煤质化验-灰分

第五节灰分的测定
一、测定灰分的意义
（1）灰分是表征煤炭质量的最主要指标，是考核煤矿和选煤厂煤炭产品质量的主要指标之一。

商品煤灰分是煤矿、选煤厂地和用（户）煤单位结算的依据。

灰分也是现阶段我国制定煤炭出厂价格的基本依据。

（2）灰分与煤的发热量、密度等性质有关。

灰分增加，可燃部分相对地减少，单位质量煤的发热量就降低。

灰分和发热量有很好的线性关系，灰分增加，发热量降低；灰分增加，煤的密度也随之增大。

（3）煤的灰分大小，直接影响着煤作为工业原料和能源使用时的作用。

如炼焦、气化、加氢液化以及制造石墨电极等都要求煤的灰分在一定限度以下，否则将影响这些工业的生产和产品质量。

在工业利用上，灰分＜10%称特低灰煤，灰分=10%~15%为低灰煤，灰分=15%~25%为中灰煤，灰分=25%~40%为富灰煤，灰分＞40%为高灰煤。

灰分测定分为缓慢灰化法和快速灰化法。

快速灰化法对某一矿区的煤，须经过缓慢灰化反复核对，证明其误差不大时才可使用。

快速法不作仲裁分析用。

二、分析步骤
1．缓慢灰化法（可作仲裁用）
（1）用预先灼烧至质量恒定并称出质量（称准至0.0002g）的灰皿，称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1±0.1g（称准至0.0002g）。

煤样在灰皿中要铺平，使其每平方厘米不超过0.15g。

将灰皿或测定水分后装有煤样的瓷皿（盖子取下）送入温度不超过100℃的箱形电炉中，在自然通风和炉门留有15mm左右缝隙的条件下，用少于30min 的时间内将炉温缓慢升温至500℃，并在此温度下保持30min后，继续升至815±10℃，然后关上炉门并在此温度下灼烧1h。

灰化结束后，从炉中取出灰皿（或瓷皿），放在石棉板上，盖上瓷皿盖，在空气中冷却5min，然后移入干燥器中冷却至室温（约20min），称量。

（2）最后进行检查性灼烧，每次20min，直到质量变化小于0.001g为止，采用最后一次测定的质量作为计算依据，灰分小于15%时不进行检查性灼烧。

2.快速灰化法
快速灰化法可作为日常分析用。

但必须用缓慢法对本厂的煤反复核对后，才能使用快速灰化法测定煤中灰分。

1）方法A
方法提要：将装有煤样的灰皿放在预先加热至815±10℃的灰分快速测定仪的传送带上，煤样自动送入仪器内完全灰化，然后送出。

以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。

（1）专用仪器：灰分快速测定仪
第一，是一种比较适宜的灰分快速测定仪。

它由马蹄形管式电炉、传送带和控制仪三部分组成，各部分结构尺寸如下：①马蹄形管式电炉:炉膛长约700mm，底宽75mm，高约45mm，两端敞口，轴向倾斜度为5°左右；恒温带(815±10℃)长约140mm，750 ~ 825℃温度区
长约270mm，出口端温度不高于100℃。

②链式自动传送装置（简称传送带）：用耐高温金属制成，传送速度可调。

在1000℃温度下不变形，不掉皮。

③控制仪：主要包括温度控制装置和传送带速控制装置。

温度控制装置能将炉温自动控制在815±10℃；传送带速度控制装置能将传送速度控制在15 ~ 50mm/min之间。

第二，凡能达到以下要求的其他形式的灰分快速测定仪都可使用：①高温炉能加热至815±10℃并具有足够长的恒温带；②炉内有足够的空气供煤样燃烧；③煤样在炉内有足够长的停留时间，以保证灰化完全；④能避免或最大限度地减少煤中硫氧化生成的硫氧化物和碳酸盐分解生成的氧化钙接触。

（2）分析步骤：将灰分快速测定仪预先加热至815±10℃。

开动传送带并将速度调节到17mm/min左右或其他合适的速度。

用预先灼烧至质量恒定的灰皿称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样0.5±0.01g。

精确至0.0002g，均匀地摊平在灰皿中。

将盛有煤样的灰皿放在灰分快速测定仪的传送带上，灰皿即自动送入炉中。

当灰皿从炉内送出时，将其取下并放在耐热瓷板或石棉板上，在空气中冷却5min 左右，移入干燥器中冷却到室温（约20min）后称量。

2）方法B
方法提要：将装有煤样的灰皿由炉外逐渐送入预先加热至815±10℃的马弗炉中灰化并灼烧至质量恒定。

以残留物的质量的百分数作为灰分产率。

（1）仪器设备：同缓慢灰分法。

（2）分析步骤：用预先灼烧至质量恒定的灰皿称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1±0.1g，精确至0.0002g，均匀地摊平在灰皿中，使其每平方厘米的质量不超过0.15g；将盛有煤样的灰皿预先分排放在耐热瓷板或石棉板上；将马弗炉加热到815℃，打开炉门，将放有灰皿的耐热瓷板或石棉板缓慢地推入炉中，先使第一排灰皿中的煤样灰化；待5 ~ 10min后，煤样不再冒烟时，以每分钟不大于2cm 的速度把二、三、四排灰皿顺序推进炉内炽热部分（若煤样着火发生爆燃，试验应作废）；关闭炉门，使其在815±10℃的温度下灼烧40min；然后从炉中取出灰皿，先放在空气中冷却5min，再移入干燥器中冷却至室温（约20min）后称量；最后再进行每次为20min的检查性灼烧，直到质量变化小于0.001g为止。

采用最后一次灼烧后的质量作为计算依据。

如遇检查灼烧时结果不稳定，应改用缓慢灰化法重新测定。

灰分小于15%时不必进行检查性灼烧。

3）生产检查煤样灰分的快速测定法（适用于选煤厂生产检查煤样灰分快速测定）
（1）本方法使用仪器同GB 212。

瓷灰分皿也可采用外径为45mm、底及壁厚1 ~ 1.5mm、边高12mm的圆筒形瓷皿，或能保持煤样厚度在15mg/cm2以下的的其他式样的瓷灰皿。

（2）分析步骤：①在称出质量(精确到0.0001g)的灰皿中称取粒度0.2mm以下的分析煤样0.5±0.05g(精确到0.0001g)，轻轻摇动灰皿，使试样在灰皿中分布均匀。

②将盛有试样的灰皿至于敞开炉门、温度以维持在（815±10）℃的马弗炉炉口处。

在炉口停放约3min后，
再以6min左右的时间逐渐向炉内推进50mm左右。

当煤样表面已明显氧化变色后，将其推至（815±10）℃恒温区内灼烧。

在炉内，若煤样着火发生爆燃，试验应作废。

③灼烧至不见火星后，灰分在15%以下者，继续灼烧2min；灰分在15%以上者，则继续灼烧5 ~ 7min。

取出灰皿，冷却片刻，再移至干燥器中冷却至室温后称量。

（3）生产过程中的内部检查只做单样试验，不进行检查性灼烧，以一次灼烧后残留物质量作为计算依据。

（4）灰分大于15%时，需进行检查性灼烧，每次5min,直到质量变化小于0.0005g为止，采用最后一次测定的质量作为计算依据。

（5）测定结果计算及平行样测定允许差同GB 212。

（6）测定结果换算成干燥基灰分后再报结果。

空气干燥基水分可采用经验值或按季测。

（7）采用本法每季度需与GB 212进行对比试验，用数理统计方法找出系统偏差并进行校正。

四、分析结果的计算
空气干燥煤样的灰分按下式计算：
A ad =m1
m×100 （3-5）
式中A ad—空气干燥煤样的灰分产率，%；
m1—恒重后的残留物的重量，g；
m—空气干燥煤样的质量，g。

例:某煤样灰分重复测定值为20.01%和20.29%，已知该煤样的水分（M ad）1.82%，求干燥基灰分（A d）。

解：灰分重复测定值的误差为0.28%，在允许误差之内，可取其平均值(2
%29.20%01.20+=20.15%)作为最终测定值报出。

干燥基灰分计算如下：
A d = A ad ×ad M 100100-=20.15×82
.1100100-=20.52% 煤样的干燥基灰分（A d ）为20.52%。

五、灰分测定的精密度
灰分测定的重复性和再现性见表3-3的规定
表3-3灰分测定的重复性和再现性
六、测定灰分应注意的问题
1．煤中矿物质的变化
煤中矿物质在测定灰分的温度（815℃）下燃烧时组分都发生了变化，其反应方程式如下：
1）粘土、石膏等失去结晶水
2SiO 2·Al2O 3·2H 2O −→−∆
△2SiO 2＋Al 2O 3＋2H 2O ↑
CaSO 4·2H 2O −→−∆CaSO 4＋2H 2O ↑
2）碳酸盐受热分解放出二氧化碳
CaCO 3·MgCO 3 −→−∆CaO ＋MgO ＋2CO 2↑
FeCO 3 −→−∆FeO ＋CO 2↑
3）氧化亚铁氧化成三氧化铁
4FeO ＋O 2 −→−∆2Fe 2O 3
4)硫化铁等矿物质氧化成二氧化硫和三氧化铁
4FeS 2 ＋11O 2 −→−∆2Fe2O 3＋8SO 2↑
在燃烧中生成的二氧化硫与碳酸钙分解生成的氧化钙和氧化作用生成硫酸钙。

CaO ＋ SO 2 −→−∆
Ca SO 3
2Ca SO 3 ＋ O 2 −→−∆2Ca SO 4
2．箱形电炉设烟囱的作用
试验结果表明，在不装烟囱的箱式电炉中测定灰分的，由于通风不好，生成的二氧化硫不易排出，一部分会被灰中的碱性氧化物—氧化钙等吸收固定，以致灰分测定值偏高，同时也使煤灰的组成成分发生变化，因此箱式电炉后面应设1个烟囱，以保证炉内通风良好。

3. 测定灰分的温度条件
煤样用30min 从100℃升到500℃，在500℃停留30min ，再将温度升到815±10℃灼烧，这样分段升温的目的是：
（1）从100℃升到500℃的时间控制为30min ，以使煤样在炉内缓慢灰化，防止爆燃；否则部分挥发性物质急速逸出将矿物质带走，会使灰分测定结果偏低。

（2）在500℃停留30min 的目的，是使煤样燃烧时产生的二氧化硫在碳酸盐（主要是碳酸钙）分解前（碳酸钙在500℃以上才开始分解）能全部逸出；否则会同碳酸钙的分解产物氧化钙生成难分解的
硫酸钙，使煤中硫分固定在煤层中。

这样既增加煤灰中的含硫量，又增高煤的灰分。

（3）最终灼烧温度之所以定为815±10℃，是因为在此温度下，煤中碳酸盐分解结束而硫酸盐尚未分解。

一般纯硫酸盐在1150℃以上才开始分解，但如与硅、铁共存，实际到850℃即开始分解。

4.为减少SO2和CaO固定在灰中国标中采取的措施和规定
（1）炉后装有25~30mm的烟囱。

（2）炉门留有15mm左右的缝隙。

（3）煤样在100℃以下送入高温炉中，在30min内缓慢升至500℃，并保温30min。

（4）煤样在灰皿中厚度小于0.15g/cm2。

5.测定灰分的注意事项
（1）必须严格掌握测（定）试温度815±10℃，因为在这种温度下煤中有机质完全燃烧，如果温度过高或过低都会影响灰分值。

（2）测定灰分必须从低温开始，温度高容易使煤样爆燃，表面形成焦状，而里面燃烧不完全。

（3）灰化速度不易过快，否则会使部分挥发物逸出，带走细小颗粒而使灰分产率结果偏低。

（4）灰化过程中必须有足够的空气通入。

（5）计算时质量变化小于0.001g，以最后一次称量结果为计算依据。

（6）质量（皿+灼烧残留物）—皿重为m1。

（7）取数严格遵循奇进偶不进的原则。

（8）A ad<15%不做检查性灼烧。