4.煤的特征与物理性质

1 1 煤的可磨性煤的可磨性 定义定义 煤被磨碎成粉的难易程度煤被磨碎成粉的难易程度 可磨性指数越大可磨性指数越大 煤越易煤越易 被粉碎被粉碎 哈特格罗夫法哈特格罗夫法 采用美国某矿区易磨碎的烟煤为标准采用美国某矿区易磨碎的烟煤为标准 可磨性可磨性 为为100 测定时测定时 称取粒度为称取粒度为0 63 1 25 mm的空气干燥基煤样的空气干燥基煤样 50 0 01 g 在规定条件下在规定条件下 经过一定研磨经过一定研磨 用筛分方法用筛分方法 测定新增的表面积测定新增的表面积 由此算出煤的可磨性指数值由此算出煤的可磨性指数值 计算公式计算公式 HGI 13 6 93 m HGI 煤样的哈氏可磨性指数煤样的哈氏可磨性指数 m 通过通过0 071 mm筛孔筛孔 200目目 的试样质量的试样质量 g 2 HGI与煤化程度的关系与煤化程度的关系 随着煤化程度的增高随着煤化程度的增高 煤煤 的可磨性指数呈抛物线变的可磨性指数呈抛物线变 化化 在碳含量为在碳含量为90 处出处出 现最大值现最大值 煤的可磨性煤的可磨性 3 煤的抗碎强度煤的抗碎强度 定义定义 一定粒度的煤样自由落下后破碎的能力一定粒度的煤样自由落下后破碎的能力 目的目的 煤在运输装卸过程中煤在运输装卸过程中 由于煤块的碰撞常使原来的大由于煤块的碰撞常使原来的大 块破碎成小块甚至产生一些煤粉块破碎成小块甚至产生一些煤粉 这对需要使用块煤的用户这对需要使用块煤的用户 很不利很不利 因此因此 使用块煤的用户对煤的抗碎强度有一定要求使用块煤的用户对煤的抗碎强度有一定要求 4 测定方法测定方法 取一定粒度取一定粒度 一定质量一定质量 一定块数一定块数 的煤块的煤块 将将 其从规定的高度落下其从规定的高度落下 然后用筛孔为然后用筛孔为25 mm的筛子筛分的筛子筛分 称称 出大于出大于25 mm的筛上质量的筛上质量 按下式计算煤的抗碎强度按下式计算煤的抗碎强度 式中式中 SS 煤的抗碎强度煤的抗碎强度 shatter strength m 煤样质量煤样质量 g m1 实验后大于实验后大于25 mm的筛上物质量的筛上物质量 g 1 m 100 m SS 煤的抗碎强度煤的抗碎强度 5 抗碎强度和煤化程度的关系抗碎强度和煤化程度的关系 煤的抗碎强度与煤化程度煤的抗碎强度与煤化程度 煤岩成分煤岩成分 矿物含量及风化矿物含量及风化 氧化等因素有关氧化等因素有关 中等煤化程度的煤抗碎强度中等煤化程度的煤抗碎强度 较低较低 不同的煤岩成分中不同的煤岩成分中 暗煤的暗煤的 抗碎强度最高抗碎强度最高 镜煤次之镜煤次之 丝炭最低丝炭最低 矿物含量较高时抗碎强度较矿物含量较高时抗碎强度较 高高 风化和氧化后煤的抗碎强度风化和氧化后煤的抗碎强度 降低降低 煤的抗碎强度煤的抗碎强度 6 煤的热性质包括煤的比热容煤的热性质包括煤的比热容 导热性和热稳定性导热性和热稳定性 研究煤研究煤 的热性质的热性质 不仅对煤的热加工不仅对煤的热加工 煤的干馏煤的干馏 气化和液化等气化和液化等 过程及传热计算有很大意义过程及传热计算有很大意义 而且某些热性质还与煤的结而且某些热性质还与煤的结 构密切相关构密切相关 如煤的导热性如煤的导热性 能反映煤的一些重要结构特能反映煤的一些重要结构特 点点 煤中分子的定向程度煤中分子的定向程度 2 7 定义定义 在一定温度范围内在一定温度范围内 单位质量的煤单位质量的煤 温度升高温度升高1 C所所 需要的热量需要的热量 煤的比热容与煤化程度煤的比热容与煤化程度 水分水分 灰分和温度的变化有关灰分和温度的变化有关 一般随煤化程度的加深而减少一般随煤化程度的加深而减少 比热容随水分升高而增大比热容随水分升高而增大 随灰分增加而减少随灰分增加而减少 随温度升高随温度升高 比热容呈抛物线形变化比热容呈抛物线形变化 当温度低于当温度低于350 C时时 随温度升高而增大随温度升高而增大 温度超过温度超过350 C 随温度的增高下降随温度的增高下降 当当 温度增加到温度增加到1000 C时时 降至与石墨的比热容相接近降至与石墨的比热容相接近 煤的比热容煤的比热容 8 煤的导热性煤的导热性 煤的导热性包括热导率煤的导热性包括热导率 导热系数导热系数 kJ m h K 和热扩散率和热扩散率 导温系数导温系数 m2 h 两个基本常数两个基本常数 热导率热导率 是热量从煤的高温部位向低温部位传递时是热量从煤的高温部位向低温部位传递时 单位距离上单位距离上 温差为温差为1K的传热速率的传热速率 和和 有如下关系式有如下关系式 C 煤的比热容煤的比热容 kJ kg K 煤的密度煤的密度 kg m3 c 9 煤的导热性煤的导热性 物质的导温系数是不稳定导热的一个特征物理量物质的导温系数是不稳定导热的一个特征物理量 代表物体代表物体 所具有的温度变化所具有的温度变化 加热或冷却加热或冷却 的能力的能力 值越大值越大 温度随温度随 时间和距离的变化越快时间和距离的变化越快 表示煤的散热能力表示煤的散热能力 C C 表示单表示单 位体积物体温度变化位体积物体温度变化1K时吸收或放出的热量时吸收或放出的热量 即物体的储热即物体的储热 能力能力 所以导温系数所以导温系数 为物体散热和蓄热能力之比为物体散热和蓄热能力之比 是物体在是物体在 温度变化时显示出的物理量温度变化时显示出的物理量 10 煤的导热系数与煤的煤化程度煤的导热系数与煤的煤化程度 水分水分 灰分灰分 粒度和温度有关粒度和温度有关 泥炭的导热系数最低泥炭的导热系数最低 烟煤的导热系数比泥炭高烟煤的导热系数比泥炭高 烟煤中焦煤烟煤中焦煤 和肥煤的导热系数最小和肥煤的导热系数最小 无烟煤有更高的导热系数无烟煤有更高的导热系数 同一种煤同一种煤 导热系数随煤中水分的增高而增大导热系数随煤中水分的增高而增大 煤的导热系数随矿物质含量的升高而增大煤的导热系数随矿物质含量的升高而增大 煤的导热系数随温度的升高而增大煤的导热系数随温度的升高而增大 一般块煤或型煤一般块煤或型煤 煤饼的导热系数比同种煤的粉末煤和粉煤大煤饼的导热系数比同种煤的粉末煤和粉煤大 煤的导热性煤的导热性 11 煤的导温系数因水分增加而提高煤的导温系数因水分增加而提高 对中等煤化程度的烟煤对中等煤化程度的烟煤 煤的导温系数可用下式计算煤的导温系数可用下式计算 温度温度20 400 C时时 温度温度 400 C时时 42 4 4101 0 0003 t 20m h 42 5 0101 0 0033 t 400m h 煤的导热性煤的导热性 12 煤的热稳定性煤的热稳定性 煤的热稳定性是指块煤在高温下煤的热稳定性是指块煤在高温下 燃烧和气化过程中对热的稳燃烧和气化过程中对热的稳 定程度定程度 即块煤在高温下保持原来粒度的性能即块煤在高温下保持原来粒度的性能 热稳定性好的煤热稳定性好的煤 在燃烧和气化过程中能保持原来的粒度进行在燃烧和气化过程中能保持原来的粒度进行 燃烧和气化燃烧和气化 或只有少量的破碎或只有少量的破碎 热稳定性差的煤在加热时破热稳定性差的煤在加热时破 碎成小的碎成小的 厚薄不等的大小碎片或粉末厚薄不等的大小碎片或粉末 从而阻碍气流的畅从而阻碍气流的畅 通通 降低煤的燃烧或气化效率降低煤的燃烧或气化效率 粉煤量积到一定程度后粉煤量积到一定程度后 就会就会 在炉壁上结渣在炉壁上结渣 甚至停产甚至停产 3 13 褐煤和变质程度深的无烟煤热稳定性差褐煤和变质程度深的无烟煤热稳定性差 煤的热稳定性和成煤煤的热稳定性和成煤 过程中的地质条件有关过程中的地质条件有关 也和煤中矿物质的组成及化学成分有也和煤中矿物质的组成及化学成分有 关关 例如含碳酸盐类矿物多的煤例如含碳酸盐类矿物多的煤 受热后析出大量二氧化碳而受热后析出大量二氧化碳而 使煤块破裂使煤块破裂 孔隙度较大孔隙度较大 含水分较多的煤含水分较多的煤 由于剧烈升温使由于剧烈升温使 其水分突然析出其水分突然析出 也会使块煤破裂而降低煤的热稳定性也会使块煤破裂而降低煤的热稳定性 测定方法测定方法 在在850 C下加热煤样下加热煤样 筛取大于筛取大于6 mm煤粒的量煤粒的量 来量度来量度 以以TS 6表示表示 显然显然TS 6的值越大的值越大 煤的热稳定性越好煤的热稳定性越好 煤的热稳定性煤的热稳定性 14 1 电阻率电阻率 电阻率仅与材料的性质电阻率仅与材料的性质 形状和大小有关形状和大小有关 在数值上等于在数值上等于 电流沿长度为电流沿长度为1 cm 截面积为截面积为1 cm2的圆柱形材料轴线方的圆柱形材料轴线方 向通过时的电阻向通过时的电阻 自然条件下自然条件下 不同煤的电阻率变化范围很大不同煤的电阻率变化范围很大 可由可由10 4 m到大于到大于104 m 这是由于煤的电阻率受到煤化程度这是由于煤的电阻率受到煤化程度 煤岩成分煤岩成分 矿物质数量和组成矿物质数量和组成 煤的水分煤的水分 孔隙度和煤的孔隙度和煤的 构造的影响构造的影响 煤的导电性煤的导电性 煤的导电性是指煤传导电流的能力煤的导电性是指煤传导电流的能力 导电性常用电阻率导电性常用电阻率 电导率表示电导率表示 15 2 电导率电导率 电导率等于电阻率的倒数电导率等于电阻率的倒数 煤是一种导体和半导体煤是一种导体和半导体 根据根据 煤导电性质的不同煤导电性质的不同 可分为电子导电性和离子导电性可分为电子导电性和离子导电性 煤的电子导电性是依靠组成煤的基本物质成分中的自由电煤的电子导电性是依靠组成煤的基本物质成分中的自由电 子导电子导电 如无烟煤具有电子导电性如无烟煤具有电子导电性 离子导电性是依靠煤离子导电性是依靠煤 的孔隙中水溶液的离子导电的孔隙中水溶液的离子导电 如褐煤就属于离子导电性如褐煤就属于离子导电性 煤的电导率随煤化程度的加深而增加煤的电导率随煤化程度的加深而增加 煤的含碳量达到煤的含碳量达到 87 以后以后 电导率急剧增加电导率急剧增加 煤的导电性煤的导电性 16 煤的介电常数煤的介电常数 是指当煤介于电容器两板间的蓄电量和是指当煤介于电容器两板间的蓄电量和 两板间为真空时的蓄电量之比两板间为真空时的蓄电量之比 0 C C 式中式中 C0 真空时的电容量真空时的电容量 C 加入煤后的电容量加入煤后的电容量 水分对介电常数的影响极大水分对介电常数的影响极大 测定煤的介电常数时必须采用测定煤的介电常数时必须采用 干燥的煤样干燥的煤样 煤的导电性煤的导电性 17 煤的介电常数随煤化程度的煤的介电常数随煤化程度的 增加而减少增加而减少 在含碳量为在含碳量为 87 处出现极小值处出现极小值 然后急然后急 剧增大剧增大 煤的介电常数与煤化度的关系煤的介电常数与煤化度的关系 18 煤的反光性随变质程度的增高而增强煤的反光性随变质程度的增高而增强 在反射光下在反射光下 显微组分表面的反射光强度与入射光强度的百分显微组分表面的反射光强度与入射光强度的百分 数称为反射率数称为反射率 镜质组反射率的变化幅度大镜质组反射率的变化幅度大 规律明显规律明显 而且大多数煤层的显而且大多数煤层的显 微组成都以镜质组为主微组成都以镜质组为主 因此通常以镜质组的反射率作为确定因此通常以镜质组的反射率作为确定 变质程度的标准变质程度的标准 煤的反射率煤的反射率 4 19 惰质组反射率在变质过程中变化幅度很小惰质组反射率在变质过程中变化幅度很小 壳质组反射率变化壳质组反射率变化 虽大虽大 但在高变质煤中已很少见但在高变质煤中已很少见 不宜作为鉴定标准不宜作为鉴定标准 在确定在确定 煤的变质程度时煤的变质程度时 以用油浸物镜测得的镜质组平均随机反射率以用油浸物镜测得的镜质组平均随机反射率 作为主要鉴定指标作为主要鉴定指标 煤的反射率煤的反射率 20 不同煤化程度煤的平均反射率不同煤化程度煤的平均反射率 2 5 41 9 2 5 1 69 1 9 1 5 1 69 1 2 1 5 0 9 1 2 0 8 0 9 0 65 0 8 0 5 0 65 0 4 0 5 平均反平均反 射率射率 无烟无烟 煤煤 贫煤贫煤瘦煤瘦煤瘦焦瘦焦 煤煤 焦煤焦煤肥煤肥煤气肥气肥 煤煤 气煤气煤长焰长焰 煤煤 褐煤褐煤煤种煤种 1 褐煤在光学上是各向同性的褐煤在光学上是各向同性的 2 煤由烟煤向无烟煤过渡煤由烟煤向无烟煤过渡 分子结构中芳香核层状结构增大分子结构中芳香核层状结构增大 排列趋向规则化排列趋向规则化 在平行或垂直于芳香层片的两个方向上光在平行或垂直于芳香层片的两个方向上光 学性质各向异性明显学性质各向异性明显 煤的反射率煤的反射率 21 煤的荧光性煤的荧光性 荧光是一种有机物和矿物的发光现象荧光是一种有机物和矿物的发光现象 是用蓝光是用蓝光 紫外光紫外光 X射线或阴极射线激发而产生的射线或阴极射线激发而产生的 利用荧光显微镜在利用荧光显微镜在20世纪世纪 初才开始初才开始 自自20世纪世纪70年代以来年代以来 随着可定量显微镜光度计随着可定量显微镜光度计 的出现的出现 使荧光光度方法在煤岩学方面得到广泛应用使荧光光度方法在煤岩学方面得到广泛应用 它不它不 仅可以直接鉴定显微组分仅可以直接鉴定显微组分 同时显微荧光光度参数可用来确同时显微荧光光度参数可用来确 定煤级定煤级 煤的荧光性研究可使用光片煤的荧光性研究可使用光片 薄片和光薄片薄片和光薄片 可进行单色荧可进行单色荧 光强度测量光强度测量 荧光变化测量荧光变化测量 荧光光谱测量等荧光光谱测量等 22 煤的透光率煤的透光率 1 透光率的表示透光率的表示 煤的透光率是指煤样和稀硝酸溶液煤的透光率是指煤样和稀硝酸溶液 在在100 C的温度下的温度下 加热加热90 min后后 所产生的有色溶液所产生的有色溶液 对一定波长的光对一定波长的光 475 nm 透过的百分数透过的百分数 透光率能较好的区分低煤化程透光率能较好的区分低煤化程 度的煤度的煤 是区分褐煤和长焰煤的指标是区分褐煤和长焰煤的指标 23 混合酸是由混合酸是由1体积浓度体积浓度65 68 硝酸硝酸 1体积浓度不低于体积浓度不低于85 的磷酸和的磷酸和9体积水混合配制而成体积水混合配制而成 其中磷酸主要起隐蔽三价其中磷酸主要起隐蔽三价 铁的干扰作用铁的干扰作用 呈黄色的硝酸不能用呈黄色的硝酸不能用 2 测定方法测定方法 将低变质程度煤与硝酸和磷酸的混合酸在规定条件下反应将低变质程度煤与硝酸和磷酸的混合酸在规定条件下反应 产生的有色溶液产生的有色溶液 根据溶液颜色深浅根据溶液颜色深浅 以不同浓度的重铬以不同浓度的重铬 酸钾硫酸溶液作为标准酸钾硫酸溶液作为标准 用目视比色法测定煤样的透光率用目视比色法测定煤样的透光率 煤的透光率煤的透光率 24 煤的润湿性及润湿热煤的润湿性及润湿热 煤的表面积煤的表面积 孔隙度和孔径分布孔隙度和孔径分布 煤的固态胶体性质煤的固态胶体性质 5 25 煤的润湿性煤的润湿性 1 固体分子与液体分子的作用力大于液体分子间的作用固体分子与液体分子的作用力大于液体分子间的作用 力力 则固体可以被液体润湿则固体可以被液体润湿 反之反之 则不能润湿则不能润湿 液体与固体间的润湿情况液体与固体间的润湿情况 26 煤与液体的接触角大小与煤化程度和液体种类有关煤与液体的接触角大小与煤化程度和液体种类有关 粉末测定法求出的不同煤接触角粉末测定法求出的不同煤接触角 0 7060 50881 9 0 7260 61074 00 8130 43283 1 0 7380 60478 10 8860 34183 9 0 7360 56279 10 8630 45389 7 0 8410 44381 10 9000 41691 3 氮氮 苯苯氮氮 水水氮氮 苯苯氮氮 水水 cos w C cos w C 煤的润湿性煤的润湿性 27 煤的润湿热煤的润湿热 当煤被液体润湿时当煤被液体润湿时 由于煤分子和液体分子之间的作用力由于煤分子和液体分子之间的作用力 大于液体分子间的作用力大于液体分子间的作用力 故有热量放出故有热量放出 称为润湿热称为润湿热 它的大小与液体种类和煤的表面积有关它的大小与液体种类和煤的表面积有关 常用的溶剂是甲常用的溶剂是甲 醇醇 它的润湿力强它的润湿力强 作用快作用快 几分钟内润湿热基本可全部几分钟内润湿热基本可全部 释放出来释放出来 年轻煤的润湿热很高年轻煤的润湿热很高 随着碳含量增加而急剧下降随着碳含量增加而急剧下降 在碳在碳 含量接近含量接近90 时达到最低点时达到最低点 以后又逐渐上升以后又逐渐上升 28 煤的表面积煤的表面积 煤的表面积包括外表面积和内表面积煤的表面积包括外表面积和内表面积 主要主要 两部分两部分 通常用比表面积来表示通常用比表面积来表示 即单位质量的煤具有的总表面积即单位质量的煤具有的总表面积 1 煤的比表面积测定方法煤的比表面积测定方法 1 B E T法法由三位物理化学家开发由三位物理化学家开发 原理是一定条件下原理是一定条件下 测定被煤吸附的气体质量测定被煤吸附的气体质量 假定被吸附的气体分子在煤表假定被吸附的气体分子在煤表 面成单分子层分布面成单分子层分布 根据吸附的气体质量和气体分子的截根据吸附的气体质量和气体分子的截 面积就可以计算出煤的表面积面积就可以计算出煤的表面积 29 2 孔体积法孔体积法 P D 法法 根据微孔体积和直径进行计算根据微孔体积和直径进行计算 测煤的测煤的 比表面积比表面积 3 气相色谱法气相色谱法把一定量煤样放在色谱柱内把一定量煤样放在色谱柱内 在动态下测定柱后在动态下测定柱后 吸附气体的浓度随时间的变化吸附气体的浓度随时间的变化 根据实验结果进行换算根据实验结果进行换算 煤的表面积煤的表面积 30 煤的比表面积与煤化度的关系煤的比表面积与煤化度的关系 煤的比表面积煤的比表面积 B E T 法测定法测定 139149198841272 7 1328492171179 2 104628020083 6 12510910734086 2 14614114696090 0 2242262461763495 2 CO2 25 C Xe 0 C CO2 78 C Kr 78 C N2 196 C 煤的比表面积煤的比表面积 m2 g w C 1 中等煤化度的煤比表面积小中等煤化度的煤比表面积小 2 N2测得的比表面积最低测得的比表面积最低 煤的表面积煤的表面积 6 31 煤的孔隙度煤的孔隙度 煤粒内部孔隙体积与煤的总体积之比称为孔隙度或气孔率煤粒内部孔隙体积与煤的总体积之比称为孔隙度或气孔率 也也 可用单位质量煤包含的孔隙体积表示可用单位质量煤包含的孔隙体积表示 氦分子能充满煤的全部孔隙氦分子能充满煤的全部孔隙 而水银在不加压的条件下完全不而水银在不加压的条件下完全不 能进入煤的孔隙能进入煤的孔隙 所以用下式可求出煤的孔隙度所以用下式可求出煤的孔隙度 d d 100 d 汞氦 氦 孔隙度 d氦 氦 d汞 汞 分别为用氦和汞测定的煤的密度 分别为用氦和汞测定的煤的密度 g cm3 32 孔隙度与煤化程度关系孔隙度与煤化程度关系 孔隙度与煤化程度的关系孔隙度与煤化程度的关系 1 年轻烟煤的孔隙度基本在年轻烟煤的孔隙度基本在10 以上以上 2 w C 90 附近的煤孔隙度最附近的煤孔隙度最 低低 约约3 3 w C 90 以上以上 孔隙度随煤孔隙度随煤 化程度增加而增加化