第六章-煤的物理性质和物理化学性质复习进程

1、煤煤 化化 学学Coking Chemistry第六章第六章 煤的物理性质煤的物理性质(wl xngzh)和物理化和物理化学性质学性质 Chapter 6 Physical and physicochemical properties of coal第一页，共58页。煤的密度煤的密度(md) 煤的光学性质煤的光学性质煤的硬度煤的硬度 煤的磁性质煤的磁性质煤的热性质煤的热性质 煤的润湿性煤的润湿性煤的电性质煤的电性质 煤的孔隙率与比表面积煤的孔隙率与比表面积第二页，共58页。第一节 煤的密度(md)density一、真一、真(相对相对)密度密度 True Relative Density, TR

2、D (真比重真比重(bzhng) 1 真密度的概念：真密度是指在真密度的概念：真密度是指在 20 时，时， 单位体积（不单位体积（不包括煤中所有孔隙）包括煤中所有孔隙） 煤的质量，煤的质量， 用用 TRD 表示。表示。第三页，共58页。z 2 真密度的测定：用不同物质（例如氦、甲醇、水、正己烷和苯等）真密度的测定：用不同物质（例如氦、甲醇、水、正己烷和苯等） 作为置换作为置换(zhhun)物质测定煤的密度时所得的结果是不同的。通常以氦作为置换物质测定煤的密度时所得的结果是不同的。通常以氦作为置换(zhhun)物物质所测得的结果叫煤的真密度。因为煤中的最小气孔的直径约为质所测得的结果叫煤的真密度

3、。因为煤中的最小气孔的直径约为 0.5 1 nm ， 而而氦分子直径为氦分子直径为 0.178 nm ， 因此氦能完全进入煤的孔隙内。因此氦能完全进入煤的孔隙内。 另外，另外， 由于煤不能将氦由于煤不能将氦吸附在其表面上，吸附在其表面上， 因此吸附对于密度测定的影响也就被排除了。因此吸附对于密度测定的影响也就被排除了。z 在研究煤质时，在研究煤质时， 为了排除煤中矿物质的影响，为了排除煤中矿物质的影响， 有时用到纯煤真密度的概念，有时用到纯煤真密度的概念， 它是它是指煤的有机质的真密度，指煤的有机质的真密度， 用（用（TRD）daf 表示。表示。 可从可从 TRD 和煤的灰分等进行计算，和煤的

4、灰分等进行计算， 公式如下：公式如下：z A 灰的平均真密度，灰的平均真密度， 无数据时可取为无数据时可取为 3.0 g/cm3 z d 干燥基灰分产率，干燥基灰分产率， % 。 z 3 真密度的用途：真密度是煤的主要物理性质之一，在研究煤的分子结构、确定煤真密度的用途：真密度是煤的主要物理性质之一，在研究煤的分子结构、确定煤化程度、制定煤的分选密度时，都会用到煤的真密度。化程度、制定煤的分选密度时，都会用到煤的真密度。第四页，共58页。 成因类型成因类型(lixng)genesic type 煤岩组成煤岩组成petrological constituents 矿物质矿物质minerals 煤

5、化程度煤化程度rank3 影响影响(yngxing)煤真密度的因素煤真密度的因素 factors affecting the density of coal第五页，共58页。成因类型的影响成因类型的影响(yngxing)： 腐植煤腐植煤humic coals的真密度一般不低于的真密度一般不低于0.25g/cm3，而腐泥煤，而腐泥煤sapropelite 仅为仅为1.00g/cm3左右；左右；煤岩组成的影响煤岩组成的影响(yngxing)：惰质组惰质组inertinite的密度最大的密度最大 镜质组镜质组vitrinite次之次之壳质组壳质组exinite最低最低随煤化程度的提高这种差别减小，到

6、无烟煤阶段随煤化程度的提高这种差别减小，到无烟煤阶段趋于一致趋于一致第六页，共58页。z 一般来说，随着煤化程度的一般来说，随着煤化程度的提高，煤的结构越趋紧密化，提高，煤的结构越趋紧密化，因而煤的密度也应不断增加。因而煤的密度也应不断增加。然而，实际上如图然而，实际上如图 6-1 所示，所示，在煤化程度较低时，即镜质在煤化程度较低时，即镜质组的组的 C87%的情况下，镜的情况下，镜质组的密度反而随煤化程度质组的密度反而随煤化程度增高而降低。在增高而降低。在C87% 之之前前, H/C 、O/C 、N/C 的变的变化幅度，以化幅度，以 O 减少的幅度减少的幅度最大。由于最大。由于(yuy)氧的

7、迅氧的迅速减少，且氧的原子量又较速减少，且氧的原子量又较碳的原子量为大，碳的原子量为大， 因而碳因而碳的相对增长率低于氧的减少的相对增长率低于氧的减少速度，这使煤的密度相对地速度，这使煤的密度相对地降低了，降低了，C=87% 时，密度时，密度达极小值（达极小值（1.274g/cm3）。）。 第七页，共58页。矿物质的影响：矿物质的影响： 矿物质的密度较煤的有机质高，因而，矿物质的密度较煤的有机质高，因而，煤中矿物质含量高则真密度大；煤中矿物质含量高则真密度大；煤化程度的影响：煤化程度的影响： 对煤的真密度影响最大的是煤化程度。对煤的真密度影响最大的是煤化程度。从低煤化度开始，随煤化程度的提高，

8、煤的从低煤化度开始，随煤化程度的提高，煤的真密度缓慢减小，到碳含量为真密度缓慢减小，到碳含量为8689之之间的中等间的中等(zhngdng)煤化程度时，煤的真煤化程度时，煤的真密度最低，约为密度最低，约为1.30g/cm3左右，此后，煤左右，此后，煤化程度再提高，煤的真密度急剧提高到化程度再提高，煤的真密度急剧提高到1.90g/cm3左右。左右。第八页，共58页。煤真密度随煤化程度的变化是煤分子结构煤真密度随煤化程度的变化是煤分子结构(jigu)变化的宏观表现。从化学结构变化的宏观表现。从化学结构(jigu)的角度看，的角度看，煤的真密度反映了煤分子结构煤的真密度反映了煤分子结构(jigu)的

9、紧密程度的紧密程度compactness和化学组成的特点。其中分子结构和化学组成的特点。其中分子结构(jigu)的紧密程度是影响煤真密度的关键因素。的紧密程度是影响煤真密度的关键因素。（1）分子结构）分子结构(jigu)的影响的影响（2）化学组成的影响）化学组成的影响 第九页，共58页。z水分及风化的影响：水分及风化的影响：z水分水分: 水分越高的煤的密度越大，但这个因素的水分越高的煤的密度越大，但这个因素的影响较为次要影响较为次要(cyo)。z风化风化: 煤风化作用使煤的密度增加，因为煤风化煤风化作用使煤的密度增加，因为煤风化后灰分和水分都相对增加。特别是煤层露出地面后灰分和水分都相对增加。

10、特别是煤层露出地面之处，灰分增加的特别快。例如：某矿区在之处，灰分增加的特别快。例如：某矿区在06m深处煤的灰分为深处煤的灰分为3.8%，而在煤层露头附近表面处，而在煤层露头附近表面处其灰分高达其灰分高达42.1%，密度相应由，密度相应由1.53增加到增加到2.07g/cm3.第十页，共58页。 2.1 视密度的概念：视密度的概念：20时煤的质量与同体积（仅包时煤的质量与同体积（仅包括煤粒的内部括煤粒的内部(nib)孔隙）水的质量之比。孔隙）水的质量之比。 2.2 视密度的用途视密度的用途煤的视密度可用于计算煤的埋藏量。煤的视密度可用于计算煤的埋藏量。计算煤的孔隙率计算煤的孔隙率100， TR

11、DARDTRD孔隙度二、煤的视(相对(xingdu)密度 apparent relative density, ARD第十一页，共58页。1 堆积密度的概念：堆积密度的概念： 煤的堆积密度是指煤的堆积密度是指20下煤的质量与同体积下煤的质量与同体积(包括煤的内包括煤的内外孔隙和煤粒间的空隙）外孔隙和煤粒间的空隙） 水的质量之比。水的质量之比。 堆积密度的大小除了与煤的真密度有关外，主要决定于堆积密度的大小除了与煤的真密度有关外，主要决定于煤的粒度煤的粒度(l d)组成和堆积的密实度。组成和堆积的密实度。2 堆积密度的用途：堆积密度的用途： 设计矿车、煤仓、估算煤堆重量、炼焦炉炭化室和气化设计矿

12、车、煤仓、估算煤堆重量、炼焦炉炭化室和气化炉的装煤量炉的装煤量三、三、 煤的堆积煤的堆积(duj)密度密度 bulk relative density， BRD第十二页，共58页。第二节 煤的机械(jxi)性质 mechanical properties 机械性质机械性质(xngzh)的概念：煤的机械性质的概念：煤的机械性质(xngzh)是指煤在机械是指煤在机械力作用下，所表现的各种特性。力作用下，所表现的各种特性。 如硬度如硬度 脆度脆度 可磨性可磨性 弹性弹性第十三页，共58页。应用：应用： 煤的开采、煤的开采、 破碎破碎crushingcrushing、 燃烧燃烧combustionco

13、mbustion、 气化气化(q hu)gasification(q hu)gasification 成型成型briquetingbriqueting第十四页，共58页。刻划硬度刻划硬度(yngd) scratch hardness/ Mohs (yngd) scratch hardness/ Mohs hardness hardness 显微硬度显微硬度(yngd) Microhardness(yngd) Microhardness一、煤的硬度一、煤的硬度(yngd)第十五页，共58页。刻划刻划(k hu)硬度硬度 scratch hardness/ Mohs hardnessz1822 年

14、年Mohs 首先提出一个半定量概念：以滑石首先提出一个半定量概念：以滑石作为作为1 、金刚石作为、金刚石作为10，采用一套具有标准，采用一套具有标准(biozhn)硬度的矿物共分成硬度的矿物共分成10 个等级，称为莫个等级，称为莫氏硬度氏硬度Mohs hardness，也称为刻划硬度，也称为刻划硬度scratch hardness 。标准。标准(biozhn)矿物的莫氏硬度见表矿物的莫氏硬度见表43。第十六页，共58页。表表43 标准矿物的莫氏硬度标准矿物的莫氏硬度矿矿 物物硬度级别硬度级别矿矿 物物硬度级别硬度级别滑滑 石石1长长 石石6石石 膏膏2石石 英英7方解石方解石3黄黄 晶晶8氟氟

15、 石石4刚刚 玉玉9磷灰石磷灰石5金刚石金刚石10第十七页，共58页。 根据莫氏硬度的划分，煤的硬度一般为根据莫氏硬度的划分，煤的硬度一般为14。煤的。煤的硬度与煤化程度有关，中等煤化程度的焦煤，硬度较小，硬度与煤化程度有关，中等煤化程度的焦煤，硬度较小，约为约为22.5，此后，此后(c hu)随着煤化程度的提高，硬度增随着煤化程度的提高，硬度增加，无烟煤的硬度最大，约为加，无烟煤的硬度最大，约为4左右。同一煤化程度的左右。同一煤化程度的煤，惰质组的硬度最大，壳质组最小，镜质组居中。刻煤，惰质组的硬度最大，壳质组最小，镜质组居中。刻划硬度的准确性较差，在科学研究上采用显微硬度划硬度的准确性较差

16、，在科学研究上采用显微硬度Microhardness的指标。的指标。 第十八页，共58页。显微显微(xin wi)硬度硬度Microhardness 显微硬度属于压入硬度显微硬度属于压入硬度indentation hardness的一种。一般的一种。一般(ybn)采用特殊形状（如角锥形、圆锥形等）而又非常坚硬的采用特殊形状（如角锥形、圆锥形等）而又非常坚硬的压入器，施加一定的压力，使压入器压入到样品表面，形成压压入器，施加一定的压力，使压入器压入到样品表面，形成压痕，卸除压力后用显微镜测量压痕的大小，如用方形棱锥形金痕，卸除压力后用显微镜测量压痕的大小，如用方形棱锥形金刚石压入器时，测量压痕对

17、角线刚石压入器时，测量压痕对角线diagonal line的长度，即可计算的长度，即可计算出显微硬度值。出显微硬度值。第十九页，共58页。中国煤科院北京煤化所对中国煤科院北京煤化所对中国中国50多个主要矿区的多个主要矿区的400多个煤样进行过显微多个煤样进行过显微(xin wi)硬度的研究，硬度的研究，得出显微得出显微(xin wi)硬度硬度与煤化关系如图所示：与煤化关系如图所示：第二十页，共58页。显微硬度随煤化显微硬度随煤化(mihu )程度的变化程度的变化 从褐煤开始，显微硬度随煤化程度从褐煤开始，显微硬度随煤化程度(chngd)提高提高而上升，在碳含量为而上升，在碳含量为75 % 80

18、 %(长焰煤、气煤长焰煤、气煤)之间有一个极大值之间有一个极大值maximum；此后，显微硬度随；此后，显微硬度随煤化程度煤化程度(chngd)提高而下降，在碳含量达到提高而下降，在碳含量达到85%左右最低左右最低minimum；煤化程度；煤化程度(chngd)再提再提高，显微硬度又开始上升，到无烟煤阶段，显微高，显微硬度又开始上升，到无烟煤阶段，显微硬度几乎随煤化程度硬度几乎随煤化程度(chngd)提高而直线增加。提高而直线增加。第二十一页，共58页。z对于图对于图 6-2所示煤的显微硬度与碳含量所示煤的显微硬度与碳含量(hnling)的关的关系可以从煤的结构和组成加以解释。系可以从煤的结构

19、和组成加以解释。（ 1 ） 无烟煤具有高度芳香缩合结构，其机械性质由无烟煤具有高度芳香缩合结构，其机械性质由组成高聚物空间结构链的数量及坚固性所决定。随着组成高聚物空间结构链的数量及坚固性所决定。随着相邻碳网的结合、增大及碳网序理性（排列的整齐程相邻碳网的结合、增大及碳网序理性（排列的整齐程度）的加强，度）的加强， 硬度必随之增大。因而碳含量硬度必随之增大。因而碳含量(hnling)大于大于 87% 后，显微硬度急剧增大，这是煤分子中芳香后，显微硬度急剧增大，这是煤分子中芳香碳网的增大及分子排列的序理性的加强所致。碳网的增大及分子排列的序理性的加强所致。第二十二页，共58页。z（ 2 ） 碳含

20、量大于碳含量大于 78% 的烟煤阶段，其硬度变的烟煤阶段，其硬度变化与化与 O/C 和和 C 的关系相似（图的关系相似（图 6-3 ）。煤中氧的）。煤中氧的存在形式及多少，存在形式及多少， 使煤的性质使煤的性质(xngzh)发生巨大发生巨大的改变。随着氧原子数的减少，氧桥（的改变。随着氧原子数的减少，氧桥（ O ） 的减少，煤分子间结合力降低。反映在硬度上就的减少，煤分子间结合力降低。反映在硬度上就出现了自不粘煤转为粘结煤的硬度的渐次降低。出现了自不粘煤转为粘结煤的硬度的渐次降低。 z（ 3 ）至于褐煤阶段，）至于褐煤阶段， 由于褐煤富有高塑性的腐由于褐煤富有高塑性的腐植酸及沥青质植酸及沥青质

21、(一般含量约达一般含量约达 50% )， 这些成分的这些成分的硬度值很小。因此，硬度值很小。因此， 褐煤的低显微硬度可能与这褐煤的低显微硬度可能与这些高塑性物质的数量有关。些高塑性物质的数量有关。 第二十三页，共58页。二、煤的可磨性二、煤的可磨性 grindability 煤的可磨性是指煤磨碎成粉的难易煤的可磨性是指煤磨碎成粉的难易(nn y)程程度。可磨性指数越大，煤越易被磨碎。目前，国度。可磨性指数越大，煤越易被磨碎。目前，国际上普遍采用哈特葛罗夫法评定煤的可磨性际上普遍采用哈特葛罗夫法评定煤的可磨性(Hardgrove grindability index , HGI )。其基本依。其

22、基本依据是破碎定律，也就是研磨煤粉所消耗的功与煤据是破碎定律，也就是研磨煤粉所消耗的功与煤磨碎后的新的总表面积成正比。磨碎后的新的总表面积成正比。第二十四页，共58页。 哈特葛罗夫法哈特葛罗夫法Hardgrove test 评定煤可磨性的测定要点是：评定煤可磨性的测定要点是： 将美国某矿区的烟煤作为标准煤，其可磨性指将美国某矿区的烟煤作为标准煤，其可磨性指数定为数定为100。测定时，选择四个可磨性指数不同。测定时，选择四个可磨性指数不同(b tn)的标准煤样，然后经哈氏可磨仪研磨后，的标准煤样，然后经哈氏可磨仪研磨后，用用200目筛筛出煤样直径小于目筛筛出煤样直径小于0.071mm的筛下物，的

23、筛下物，以该筛下物质量为纵坐标，相应的可磨性指数为以该筛下物质量为纵坐标，相应的可磨性指数为横坐标得一直线，此直线就是该哈氏可磨仪的校横坐标得一直线，此直线就是该哈氏可磨仪的校准图。准图。第二十五页，共58页。369121520406080100120筛下物重,g可磨性指数可磨性标准曲线第二十六页，共58页。 被测煤样在哈氏可磨仪上研磨后，根据被测煤样在哈氏可磨仪上研磨后，根据(gnj)200目筛下物的质量在校准图上即可查目筛下物的质量在校准图上即可查出相应的可磨性指数，用出相应的可磨性指数，用HGI表示。表示。HGI越大，越大，表示煤的可磨性越好，煤越容易被磨碎。表示煤的可磨性越好，煤越容易

24、被磨碎。 可磨性与煤化程度的关系见下图。可磨性与煤化程度的关系见下图。 第二十七页，共58页。HGI,%在低煤化度阶段，在低煤化度阶段，随煤化程度的增加随煤化程度的增加，煤的可磨性缓慢，煤的可磨性缓慢(hunmn)增加，增加，在碳含量为在碳含量为87%90%时，可磨性迅时，可磨性迅速增大，在碳含量速增大，在碳含量为为90%左右达到最左右达到最大值，此后随煤化大值，此后随煤化程度的进一步提高程度的进一步提高而迅速下降。而迅速下降。第二十八页，共58页。三、 煤的弹性(tnxng)和塑性 z弹性：煤的弹性是指外力下所产生的形变，以及外力除弹性：煤的弹性是指外力下所产生的形变，以及外力除去后形变的复

25、原程度。去后形变的复原程度。z煤的弹性越大，越难加压成型，成型后得到的型块越松煤的弹性越大，越难加压成型，成型后得到的型块越松散，机械强度越低，甚至散，机械强度越低，甚至(shnzh)在脱模时，常因弹性在脱模时，常因弹性膨胀而膨裂或胀碎。因此研究煤的弹性对煤的成型工艺膨胀而膨裂或胀碎。因此研究煤的弹性对煤的成型工艺有十分重要的意义。有十分重要的意义。第二十九页，共58页。z 影响煤弹性的因素：影响煤弹性的因素：z 煤的弹性常与煤的种类、粒度组成、矿物质的组成以及煤的弹性常与煤的种类、粒度组成、矿物质的组成以及(yj)含量等多种因素有关。含量等多种因素有关。z 煤化程度：通常煤化程度越高的煤，其

26、弹性越大，成型性煤化程度：通常煤化程度越高的煤，其弹性越大，成型性越差。越差。z 粒度：对同一种煤，粒度越细弹力越大，其成型性差。粒度：对同一种煤，粒度越细弹力越大，其成型性差。z 矿物质：煤中矿物质越多，弹性越大，而且密度大的矿物矿物质：煤中矿物质越多，弹性越大，而且密度大的矿物质越多，弹性越大。例如：黄铁矿的密度大，其含量多时质越多，弹性越大。例如：黄铁矿的密度大，其含量多时煤的弹性大。煤的弹性大。z 水分：煤中水分越大其弹性越大。水分：煤中水分越大其弹性越大。第三十页，共58页。z塑性：是一种在某种给定载荷下，材料产生永久变塑性：是一种在某种给定载荷下，材料产生永久变形的材料特性。形的材

27、料特性。z塑性和弹性的区别：塑性和弹性的区别：z从能量角度看，塑性是将压缩的能量吸收起来从能量角度看，塑性是将压缩的能量吸收起来(q li)，使颗粒靠紧；弹性是把能量暂时储存起来使颗粒靠紧；弹性是把能量暂时储存起来(q li)，当，当外力消失后又释放出来。因此，塑性与弹性相反，外力消失后又释放出来。因此，塑性与弹性相反，塑性越大，成型越容易。塑性越大，成型越容易。z要提高型块的质量就是要减小煤料的弹性而增加其要提高型块的质量就是要减小煤料的弹性而增加其塑性。塑性。第三十一页，共58页。第三节 煤的热性质(xngzh) 煤的热性质煤的热性质:比热比热specific heat导热性导热性heat

28、 conductivity热稳定性热稳定性thermal stability重点重点(zhngdin)讲热稳定性和比热容，其他自学。讲热稳定性和比热容，其他自学。第三十二页，共58页。z煤的热稳定性的概念：煤的热稳定性是指块煤煤的热稳定性的概念：煤的热稳定性是指块煤 Lump Coal 在高温下保持原来粒度在高温下保持原来粒度(l d)的能力，即块煤在的能力，即块煤在高温汽化或燃烧过程中对热的稳定程度，用高温汽化或燃烧过程中对热的稳定程度，用TS（Thermal Stability）表示。）表示。z热稳定性好的煤在气化或燃烧过程中能保持原来的粒热稳定性好的煤在气化或燃烧过程中能保持原来的粒度度

29、(l d)，而不碎成小块或破碎较少。热稳定性差的，而不碎成小块或破碎较少。热稳定性差的煤则在气化或燃烧时迅速爆裂成小块或煤粉，造成炉煤则在气化或燃烧时迅速爆裂成小块或煤粉，造成炉内气流阻力增加，轻则降低气化或燃烧效率，严重则内气流阻力增加，轻则降低气化或燃烧效率，严重则破坏整个气化过程，甚至造成停炉事故。因此，块煤破坏整个气化过程，甚至造成停炉事故。因此，块煤气化或燃烧要求煤有足够的热稳定性。气化或燃烧要求煤有足够的热稳定性。第三十三页，共58页。煤的热稳定性测定方法：煤的热稳定性测定方法： 取取613mm的煤样在的煤样在850下加热并保温下加热并保温15min，取出冷却后用取出冷却后用6mm

30、的筛子的筛子(shi zi)筛分，计算筛上物质筛分，计算筛上物质量占焦渣总质量的百分数，用量占焦渣总质量的百分数，用TS+6表示，表示，TS+6值越值越大，则煤的热稳定性越好。大，则煤的热稳定性越好。 一般褐煤的热稳定性最差，其次是无烟煤，烟煤则较一般褐煤的热稳定性最差，其次是无烟煤，烟煤则较好。原因？好。原因？ 褐煤含水多，受热后水分蒸发，使煤变碎。无烟煤结褐煤含水多，受热后水分蒸发，使煤变碎。无烟煤结构致密，受热后内外温差较大，膨胀不均，产生应力构致密，受热后内外温差较大，膨胀不均，产生应力使煤破碎。使煤破碎。第三十四页，共58页。二、二、 煤的比热容煤的比热容 z 煤的比热容：在一定温度

31、范围内，单位质量的煤，温度升高煤的比热容：在一定温度范围内，单位质量的煤，温度升高 1所所需要的热量，用需要的热量，用C表示。表示。 z 煤的比热容与煤化煤的比热容与煤化(mihu)程度、水分含量、灰分和温度的变化等程度、水分含量、灰分和温度的变化等因素有关。因素有关。z 煤化煤化(mihu)程度的影响：煤的比热容一般随煤化程度的影响：煤的比热容一般随煤化(mihu)程度的程度的提高而减小。提高而减小。z 水分含量的影响：煤的比热容随水分增大而提高，这是因为水的比水分含量的影响：煤的比热容随水分增大而提高，这是因为水的比热容较大之故。热容较大之故。z 灰分的影响：煤的灰分较多时，灰分的影响：煤

32、的灰分较多时， 比热容则减小，比热容则减小， 因为灰分的比热因为灰分的比热容一般小于容一般小于 0.72J/ (g)。 第三十五页，共58页。z温度变化的影响：煤的比热随着温度的增高成抛物温度变化的影响：煤的比热随着温度的增高成抛物线型变化。当温度低于线型变化。当温度低于 350，煤的比热容随温度升，煤的比热容随温度升高而增大，在高而增大，在 270350时达到最大值，这是由时达到最大值，这是由于煤大分子中的原子和原子团振动吸收于煤大分子中的原子和原子团振动吸收(xshu)能量能量所致；温度大于所致；温度大于350时，比热容随温度升高而下降，时，比热容随温度升高而下降，当温度增加到当温度增加到

33、1000时，比热降至与石墨的比热容时，比热降至与石墨的比热容0.82J/ (g)接近。接近。第三十六页，共58页。第四节第四节 煤的电性质煤的电性质(xngzh) 煤的电性质主要包括煤的电性质主要包括(boku)： 导电性导电性 介电常数介电常数第三十七页，共58页。一、煤的导电性一、煤的导电性 electric conductivity/ conductivity1 煤的导电性的概念煤的导电性的概念 煤的导电性是指煤传导电流的能力。即煤在电场中煤的导电性是指煤传导电流的能力。即煤在电场中导电的难易程度。导电性常用导电的难易程度。导电性常用(chn yn)电阻率电阻率resistivity；（

34、即比电阻（即比电阻m）或导电率）或导电率（电阻（电阻率的倒数）表示。率的倒数）表示。 导电率等于电阻率的倒数。煤的导电能力越强，其导导电率等于电阻率的倒数。煤的导电能力越强，其导电率越大，电阻率越小。反之，导电能力越弱的煤，电率越大，电阻率越小。反之，导电能力越弱的煤，其导电率越小，而电阻率越大。其导电率越小，而电阻率越大。第三十八页，共58页。 根据导电率大小将物质分为导体、半导体和绝缘体。根据导电率大小将物质分为导体、半导体和绝缘体。煤是一种导体或半导体。根据煤导电性质不同，分为煤是一种导体或半导体。根据煤导电性质不同，分为离子导电和电子导电两种形式。电子导电性依靠组成离子导电和电子导电两

35、种形式。电子导电性依靠组成煤的基本物质成分中的自由电子煤的基本物质成分中的自由电子(z yu din z)导电。导电。离子导电是依靠煤的孔隙中水溶液的离子导电。煤的离子导电是依靠煤的孔隙中水溶液的离子导电。煤的无烟煤以电子无烟煤以电子electron导电为主，褐煤是离子导电为主，褐煤是离子ion导电为导电为主。主。 第三十九页，共58页。2 煤的导电性随煤化程度的变化规律煤的导电性随煤化程度的变化规律 导电率随着煤化程度的加深导电率随着煤化程度的加深(jishn)而增加，而增加，煤的含碳量达到煤的含碳量达到87%以后，导电率急剧增加，因当以后，导电率急剧增加，因当含碳量高于含碳量高于87%以后

36、，芳香层片迅速增大，分子内以后，芳香层片迅速增大，分子内轨道彼此重叠，故电子活动范围扩大，并有可能轨道彼此重叠，故电子活动范围扩大，并有可能在一定范围内转移，从而电阻率增大。在一定范围内转移，从而电阻率增大。第四十页，共58页。 物质的介电常数物质的介电常数是指当物质介于电容器两极板间的蓄是指当物质介于电容器两极板间的蓄电量和两板间为真空时的蓄电量之比。电量和两板间为真空时的蓄电量之比。 是综合是综合(zngh)反映物质极化行为的宏观物理量。物质反映物质极化行为的宏观物理量。物质在电场作用下极化能力越强，介电常数在电场作用下极化能力越强，介电常数的值越大，导电的值越大，导电性越好。性越好。介电

37、常数的影响因素：介电常数的影响因素：包括水分影响，煤化程度影响（主要因素）包括水分影响，煤化程度影响（主要因素） 二、煤的介电常数二、煤的介电常数(ji din chn sh) dielectric constant(ji din chn sh) dielectric constant第四十一页，共58页。z 水分影响：对煤的介电常数影响很大，其原因是水的极性大。测定水分影响：对煤的介电常数影响很大，其原因是水的极性大。测定煤的介电常数时，必须用完全干燥的煤样。煤的介电常数时，必须用完全干燥的煤样。 z 煤化程度的影响（主要因素）：随煤化程度的加深，煤的介电常数煤化程度的影响（主要因素）：随煤

38、化程度的加深，煤的介电常数减小，在含碳减小，在含碳87%左右达到最小，然后又急剧增大。原因？左右达到最小，然后又急剧增大。原因？z 因为年轻煤的极性含氧官能团多，极性大，所以因为年轻煤的极性含氧官能团多，极性大，所以较大；随煤化程度较大；随煤化程度的加深，含氧官能团减少，介电常数也减少；当含碳大于的加深，含氧官能团减少，介电常数也减少；当含碳大于87%以后，以后，尽管尽管(jn gun)极性官能团继续减少，但介电常数却急剧增加，这是极性官能团继续减少，但介电常数却急剧增加，这是由于高煤化程度煤导电率增大的缘故。由于高煤化程度煤导电率增大的缘故。z 因此煤化程度对介电常数的影响可归纳成：含碳小于

39、因此煤化程度对介电常数的影响可归纳成：含碳小于87%的煤，介的煤，介电常数的减少是由于煤的结构单元逐渐丧失其极性官能团所致。含电常数的减少是由于煤的结构单元逐渐丧失其极性官能团所致。含碳大于碳大于87%的煤，介电常数增大是因为其导电性增大之故。的煤，介电常数增大是因为其导电性增大之故。第四十二页，共58页。第五节 煤的光学(gungxu)性质optical properties 煤的光学性质主要有可见光照射煤的光学性质主要有可见光照射(zhosh)下的下的反射率反射率reflectance、折射率、折射率refractive index和透光率和透光率以及不可见光照射以及不可见光照射(zhos

40、h)下的下的X射线射线X-ray、红、红外光谱外光谱infrared spectrum、紫外光谱、紫外光谱Ultraviolet spectrum和荧光性质等。这里只介绍煤的透光率。和荧光性质等。这里只介绍煤的透光率。 第四十三页，共58页。 煤的透光率：是指煤样和稀硝酸溶液，在煤的透光率：是指煤样和稀硝酸溶液，在100（沸腾）（沸腾）的温度下，加热的温度下，加热90min后，所产生的有色溶液，对一定后，所产生的有色溶液，对一定波长（波长（475nm）的光，透过的百分率。透光率是区分）的光，透过的百分率。透光率是区分(qfn)褐煤和长焰煤的指标。褐煤和长焰煤的指标。 有 色 溶 液 透 光 率

41、 的 测 定 有 分 光 光 度 计 法有 色 溶 液 透 光 率 的 测 定 有 分 光 光 度 计 法spectrophotometry和目视比色法和目视比色法visual colorimetry两种。两种。分光光度计法因其重现性差，一般用得不多，我国国家分光光度计法因其重现性差，一般用得不多，我国国家标准采用目视比色法测定有色溶液的透光率，用标准采用目视比色法测定有色溶液的透光率，用PM表表示。示。第四十四页，共58页。z透光率的测定方法：透光率的测定方法：z年轻褐煤与混合酸中的稀硝酸，在规定条件下年轻褐煤与混合酸中的稀硝酸，在规定条件下反应，生成反应，生成(shn chn)浅黄色到棕红

42、色的溶浅黄色到棕红色的溶液。用目视比色法测定煤的透光率。混合酸由液。用目视比色法测定煤的透光率。混合酸由1份浓硝酸（体积），浓磷酸份浓硝酸（体积），浓磷酸1份和份和9份水配制而份水配制而成，其中磷酸主要起隐蔽三价铁对比色液颜色成，其中磷酸主要起隐蔽三价铁对比色液颜色的干扰。的干扰。第四十五页，共58页。 透光率与煤化程度的关系：透光率与煤化程度的关系： 研究研究(ynji)表明：煤的透光率与煤化程度关系密切，表明：煤的透光率与煤化程度关系密切，褐煤与稀硝酸反应后产生红棕色的溶液、其透光率低，褐煤与稀硝酸反应后产生红棕色的溶液、其透光率低， 长焰煤与稀硝酸反应后产生浅黄色至黄色溶液，透光长焰煤与

43、稀硝酸反应后产生浅黄色至黄色溶液，透光率比褐煤高。气煤和稀硝酸反应后产生极浅的黄色甚率比褐煤高。气煤和稀硝酸反应后产生极浅的黄色甚至无色的溶液，透光率比长焰煤高。至无色的溶液，透光率比长焰煤高。 肥煤至贫煤及无肥煤至贫煤及无烟煤与稀硝酸反应生成无色溶液，透光率烟煤与稀硝酸反应生成无色溶液，透光率100%。透光。透光率能够较好地区分年轻煤的煤化程度。率能够较好地区分年轻煤的煤化程度。 第四十六页，共58页。z PM的用途的用途 ：透光率在反映年轻煤的煤化程度时非常灵：透光率在反映年轻煤的煤化程度时非常灵敏，敏， 特别是在煤样受到轻微氧化时，其测值不受影响。特别是在煤样受到轻微氧化时，其测值不受影

44、响。原因？原因？z 煤样与稀硝酸的反应是在煤的缩合芳香结构之间进行，而煤样与稀硝酸的反应是在煤的缩合芳香结构之间进行，而煤受轻度氧化作用是在芳香核的侧链上进行，因此煤的轻煤受轻度氧化作用是在芳香核的侧链上进行，因此煤的轻度氧化后仍不影响透光率的测定。度氧化后仍不影响透光率的测定。z 因此，煤的透光率在中国煤炭分类因此，煤的透光率在中国煤炭分类(GB5751)中是划分长焰中是划分长焰煤和褐煤的主要指标以及煤和褐煤的主要指标以及(yj)褐煤划分小类的指标。在我褐煤划分小类的指标。在我国煤炭分类中一般年轻褐煤的国煤炭分类中一般年轻褐煤的PM小于小于 30% ，年老褐煤的，年老褐煤的PM在在 30%5

45、0% 之间；长焰煤的之间；长焰煤的PM通常大于通常大于 50% ；气；气煤的煤的PM一般大于一般大于 90% 。 第四十七页，共58页。第六节第六节 煤的磁性质煤的磁性质(xngzh)(xngzh)自学自学(zxu)(zxu)第四十八页，共58页。第七节第七节 煤的润湿性煤的润湿性Wettability 一、煤的润湿性一、煤的润湿性Wettability煤的润湿性是指液体与固体接触时，固体被液体所润湿的程度煤的润湿性是指液体与固体接触时，固体被液体所润湿的程度。用润湿程度表示液体与固体接触时它们之间的相互关系。用润湿程度表示液体与固体接触时它们之间的相互关系。当液体和煤接触时，如果固体煤的分子

46、与液体分子间的作用力当液体和煤接触时，如果固体煤的分子与液体分子间的作用力大于液体分子间的作用力，则固体煤可被液体润湿，煤的表面大于液体分子间的作用力，则固体煤可被液体润湿，煤的表面粘附该液体。相反，如果固体煤的分子与液体分子间的作用力粘附该液体。相反，如果固体煤的分子与液体分子间的作用力小于液体分子间的作用力，则固体煤不能被液体润湿。小于液体分子间的作用力，则固体煤不能被液体润湿。煤的润湿性可应用于选煤：因为煤易被油类润湿而不易被水润煤的润湿性可应用于选煤：因为煤易被油类润湿而不易被水润湿，但矸石相反。故在粉煤浮选时加入湿，但矸石相反。故在粉煤浮选时加入(jir)矿物油用空气鼓矿物油用空气鼓

47、泡，此时精煤被油膜包围而上浮，而矸石被水包围而下沉，从泡，此时精煤被油膜包围而上浮，而矸石被水包围而下沉，从而达到分离目的。而达到分离目的。第四十九页，共58页。g-sg-sl-s通常采用接触角通常采用接触角Contact angle表示煤的润湿性的大小，表示煤的润湿性的大小，接触角越大，煤的润湿性越差。接触角越大，煤的润湿性越差。接触角是指通过三相接触周边接触角是指通过三相接触周边(三相接触点的连线三相接触点的连线)的任何的任何一点，经气液界面作切线一点，经气液界面作切线(即气液界面张力即气液界面张力)，构成液，构成液体与固体体与固体(gt)表面的夹角，即为接触角表面的夹角，即为接触角。第五

48、十页，共58页。二、二、 煤的润湿性随煤化煤的润湿性随煤化(mihu)(mihu)程度变化规程度变化规律律 煤的润湿性取决于煤表面的分子结构特点。通常分别用水和苯作为煤的润湿性取决于煤表面的分子结构特点。通常分别用水和苯作为液体介质测定煤的接触角，来反映煤的亲水性和亲油性。液体介质测定煤的接触角，来反映煤的亲水性和亲油性。 日本学者日本学者(xuzh)太刀川等人用氮太刀川等人用氮-水或氮水或氮-苯系统作为测定介质，不苯系统作为测定介质，不同煤化程度煤采用粉末法测定同煤化程度煤采用粉末法测定cos，发现：，发现：对于氮对于氮-水系统，随着煤化程度的加深，接触角水系统，随着煤化程度的加深，接触角增

49、大，表明年轻煤易增大，表明年轻煤易被水润湿，年老煤不易润湿。被水润湿，年老煤不易润湿。对于氮对于氮-苯系统，随着煤化程度的加深，接触角苯系统，随着煤化程度的加深，接触角减小，表明年老煤煤减小，表明年老煤煤比年轻煤易被苯润湿。比年轻煤易被苯润湿。 第五十一页，共58页。三、煤的润湿热三、煤的润湿热(sh r) wetting heat 1 润湿热的概念：煤被液体润湿时，放出的热量称为润湿热。润湿热的概念：煤被液体润湿时，放出的热量称为润湿热。通常用通常用1g煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。 润湿热的大小与液体种类和煤化程度润湿热的大小与液体种类和煤化程

50、度(chngd)有关。常用的有关。常用的润湿剂是甲醇，甲醇能够在数分钟内释放出全部润湿热。润湿剂是甲醇，甲醇能够在数分钟内释放出全部润湿热。第五十二页，共58页。z2 润湿热的本质：润湿热的产生实际上是润湿热的本质：润湿热的产生实际上是液体液体(yt)在煤的孔隙内表面上发生吸附作在煤的孔隙内表面上发生吸附作用的结果。吸附作用越强，比表面积越大，用的结果。吸附作用越强，比表面积越大，润湿热就越高。润湿热就越高。第五十三页，共58页。第八节第八节 煤的孔隙煤的孔隙(kngx)度和比表面积度和比表面积Porosity and Surface Area 一、煤的孔隙度一、煤的孔隙度Porosity：煤是一种：煤是一种(y zhn)固态固态胶体物质，其内部存在着很多毛细管胶体物质，其内部存在着很多毛细管capillary和孔和孔隙。煤内部孔隙的体积占煤的总体积的百分数，称隙。煤内部孔隙的体积占煤的总体积的百分数，称为孔隙率。为孔隙率。 二、孔隙度与