煤的工業(yè)分析
1. 水分
(1) 外在水分(Wwz)外在水分是指煤在開采、運(yùn)輸和洗選過程中潤(rùn)濕在煤的外表以及大毛細(xì)孔（直徑＞10-5厘米）中的水.它以機(jī)械方式與煤相連結(jié)著,較易蒸發(fā),其蒸汽壓與純水的蒸汽相等.在空氣中放置時(shí),外在不分不斷蒸發(fā),直至煤中水分的蒸汽壓與空氣的相對(duì)濕度達(dá)到平衡時(shí)為止,此時(shí)失去的水分就是外在水分.含有外在水分的煤稱為應(yīng)用煤,失去外在水分的煤稱為風(fēng)干煤.外在水分的多少與煤粒度等有關(guān),而與煤質(zhì)無(wú)直接關(guān)系.
(2)內(nèi)在水分(Wnz)吸附或凝聚在煤粒內(nèi)部的毛細(xì)孔（直徑〈10-5厘米〉中的水,稱為內(nèi)在水分.內(nèi)在水分指將風(fēng)干煤加熱到105～110時(shí)所失去的水分,它主要以物理化學(xué)方式(吸附等)與煤相連結(jié)著,較難蒸發(fā),故蒸氣壓小于純水的蒸汽壓.失去內(nèi)在水分的煤稱為絕對(duì)干燥或干煤.
2. 分灰
1).灰分的來源和種類煤灰?guī)缀羧縼碓从诿褐械牡V物質(zhì),但煤在燃燒時(shí),礦物質(zhì)大部分被氧化,分解,并失去結(jié)晶水,因此,煤灰的組成和含量與煤中礦物質(zhì)的組成和含量差別很大.我們一般說的煤的灰分實(shí)際上就是煤灰產(chǎn)率,煤中礦物質(zhì)和灰分的來源,一般可分三種.
(1)原生礦物質(zhì)它是原來存在于成煤植物中的礦物質(zhì),質(zhì)緊密地結(jié)合在一起,極難用機(jī)械的方法將其分開.它燃燒后形成母體灰分,這部分?jǐn)?shù)量很小
(2)次生礦物質(zhì)當(dāng)死亡植質(zhì)堆積和菌解時(shí),由風(fēng)和水帶來的細(xì)粘土,砂?；蛴伤锈},鎂,鐵等離子生成的腐植酸鹽及FeS2等混入而成,在煤中成包裹體存在.用顯微鏡觀察煤的光片或薄片時(shí),如它們均勻分布在煤中,并且顆粒很細(xì),則很難與煤分離;如它們顆粒較大,比重與差很大,并在煤中分布不均,則把煤破啐后尚可能將它們洗選掉.
煤中的原生礦物質(zhì)和次生礦物質(zhì)合稱為內(nèi)在礦物質(zhì).來自于內(nèi)在礦物質(zhì)的灰分,稱為內(nèi)在灰分.一般次生礦物質(zhì)在煤中的含量也不多,僅有少數(shù)煤層中次生礦物質(zhì)較多,如遷移堆積抽形成的煤層即如此.
(3)外來礦物質(zhì)這種礦物質(zhì)原來不含于煤層中,它是由在采煤過程中混入煤中的頂,底板和夾矸層中的矸石所形成的.
其數(shù)量多少,根據(jù)開采條件在很大的范圍里波動(dòng).它的主要成分為SiO2,A12O3,也有一些CaSO3,CaSO4,FeS2等.這類礦物質(zhì)應(yīng)通過加強(qiáng)質(zhì)量管理,機(jī)智地使用炸藥,鞏固坑道,合理采煤并通過轉(zhuǎn)筒篩選機(jī)篩選和手選的方法予以減少.外來礦物質(zhì)的塊度,比重越大時(shí),越易分離,可用一般選煤方式將它除掉.外來礦物質(zhì)在煤燃燒時(shí)形成的灰分稱為外在灰分.
2)煤灰熔融性煤灰熔融性和煤灰粘度是動(dòng)力用煤的重要指標(biāo).煤灰熔融性習(xí)慣上稱作煤灰熔點(diǎn),但嚴(yán)格來講這是不確切的.因?yàn)槊夯沂嵌喾N礦物質(zhì)組成的混合物,這種混合物并沒有一個(gè)固定的熔點(diǎn),而僅有一個(gè)熔化溫度的范圍.開始熔化的溫度遠(yuǎn)比其中任一組分純凈礦物質(zhì)熔點(diǎn)為低.這些組分在一定溫度下還會(huì)形成一種共熔體,這種共熔體在熔化狀態(tài)時(shí),有熔解煤灰中其他高熔點(diǎn)物質(zhì)的性能,從而改變了熔體的成及其熔化溫度.
煤灰的熔融性和煤灰的利用取決于煤灰的組成.煤灰成分十分復(fù)雜,主要有:SiO2,A12O3,Fe23,CaO,MgO,SO3等,如下表所示:
我國(guó)煤灰成分的分析
灰分成分 SiO2 A12O3 Fe2O3 CaO MgO K2O+Na2O
含量(%) 15~60 15~40 1~35 1~20 1~5 1~5
煤灰成分及其含量與層聚積環(huán)境有關(guān).我國(guó)很多煤層的礦物質(zhì)以粘土為主,煤灰成分則為SiO2,A12O3為主,兩者總和一般可達(dá)50~80%.在濱海沼澤中形成的煤層,如華北晚石紀(jì)煤層黃鐵礦含量高,煤灰中Fe2O3及SO3含量亦較高；在內(nèi)陸湖盆地中形成的某些第三紀(jì)褐煤的煤灰中CaO含量較高.
大量試驗(yàn)資料表明,SiO2含量在45~60%時(shí),灰熔點(diǎn)隨SiO2含量增加而降低；SiO2在其含量〈45%或〉60%時(shí),與灰熔點(diǎn)的關(guān)系不夠明顯.A12O3在煤灰中始終起增高灰熔點(diǎn)的作用.煤灰中A12O3的含量超過期30%時(shí),灰熔點(diǎn)在1500.灰成分中Fe2O3,CaO,MgO均為較易熔組分,這些組分含量越高,灰熔點(diǎn)就越低.灰熔點(diǎn)也可根據(jù)其組成用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算.
3.揮發(fā)分和固定碳
揮發(fā)分主要是煤中有機(jī)質(zhì)熱分解的產(chǎn)物,評(píng)價(jià)煤質(zhì)時(shí)為了排除水分,灰分,變化的影響,須將分析煤樣揮發(fā)分換算為以可燃物為基準(zhǔn)的揮發(fā)分,以符號(hào)VR表示.換算分式為：
Vr=Vf100
100-WF-AF
式中：Vr——可燃基（無(wú)水無(wú)灰基）揮發(fā)分,%；
Vf——分析基揮發(fā)分,%；
Wf——分析煤樣水分,%；
Af——分析煤樣灰分,%.
揮發(fā)分隨煤化程度升高而降低的規(guī)律性十分明顯,可以初步估計(jì)煤的種類和化學(xué)工藝性質(zhì),而且揮發(fā)分的測(cè)定簡(jiǎn)單,快速,易于標(biāo)幾乎世界各國(guó)都采用可燃基揮發(fā)分（Vr）作為煤炭工業(yè)分類的第一分燈指標(biāo).
揮發(fā)分的分析結(jié)果常受煤中礦物質(zhì)的影響.所以當(dāng)煤中碳酸鹽含量較高,礦物質(zhì)在高溫下分解出來的CO2,結(jié)果水等也包括在揮發(fā)分內(nèi).所以當(dāng)煤中碳酸鹽含量較高,分解出來的CO2產(chǎn)率大于2%時(shí),需要對(duì)煤的揮發(fā)進(jìn)行正.也可在測(cè)定揮發(fā)分之前,用鹽酸處理分析煤樣,使煤中碳中碳酸鹽事先分解.在我國(guó)大我數(shù)煤中,粘土礦物,高嶺土在560析出的結(jié)果水也算入揮發(fā)分,因此粘土礦物含量高的煤所測(cè)出的揮發(fā)分通常偏高.
固定碳就是測(cè)定揮發(fā)分后殘留下來的機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)率,可按下式算出：Cgd=1000-（Wf+Af+Vf）
焦渣按其形狀,特征的不同可分為八種類型,用來初步表不同煤種的粘性,熔融性及膨脹性.根據(jù)揮發(fā)分測(cè)定后的焦渣可知,泥炭,褐煤,煙煤中長(zhǎng)焰煤,貧煤及無(wú)煙煤沒有粘結(jié)性；煙煤中氣,肥,焦,瘦煤都有粘結(jié)性,可作為煉焦煤,而其中肥煤和焦煤沒有粘結(jié)性最好,其坩堝焦熔融,粘結(jié)良好且具有膨脹性.
煤的形成
在地質(zhì)歷史上,沼澤森林覆蓋了大片土地,包括菌類、蕨類、 灌木、喬木等植物.但在不同時(shí)代海平面常有變化. 當(dāng)水面升高時(shí),植物因被淹而死亡.如果這些死亡的植物被沉 積物覆蓋而不透氧氣,植物就不會(huì)完全分解,而是在地下形成有機(jī) 地層.隨著海平面的升降,會(huì)產(chǎn)生多層有機(jī)地層. 經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)作用,在溫度增高、壓力變大的還原環(huán)境中,這一有機(jī)層最后會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槊簩?因埋深和埋藏時(shí)間的差異,形成的 煤也不盡相同.
煤的物理性質(zhì) 主要包括煤的密度、表面性質(zhì)（濕潤(rùn)性、表面積、孔隙度）、光學(xué)性質(zhì)(折射率、反射率)、電性質(zhì)（電導(dǎo)率、介電常數(shù)）、磁性質(zhì)、熱性質(zhì)（比熱容、熱導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性）和機(jī)械性質(zhì)（硬質(zhì)、脆度、可磨性）.
煤的工藝性質(zhì)
①粘結(jié)性.指煙煤在受熱時(shí)本體粘結(jié)或與外加惰性物質(zhì)粘結(jié)的能力,它是評(píng)價(jià)工業(yè)用煤特別是煉焦煤的主要指標(biāo).實(shí)驗(yàn)室測(cè)定方法有粘結(jié)指數(shù)、坩堝膨脹序數(shù)、羅加指數(shù)等.②結(jié)焦性.指在模擬工業(yè)焦?fàn)t條件下,或在半工業(yè)性試驗(yàn)焦?fàn)t內(nèi),煤結(jié)成焦炭時(shí)的性能,實(shí)驗(yàn)室測(cè)定方法有奧亞膨脹度、膠質(zhì)層指數(shù)、葛金焦型等.③發(fā)熱量.指單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時(shí)放出的熱量.它是評(píng)價(jià)燃料煤的主要指標(biāo).根據(jù)計(jì)算時(shí)燃燒產(chǎn)物中水的狀態(tài)不同,有高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量之分,包含燃燒生成的水蒸氣冷凝潛熱的,稱為高位發(fā)熱量,不包括水蒸氣冷凝潛熱的,稱為低位發(fā)熱量.④反應(yīng)性.又稱活性,是指在一定溫度下,煤與不同氣體介質(zhì)如二氧化碳、水蒸氣、氧氣、氫氣作用的氣化反應(yīng)能力.⑤熱穩(wěn)定性.指氣化、燃燒用煤在加熱時(shí)塊度變化的性質(zhì).⑥焦油產(chǎn)率.是評(píng)價(jià)煤和油頁(yè)巖煉油適宜性的指標(biāo),通常采用鋁甑低溫干餾法測(cè)定.⑦可選性.是反映煤在洗選過程中,除去其中礦物質(zhì)的難易程度.它是將各級(jí)粒度的煤在不同密度的液體中經(jīng)浮沉試驗(yàn)而確定的.⑧灰熔點(diǎn)和熔融灰的粘度.將煤灰制成三角錐體,放在高溫爐中,在一定氣氛下加熱,觀察灰錐形狀的變化,從而測(cè)定變形溫度T1、軟化溫度T2和流動(dòng)溫度T3,其中T2表示煤灰熔點(diǎn).熔融灰的粘度用高溫粘度計(jì)測(cè)量.
參考資料：http://www.cctd.com.cn/