煤化学课件——第6章 煤的物理性质与固态胶体性质
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煤的密度（包括煤中孔隙的体积）与参考物质的密度在规定条件下之比 ARD，孔隙率=（TRD－ARD）／TRD×100% （3） 散密度（堆比重） 在容器中单位体积散状煤的质量
6.1.2 煤真密度的测定及其随煤化度的变化
➢ （1）真密度测定：常用比重瓶法（GB/T 217） ➢ 原理：一定体积的煤能在容器中置换出一定体积的介质，求出介
➢ 用于煤的热计算 ➢ （1）质量热容（热容量）KJ/Kg.K ➢ 室温下的煤1.00～1.26，受rank、水分、灰分、 温度的影响
质体积（或质量）在有煤与无煤时的变化，即可准确地知道煤的 体积，从而求出TRD ➢ 准确测定的前提： ➢ 1） 将煤粉碎至煤粒内部没有封闭孔 ➢ 2） 选取适当介质，使之充满煤的全部孔隙 ➢ 3） 介质与煤不存在表面效应 ➢ 同时具有上述条件的最好物质之一是氦 ➢ GB/T 217-1996用的是十二烷基硫酸钠溶液
➢ 即为该煤样的显微脆度
➢ 抗碎强度法——定量定粒度煤样+6个钢球
90rpm 1000转
圆筒
筛分 计算大于2.36mm煤粒的产率 即为该煤样的脆度
影响煤脆度的因素
➢ 煤化度 高煤化度与低煤化度的煤脆性都较小 ➢ 中等煤化度的肥煤与焦煤脆性最大 ➢ 煤岩组成 软丝炭最脆，镜煤、亮煤居中，暗煤最韧
6.2.3 煤的可磨性（HGI）
是把能量暂存，当外力消失后又大部分释放出来。 ➢ 因此，要提高型块的质量就要减小煤料的弹性而增加其塑性。 ➢ 不同显微组分其弹性不一样，从小到大的排列顺序为稳定组、镜
质组、丝质组。但随着煤化度的增加，它们之间的差别渐小。 ➢ 此外，煤中的矿物质和水分越多，矿物质的密度越大，则煤的弹
性也越大。
6.3 煤的热性质
图 6-4
6.2.4 煤的弹性
➢ 定义——指外力（荷重）下所产生的形变，以及外力除去后形变 的复原程度。
➢ 意义——研究煤结构；研究型煤成型机理。 ➢ 测定——静态法和动态法。 ➢ 静态法——测定压力与应变之间的关系，例如可测定煤块在不同
荷重下所发生的弯曲度。 ➢ 动态法——测定声音在煤中的传递速度。 ➢ 由于煤中存在微细龟裂等原因，用静态法测得的静态弹性模量数
6.2 煤的机械性质
➢ 在机械力作用下表现的各种性质
➢ 6.2.1 煤的硬度
➢ 外来机械力
硬度表征
➢ 标准矿物刻划
莫氏硬度
➢ 压痕（钢球或金刚石锥） 努普强度、维氏显微强度
维氏显微强度Hm与rank的关系是著名的椅氏曲线
➢ 椅背 ➢ 椅面 ➢ 椅脚
无烟煤 烟煤 褐煤
工、产品开发具有实际指导意义。 ➢ 此外物理常数与其物质结构有直接关系，因此研究煤的物理
性质可以为煤的结构研究提供重要信息
6.1 煤的密度
➢ 密度是物质分子空间结构的宏观表征，物质的所有宏观性质均在一 定程度与密度有关。
➢ 6.1.1 煤密度的表示方法
（1） 真相对体积质量（真比重） 煤的密度（不包括煤中孔隙的体积）与参考物质的密度在规定条件下之比 TRD，通常条件20℃；参考物质：水。 （2） 视相对体积质量（视比重）
➢ 在Cdaf～78%处，极大值 ➢ 在Cdaf～87%处，极小值
➢ 原因：与煤的组成、结构随rank 变化有关
6.2.2 煤的脆度
➢ ——煤炭机械坚固性的表征 ➢ 决定煤炭被粉碎的难易程度 ➢ 试验方法—抗压强度法、抗碎强度法
➢ 抗压强度法——在压力机上给定一定负荷 用规定压头在煤表面 压100个压痕 检测出现裂痕的压痕数
煤真密度随煤化度的变化
➢ 镜质组的TRD在 ➢ Cdaf=87%处出现最小值 ➢ 原因： ➢ 在Cdaf＜87%前，C增大，但
O减小更快，故TRD减小 ➢ 在Cdaf＞87%后，C增大，O
减小较少，故TRD增大
6.1.3 影响煤密度的因素
6.1.3 影响煤密度的因素
➢ 矿物质 煤的密度随矿物质含量增加而增大 粘土矿物TRD 2.4～2.6 石英TRD 2.65～2.66 黄铁矿TRD ～5.0 大约，煤的灰分每增加1%，煤的密度增大0.01% ➢ 水分与风化 水分填满了煤的孔隙，故水分增加，煤的密度增大 风化使煤的水分与灰分增加，故风化煤的密度变大
煤样质量
筛上煤样质量
煤的可磨性与煤化度的关系
➢ 随着煤化度的增加，HGI呈抛 物线变化，在Cdaf=90%处出 现最大值，表明低变质无烟煤 最易磨碎
➢ 适用性 HGI将煤磨成细粉（小 于0.071mm），故适合于评价非 炼焦煤的制粉工艺
➢ 抗碎强度法测定煤的脆度时， 煤的粒度与炼焦煤相当，故煤 的脆度适合评价炼焦煤
➢ 表征煤被磨碎成煤粉的难易程度
➢ 测定方法 哈德格罗夫法（GB2565）
➢ 方法原理 磨碎定律：研磨煤粉时所消耗的功（能量）与煤磨碎 后的总表面积成正比
➢ 方法要点 称取0.63～1.25mm的煤样50g 内装8个钢球
哈氏可磨性试验仪20rpm
60转
筛分0.071mm由筛上煤样量计算HGI
HGI=13+6.93（m-m1)
➢ 当Cdaf＞90%时，E和G的数值均随 煤化度提高而急剧增加。同时显示 出各向异性，表现为E2和G2均为单 独的曲线。
6.2.4 煤的弹性
➢ 与弹性相反的性质是塑性，可塑性愈大，成型愈容易。 ➢ 煤料成型过程中所表现的弹性可用型块成型脱模后的相对膨胀率
来表征。煤料的弹性大则成型性差。 ➢ 从能量的角度看，塑性可将压缩的能量吸收，使颗粒靠紧。弹性
值偏低，而动态法测得的动态弹性模量值可靠性大。
6.2.4 煤的弹性
➢ 在弹性模量中有杨氏弹性模量E， 刚性模量G，横向变形系数（泊松 比）μ和压缩率K等参数。
➢ 低煤化度煤与烟煤的弹性模量通常 是各向同性的，而高煤化度煤则显 示各向异性。杨氏弹性模量E及刚 性模量G与煤化度的关系如图6-5所 示。
第6章 煤的物理性质与固态胶体性质
本章内容
煤的物理性质与固态胶体性质
➢ 内容 空间结构性质、热性质、光学性质、电性质与磁性质 ➢ 此外，从胶体化学的观点来看，煤是一种特殊与复杂的胶体
体系 ➢ 与其他性质一样，煤的物理性质与胶体性质也主要决定于煤
化度、煤岩显微组成与还原程度 ➢ 研究意义 了解煤的物理与物理化学性质，对煤的开采、加
6.1.2 煤真密度的测定及其随煤化度的变化
➢ （1）真密度测定：常用比重瓶法（GB/T 217） ➢ 原理：一定体积的煤能在容器中置换出一定体积的介质，求出介
➢ 用于煤的热计算 ➢ （1）质量热容（热容量）KJ/Kg.K ➢ 室温下的煤1.00～1.26，受rank、水分、灰分、 温度的影响
质体积（或质量）在有煤与无煤时的变化，即可准确地知道煤的 体积，从而求出TRD ➢ 准确测定的前提： ➢ 1） 将煤粉碎至煤粒内部没有封闭孔 ➢ 2） 选取适当介质，使之充满煤的全部孔隙 ➢ 3） 介质与煤不存在表面效应 ➢ 同时具有上述条件的最好物质之一是氦 ➢ GB/T 217-1996用的是十二烷基硫酸钠溶液
➢ 即为该煤样的显微脆度
➢ 抗碎强度法——定量定粒度煤样+6个钢球
90rpm 1000转
圆筒
筛分 计算大于2.36mm煤粒的产率 即为该煤样的脆度
影响煤脆度的因素
➢ 煤化度 高煤化度与低煤化度的煤脆性都较小 ➢ 中等煤化度的肥煤与焦煤脆性最大 ➢ 煤岩组成 软丝炭最脆，镜煤、亮煤居中，暗煤最韧
6.2.3 煤的可磨性（HGI）
是把能量暂存，当外力消失后又大部分释放出来。 ➢ 因此，要提高型块的质量就要减小煤料的弹性而增加其塑性。 ➢ 不同显微组分其弹性不一样，从小到大的排列顺序为稳定组、镜
质组、丝质组。但随着煤化度的增加，它们之间的差别渐小。 ➢ 此外，煤中的矿物质和水分越多，矿物质的密度越大，则煤的弹
性也越大。
6.3 煤的热性质
图 6-4
6.2.4 煤的弹性
➢ 定义——指外力（荷重）下所产生的形变，以及外力除去后形变 的复原程度。
➢ 意义——研究煤结构；研究型煤成型机理。 ➢ 测定——静态法和动态法。 ➢ 静态法——测定压力与应变之间的关系，例如可测定煤块在不同
荷重下所发生的弯曲度。 ➢ 动态法——测定声音在煤中的传递速度。 ➢ 由于煤中存在微细龟裂等原因，用静态法测得的静态弹性模量数
6.2 煤的机械性质
➢ 在机械力作用下表现的各种性质
➢ 6.2.1 煤的硬度
➢ 外来机械力
硬度表征
➢ 标准矿物刻划
莫氏硬度
➢ 压痕（钢球或金刚石锥） 努普强度、维氏显微强度
维氏显微强度Hm与rank的关系是著名的椅氏曲线
➢ 椅背 ➢ 椅面 ➢ 椅脚
无烟煤 烟煤 褐煤
工、产品开发具有实际指导意义。 ➢ 此外物理常数与其物质结构有直接关系，因此研究煤的物理
性质可以为煤的结构研究提供重要信息
6.1 煤的密度
➢ 密度是物质分子空间结构的宏观表征，物质的所有宏观性质均在一 定程度与密度有关。
➢ 6.1.1 煤密度的表示方法
（1） 真相对体积质量（真比重） 煤的密度（不包括煤中孔隙的体积）与参考物质的密度在规定条件下之比 TRD，通常条件20℃；参考物质：水。 （2） 视相对体积质量（视比重）
➢ 在Cdaf～78%处，极大值 ➢ 在Cdaf～87%处，极小值
➢ 原因：与煤的组成、结构随rank 变化有关
6.2.2 煤的脆度
➢ ——煤炭机械坚固性的表征 ➢ 决定煤炭被粉碎的难易程度 ➢ 试验方法—抗压强度法、抗碎强度法
➢ 抗压强度法——在压力机上给定一定负荷 用规定压头在煤表面 压100个压痕 检测出现裂痕的压痕数
煤真密度随煤化度的变化
➢ 镜质组的TRD在 ➢ Cdaf=87%处出现最小值 ➢ 原因： ➢ 在Cdaf＜87%前，C增大，但
O减小更快，故TRD减小 ➢ 在Cdaf＞87%后，C增大，O
减小较少，故TRD增大
6.1.3 影响煤密度的因素
6.1.3 影响煤密度的因素
➢ 矿物质 煤的密度随矿物质含量增加而增大 粘土矿物TRD 2.4～2.6 石英TRD 2.65～2.66 黄铁矿TRD ～5.0 大约，煤的灰分每增加1%，煤的密度增大0.01% ➢ 水分与风化 水分填满了煤的孔隙，故水分增加，煤的密度增大 风化使煤的水分与灰分增加，故风化煤的密度变大
煤样质量
筛上煤样质量
煤的可磨性与煤化度的关系
➢ 随着煤化度的增加，HGI呈抛 物线变化，在Cdaf=90%处出 现最大值，表明低变质无烟煤 最易磨碎
➢ 适用性 HGI将煤磨成细粉（小 于0.071mm），故适合于评价非 炼焦煤的制粉工艺
➢ 抗碎强度法测定煤的脆度时， 煤的粒度与炼焦煤相当，故煤 的脆度适合评价炼焦煤
➢ 表征煤被磨碎成煤粉的难易程度
➢ 测定方法 哈德格罗夫法（GB2565）
➢ 方法原理 磨碎定律：研磨煤粉时所消耗的功（能量）与煤磨碎 后的总表面积成正比
➢ 方法要点 称取0.63～1.25mm的煤样50g 内装8个钢球
哈氏可磨性试验仪20rpm
60转
筛分0.071mm由筛上煤样量计算HGI
HGI=13+6.93（m-m1)
➢ 当Cdaf＞90%时，E和G的数值均随 煤化度提高而急剧增加。同时显示 出各向异性，表现为E2和G2均为单 独的曲线。
6.2.4 煤的弹性
➢ 与弹性相反的性质是塑性，可塑性愈大，成型愈容易。 ➢ 煤料成型过程中所表现的弹性可用型块成型脱模后的相对膨胀率
来表征。煤料的弹性大则成型性差。 ➢ 从能量的角度看，塑性可将压缩的能量吸收，使颗粒靠紧。弹性
值偏低，而动态法测得的动态弹性模量值可靠性大。
6.2.4 煤的弹性
➢ 在弹性模量中有杨氏弹性模量E， 刚性模量G，横向变形系数（泊松 比）μ和压缩率K等参数。
➢ 低煤化度煤与烟煤的弹性模量通常 是各向同性的，而高煤化度煤则显 示各向异性。杨氏弹性模量E及刚 性模量G与煤化度的关系如图6-5所 示。
第6章 煤的物理性质与固态胶体性质
本章内容
煤的物理性质与固态胶体性质
➢ 内容 空间结构性质、热性质、光学性质、电性质与磁性质 ➢ 此外，从胶体化学的观点来看，煤是一种特殊与复杂的胶体
体系 ➢ 与其他性质一样，煤的物理性质与胶体性质也主要决定于煤
化度、煤岩显微组成与还原程度 ➢ 研究意义 了解煤的物理与物理化学性质，对煤的开采、加