被消耗。由DTG 曲線可知，除吸附氣體階段外，整體為負(fù)值，曲線呈現(xiàn)為“V”形，在570℃左右達(dá)到峰值，此時失重速率最大。

圖6 天然焦燃燒TG?DTG 曲線Fig.6 The TG-DTG curves of the selected natural coke

4.3 燃燒特性參數(shù)

選用常用的燃燒特征參數(shù)分析天然焦的燃燒特點(diǎn)。著火溫度t0根據(jù)TG 曲線突變位置選取，其數(shù)值越小表明越容易燃燒；燃盡溫度tm為燃燒失重曲線穩(wěn)定時溫度，代表可燃物質(zhì)基本燃盡；失重速率最大點(diǎn)對應(yīng)的溫度tmax代表燃燒速率最快，即燃燒反應(yīng)劇烈。上述參數(shù)均可根據(jù)測試結(jié)果直接得出。此外，根據(jù)測試結(jié)果可計算出燃燒特性指數(shù)S和著火穩(wěn)燃特性指數(shù)Rw，這2 個參數(shù)能綜合表征燃燒特性，其值越大表明燃燒特性和燃燒穩(wěn)定性越好；熱動力學(xué)參數(shù)同樣是反映燃燒特性的重要參數(shù)，根據(jù)TG 曲線采用積分法獲得。計算公式依據(jù)文獻(xiàn)[24-25]。

為了進(jìn)一步定位天然焦的燃燒性能，將本次結(jié)果與前人[26-28]對煤、油頁巖燃燒特性作比較分析，結(jié)果見表5。從單一指數(shù)來看，選定的天然焦樣品具有較高的著火溫度、燃盡溫度、燃燒峰溫，表明與煤相比其燃燒性能稍差；最大失重速率比油頁巖高，比煤泥、煤的值低。從綜合指數(shù)來看，燃燒特性指數(shù)明顯比煤泥和油頁巖高，與部分煤相當(dāng)，可見其具有較好的燃燒性能。熱動力學(xué)分析結(jié)果與燃燒特性綜合指數(shù)分析結(jié)果一致，天然焦活化能為97.254 kJ/mol，遠(yuǎn)低于煤泥，與部分煤樣數(shù)值相當(dāng)。綜合分析認(rèn)為該天然焦樣具有較好的燃燒性能。

表5 測試結(jié)果及學(xué)者研究結(jié)果[26-28]Table 5 Test results of the selected natural coke and previous studies

5 天然焦利用方向

5.1 利用性能

天然焦的利用受其自身物理化學(xué)性質(zhì)的影響，整體來看，目前其工業(yè)利用研究相對較少，大多停滯于實驗測試階段。除了上述的燃燒特性研究，常見的測試還有熱穩(wěn)定性實驗、結(jié)渣性實驗、氣化強(qiáng)度實驗。

天然焦的著火溫度一般較高，通過與煤混燃能降低燃燒溫度，可用于鍋爐燃料。例如山東菏澤趙樓天然焦作為循環(huán)流化床鍋爐燃料時，開始投入少量煤，觀察溫度與氧量變化，著火后逐漸加大天然焦量，有很好的應(yīng)用前景。熱穩(wěn)定實驗表明，將天然焦用于固定床氣化原料熱穩(wěn)定性較好，這是其自身性質(zhì)決定的，焦樣的熱爆現(xiàn)象在其表層和內(nèi)部熱梯度差別較大時才發(fā)生。結(jié)渣性實驗結(jié)果表明，合適的氣化溫度條件下，天然焦具有很好的氣化活性，過高溫度灰渣出現(xiàn)熔融性，影響氣化過程。氣化強(qiáng)度實驗顯示，天然焦做水煤氣或半水煤氣的氣化填料也是可行的。這些利用性能的研究表明，天然焦的特性決定其不能像煤一樣直接利用，但是在某些方面具有一定的優(yōu)點(diǎn)，有很好的利用前景。

5.2 開采與工業(yè)利用

我國天然焦資源主要集中在蘇魯豫皖地區(qū)，然而開發(fā)利用的礦井較少。截至2014 年，83 個天然焦礦床中只有10 個礦井開采天然焦，其中8 個以開采煤炭為主、天然焦為輔，可見對天然焦的開發(fā)利用程度很低。

采集的樣品中，編號2、4 的焦樣來自于安徽省淮北市石臺煤礦，該礦是以天然焦開采為主的礦井，主要開采3 煤層，礦井設(shè)計年產(chǎn)量為45 萬t。經(jīng)實驗和研究，該礦的天然焦產(chǎn)品具有較高的熱值(表1)，可作為動力燃料，粉碎后單燒或與原煤摻混，可用作電廠燃料。6 號焦樣采自山東微山昭陽煤礦，該礦同樣是以天然焦開采為主的礦井，設(shè)計生產(chǎn)能力15 萬t/a。其天然焦灰分較低，發(fā)熱量較高(表1)，可作為民用，對氣化或合成氨用焦，一般不太適宜。3 號樣品采自山東官橋煤田夏莊煤礦，以煤炭開采為主、天然焦開采為輔的煤礦，可采焦層主要位于3 煤。其焦樣含碳量高、生氣量多、熱量大(表1)，可用于地方化肥廠生產(chǎn)合成氨。

5.3 利用方向

天然焦礦石可選性差、著火點(diǎn)溫度高、有熱爆性，然而測試分析表明其具有較高的固定碳和熱值、較低的灰分和硫含量。根據(jù)這些性質(zhì)，天然焦的利用方向建議有以下幾個方面。①制作型煤或直接作為工業(yè)燃料：利用其較高的發(fā)熱量，同時為避免其熱爆性的危害，可將天然焦粉碎后直接利用或者制成型煤，將有效節(jié)約優(yōu)質(zhì)煤資源。② 合成氨：我國煤多油少的能源結(jié)構(gòu)決定著合成氨的原料以煤炭為主，而天然焦生氣量多且含硫低污染少，有利于降低能耗促進(jìn)合成氨的生產(chǎn)。③碳材料：有研究指出在高變質(zhì)煤中發(fā)現(xiàn)類石墨狀的碳納米結(jié)構(gòu)，有成為碳材料的潛能，考慮其多孔隙的特征也可將其用于活性炭的原材料。④ 其他：天然焦含有大量的CaO、SiO2、Al2O3等，是制作水泥、石灰的原材料。

上述的利用方式前人均做過有益探索，都是建立在將其開采出來的基礎(chǔ)上，然而針對埋藏較深(800 m以下)不宜開采的天然焦，可以考慮將其作為CO2封存的有利層位。與其他地質(zhì)體不同，煤層通過吸附效應(yīng)固定CO2，而天然焦發(fā)育豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，與煤相比，具有更大的封存潛力。加強(qiáng)天然焦炭封存技術(shù)的研究可為“碳中和”提供一個新的思路。

6 結(jié) 論

a.與煤相比，天然焦具有顯著的差異性，宏觀上，天然焦光澤暗淡，呈致密塊狀、多孔狀或?qū)訝顦?gòu)造，粒狀或角礫狀結(jié)構(gòu)，致密塊狀者密度大、多孔狀者密度相對較小，質(zhì)地堅硬；顯微組分方面，天然焦具有粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)、片狀(梳狀、束狀)結(jié)構(gòu)、破片結(jié)構(gòu)，正交偏光下具有各向異性或各向同性消光現(xiàn)象，可見各種形態(tài)的氣孔和黑色小球體，反射率比殘留的正常煤高；天然焦具有低灰、低揮發(fā)分的特點(diǎn)，C/H 含量的比值大幅提高；微量元素表現(xiàn)為，元素V、U、Ge、F 含量低于中國煤背景值，元素Pb 高于煤中平均值；天然焦不易自燃、焦塵無爆炸性，具有較好的燃燒特性和較強(qiáng)的反應(yīng)活性。

b.充分利用天然焦高固定碳和發(fā)熱量、低灰、低硫的特征，在制作型煤、合成氨、制作碳材料、生產(chǎn)水泥、石灰等方面具有較大的利用價值，此外，埋藏較深的天然焦在碳封存應(yīng)用中存在的潛力，需要進(jìn)一步研究。