煤的工业分析

煤的工业分析一、煤的化学成分和工艺性质煤是重要的工业原料。

它的用途很广泛，除作燃料用外，还是重要的化工原料。

为了合理的利用煤炭资源，必须对煤的化学成分及其性质进行研究，以便综合利用。

（一）煤的元素组成煤主要是由碳C、氢H、氧O、氮N、硫S、磷P等元素构成的有机质，以及一些矿物杂质、水分等无机质组成。

其中，有机质主要是由碳、氢、氧组成，它们占有机质的95%以上；此外，还有氮、硫、少量的磷及金属元素等。

对煤的元素组成的研究，主要是通过元素分析进行的。

1.碳碳是煤中有机物质的主要组成部分。

也是煤燃烧过程中产生热量的重要元素，每公斤纯碳完全燃烧时能放出34080.6KJ的热量。

煤中碳元素的含量是随变质程度的加深而增加。

泥炭的含碳量为50～60%，褐煤为60-77%，烟煤为74～92%，无烟煤为90～98%。

2.氢氢是煤中有机质的重要元素。

每公斤氢完全燃烧时能产生143138.3KJ的热量，约为碳的4.2倍。

煤中含氢量的多少与成煤原始物质有直接关系。

腐泥煤的氢含量比腐植煤高，一般在6%以上，有时可达11%；而腐植煤的氢含量一般不超过6%.最低为1%左右。

随着变质程度的加深，氢含量有逐渐减少的趋势。

3.氧煤中氧的含量变化很大，并随变质程度加深而降低。

泥炭中氧含量为30-40%，褐煤中氧含量高达15～30%，烟煤为1～16%，无烟煤更不，一般小于2%。

当煤氧化时，氧含量迅速增高，碳、氢含量明显降低。

因此，氧含量是确定煤层风、氧化带深度的主要指标之一。

4.氮氮在煤中含量较少，它主要来自成煤植物中的蛋白质。

碳含量小于75%的某些褐煤，氮含量可达2～2.7%，无烟煤为0.5～1.5%。

氮含量随变质程度增高稍有降低。

在高温加工时，一部分氮转化为氨及吡啶类等有机含氮化合物，这些化学产品可回收制成硫酸铵、尿素、氨水等氮肥。

5.硫硫是煤的有害物质。

它在煤中常以三种形式出现，第一种为硫化物硫，绝大部分是以黄铁矿FeS2和少量白铁矿FeS2硫形态存在；第二种为有机硫，主要来自成煤时植物和微生物中的蛋白质；第三种为硫酸盐硫，主要是石膏CaS04·2H20中的硫。

煤中硫的含量一般在0.5～3.0%之间，我国煤中硫含量低的小于0.2%，高的可超过15%。

根据全硫含量的多少，将原煤分为：特低硫煤，干燥煤样全硫gS小于或等于1.0%；Q低硫煤大于1.0-1.5%；中硫煤大于1.5～2.5%；富硫煤大于2.5～4.0%；高硫煤大于4.0%。

一般炼焦用煤的含硫量小于1.0%。

硫对煤的综合利用危害极大。

含硫煤在燃烧时与空气中的氧化合生成二氧化硫，它既腐蚀锅炉，又污染空气。

炼焦煤中的硫，部分转入焦炭，降低了钢铁质量。

生产实践证明，焦炭中含硫量每增加1.0%时，将使焦炭消耗量增加18～24%，溶剂(石灰石等)消耗量增加20%，高炉生产率降代20%。

硫是非常重要的化工原料。

我国南方有些煤田的煤，如广西一些矿井所产的无烟煤含硫量极高，每采8t煤可收集1t 黄铁矿，这种煤可作为提炼硫磺的原料。

分析煤样全硫用fS表示；干燥煤样全硫用g Q S表示。

Q6.磷磷也是煤中的有害成分。

它在煤中含量极少，一般为0.001～0.1%，最高不超过1%。

磷的含量虽少，但危害极大。

在炼焦用煤中，磷进入到焦炭，又进入生铁中，使钢铁发生冷脆。

根据磷的含量，将原煤磷(P g)分为：特低磷煤小于或等于0.01%；低磷煤大于0.0l～0.05%；中磷煤大于0.05-0.15%；高磷煤大于0.15%。

炼焦用煤中磷的工业要求规定F8小于0.01%。

7.其它元素煤中尚有锗Ge、锂Li、铍Be、镓Ga、钒V、铀U等有益伴生元素。

这些元素在发展电子工业中、原子能及宇航等尖端科学技术领域中，已被广泛应用。

因此，应重视煤中的稀有元素。

（三）煤的工业指标为了有计划地勘探、设计建设矿井、合理地开发利用祖国的地下资源，要求对煤进行工业评价。

通过工业分析测定煤中的水分、灰分、挥发分等煤质指标数值，标定煤质牌号和质量优劣，确定煤的工业价值和综合利用途径。

对生产矿井来说，煤的工业分析指标数值是检验企业生产管理及产品质量的标志，也是计价标准。

1.水分煤中的水分是一种有害物质。

水分含量多，能加速煤的风化、破碎，甚至造成自然发火；同时，又增加运输负荷，影响装卸速度。

作为燃料用煤，水分可降低煤的发热量。

此外，水分还会影响化工等产品的产量与质量。

根据水在煤中存在的状态，将煤中所含的水分分为两种：外在水分和内在水分。

外在水分是指在开采、运输、贮存、洗选等过程中，存留在煤炭表面的水分；内在水分则是指吸附、凝聚在煤炭毛细孔隙中的水分，它的含量与变质程度有关，变质程度低的煤中水分含量高，变质程度高的煤中水分含量低。

在煤的工业分析中，一般用yW表示煤样的全水分，它包Q括外在水分和内在水分；用W f表示分析煤样水分，或叫内在水分。

在各种煤中，水分含量见表1-1。

表1-1煤中水分含量表2.灰分煤完全燃烧后剩下的灰渣、称为灰分。

它的主要成分有氧化铝A1203、氧化钙CaO、氧化硅Si02、氧化镁MgO、氧化铁Fe203及稀有元素的氧化物等。

因此，灰分是煤中无机矿物质燃烧时剩余的固体残留物。

灰分有两种：内在灰分和外在灰分。

内在灰分是指存在于成煤原始物质中的无机物，以及由河水带入沼泽中与植物遗体一起沉积的无机矿物质的总和。

煤在洗选过程中，很难将内在灰分选掉。

外在灰分是指在采煤、运输过程中混入煤中的顶底板岩石碎块。

这种灰分通过洗选可以除掉。

灰分是评价煤质的重要指标。

根据工业用煤要求，灰分小于10%的称特低灰煤；灰分大于10-15%的为低灰煤；灰分大于15～25%的为中灰煤；灰分大于25～40%的为富灰煤；灰分大于40%的为高灰煤。

根据全国矿产储量委员会1986年颁发《煤炭资源地质勘探规范》中规定，矿井生产的原煤灰分应小于40%。

在煤的工业分析中，分析煤样灰分有A f表示；干燥煤样灰分用A g表示。

3.挥发分在隔绝空气的条件下，将煤置于900℃的温度下加热7min，煤中的有机物质和矿物发生热分解，分解出来的气态物质称为挥发分。

其组成成分主要有氢、氧、氮、甲烷、乙烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等。

挥发分的含量，与成煤原始物质、植物遗体的转化环境及煤的变质程度有密切关系。

在一般情况下，腐泥煤的挥发分含量比腐植煤高。

腐植煤中，低变质煤的挥发分含量比高变质煤高，褐煤的可燃基挥发分V r大于40%，烟煤V r大于10～37%、无烟煤V r为0～10%。

挥发分是鉴定煤质的重要指标，是工业分类的主要依据。

在煤的工业分析中，分析煤样挥发分用V f表示；可燃基挥发分用V r表示。

4.焦渣在测定挥发分过程中，残留在坩埚中的固态物质，称为焦渣。

它是由煤中有机物质分解后的残余物和煤中没有除掉的灰分等组成。

焦渣的形状和特性是鉴定煤的结焦性能好坏的依据。

焦渣的形状和特性与煤中有机质性质有关，还与煤的变质程度有关。

腐泥煤不具粘结性，焦渣呈粉末状。

腐植煤中，褐煤和无烟煤的焦渣均不粘结，呈粉末状；长焰煤、瘦煤、贫煤等一部分烟煤也是属于不粘结或弱粘结性的，其焦渣为不粘结的小块，强度低；肥煤、焦煤粘结性好，焦渣呈膨胀或强膨胀熔融粘结，这种煤可作为炼焦用煤。

（三）煤的工艺性质煤是重要的燃料，也是冶金、化学工业的重要原料。

随着国民经济的发展，煤炭综合利用的大力开展，就更需要研究煤的工艺性质，判断它是否符合各种加工工业的要求，选择最合理的利用途径，正确地作出工业评价。

1.发热量(Q)发热量是指单位重量的煤完全燃烧时放出的热量，常用焦耳／克或千焦耳／公斤表示。

它是在专门的发热量测定仪器中通过实验测量的。

分析煤样的弹筒发热量用fQ表DT 示；可燃基的弹筒发热量用rQ表示。

DT发热量的大小与多种因素有关，如煤中灰分、水分的含量等，但主要是取决于煤中碳、氢可燃元素的含量。

随变质程度的增高，碳的含量增加，则发热量增大(表1-2)。

有的烟煤因氢元素含量较高，其发热量比无烟煤还高。

发热量是评价煤炭质量的重要指标，也是研究和确定煤变质程度的重要依据之一。

2.胶质层厚度(Y)煤样放置密闭的胶质层测定仪中加热到350℃，煤中有机质开始分解、软化，形成胶质体，继续加热至510℃时，重新固结成焦炭为止，连续测得的胶质体最大厚度称为胶质层厚度。

这是反映煤的粘结性好坏的重要指标。

在形成焦炭的过程中，煤的粘结性越强，其胶质层的厚度也越大。

因此，胶质层厚度的大小可以反映煤的粘结性的强弱。

在煤的工业用途中，胶质层厚度是一个很重要的指标。

目前，它是我国煤(以炼焦用煤为主)分类方案中两项指标之一。

二、煤的物理性质煤的物理性质是指煤的宏观特征。

它包括颜色、条痕、光泽、硬度、脆性、比重、断口、裂隙、导电性等性质。

煤的物理性质，与成煤原始物质、成煤环境及煤的变质程度有直接关系。

因此，物理性质是研究煤的成因、变质程度、进行煤层对比的重要依据。

指煤新鲜表面的颜色。

它反映了煤对自然光波吸收的性质。

颜色与成煤原始物质及变质程度有关，随变质程度增高，煤的颜色逐渐加深。

如褐煤为褐、深褐或黑褐等色；烟煤为褐黑色至黑色；无烟煤为带有银白色彩的灰黑色。

腐泥煤颜色较浅，多为褐灰、灰黑等色，如石煤有的为灰黑色。

2.条痕煤的粉末颜色称为条痕。

一般情况下，条痕色与煤的颜色不完全相同。

褐煤条痕为棕色；烟煤条痕为深棕色至黑色；而无烟煤的条痕为灰黑色。

腐植煤的条痕色是随变质程度增高而加深。

3.光泽指煤表面的反光能力。

它是鉴定煤的重要标志之一。

煤有玻璃光泽、金刚光泽、似金属光泽、沥青光泽及土状光泽等。

光泽与成煤原始物质、煤岩成分、变质程度及煤中灰分含量有关。

如腐泥煤无光泽；低变质的褐煤、长焰煤及含灰分高的煤，它们的光泽较暗；而大多数烟煤及无烟煤光泽较强，为玻璃光泽、金属光泽。

4.硬度指抵抗外来机械作用的能力。

用矿物硬度的等级来衡量。

煤的硬度介于1~4度之间。

它的大小随变质程度变化而变化，变质程度高的煤，硬度较大；反之，则小。

5.脆度煤受压力作用时破碎的性质。

在腐植煤中，随变质程度增高，脆度成曲线形变化。

低变质和高变质的煤，其脆度小；中变质烟的煤，其脆度大。

此外，不同的煤岩成分脆度也不相同。

镜煤和丝炭脆度大；亮煤脆度中等；暗煤脆度最小。

6.比重比重是指不包括煤中裂隙在内的单位体积煤的重量与同体积水重量之比。

它的大小决定于煤岩成分、变质程度，以及煤中所含灰分与水分的含量。

显然，含矿物杂质多的煤，比重较大，如含黄铁矿的煤比含粘土的煤比重要大；其它条件相同的情况下，变质程度高的煤比重大，如泥炭比重为0.72，褐煤的比重为0.90～1.25，烟煤比重为1.25～1.4Q，无烟煤比重为1.40～1.80。

在煤矿生产中，进行储量计算时，需要采用的不是比重而是容重，即包括裂隙在内的单位容积煤的重量。