煤和焦炭分析

1、2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年1第四章第四章 煤和焦炭的分析煤和焦炭的分析2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年2第一节第一节 概概 述述2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年3一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质1.煤：是植物遗体覆盖在地层以下，经若干年生物化学、煤：是植物遗体覆盖在地层以下，经若干年生物化学、物理化学作用转化为一种固体可燃性的有机沉淀。物理化学作用转化为一种固体可燃性的有机沉淀。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年42022-5-8张红梅 工业分析 2010

2、-2011学年5 世界煤的储存量：约世界煤的储存量：约13万万 亿吨亿吨 我国煤的储存量：约我国煤的储存量：约7300 亿吨亿吨煤炭：煤炭： 天然存在：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤天然存在：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤 人工产品：木炭、焦炭、煤球人工产品：木炭、焦炭、煤球22422216 14-3HO-2HO-2CH15 14134-CO-CO-HO16 18 51703210C H OC H OC HCC HOOH 植物植物 泥炭泥炭 褐煤褐煤 烟煤烟煤 无烟煤无烟煤2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年6 19世纪以前，世界上能源消耗以煤炭为主。世纪以前，世界上能源消耗以煤炭为主

3、。 20世纪世纪60年代起，世界能源消耗中，石油与天年代起，世界能源消耗中，石油与天然气所占的比例超过了煤炭。然气所占的比例超过了煤炭。 当前工业发达国家消耗的一次能源中，石油与当前工业发达国家消耗的一次能源中，石油与 天然气占天然气占60%以上，煤炭中占以上，煤炭中占20%左右。在中左右。在中 国消费的一次性能源中，煤炭约占国消费的一次性能源中，煤炭约占73%，且，且 在相当时期内这种能源结构不会发生大变化在相当时期内这种能源结构不会发生大变化2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年7煤的缺点：煤的缺点：煤的发热值比石油、天然气低得多，利用效率煤的发热值比石油、天然气低得多，

4、利用效率低。低。通常的采煤方法，开采率仅为通常的采煤方法，开采率仅为60%左右。左右。运输比石油、天然气困难。运输比石油、天然气困难。煤在燃烧过程中生成的煤在燃烧过程中生成的SO2， SO3污染环境，是污染环境，是引起引起酸雨酸雨的主要原因。的主要原因。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年82.煤的组成：由煤的组成：由有机质有机质、矿物质矿物质、水水三部分三部分组成组成有机物有机物：由：由C、H、O、N、S等元素组成，等元素组成，C、H占占 95%以上以上矿物质矿物质：碱金属、碱土金属、：碱金属、碱土金属、Al、Fe等的碳等的碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等。酸盐、

5、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等。水水：外在水、内在水：外在水、内在水2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年9煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 碳是组成碳是组成煤大分子的骨架煤大分子的骨架，在各元素在各元素中最高，一般大于中最高，一般大于70%。随着煤化程度随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可超过如某些超无烟煤，碳含量可超过97%。 碳碳2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年10煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素

6、即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量分数为分数为16%，越是年轻的煤，其含量也越高。，越是年轻的煤，其含量也越高。 氢氢碳和氢是煤中有机质的主要组成元素，两者加在一起碳和氢是煤中有机质的主要组成元素，两者加在一起占煤中有机质的以上。占煤中有机质的以上。煤中碳和氢的发热量最煤中碳和氢的发热量最大大2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年11煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 氧元素是组成煤氧元素是组成煤有机质有机质的十分重要的元素，的十分重要的

7、元素，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，发发热量常随氧元素含量的增高而降低热量常随氧元素含量的增高而降低，其含，其含量从量从130%均有。均有。 氧氧2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年12煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 氮元素在煤中的比例较少，一般为氮元素在煤中的比例较少，一般为0.53%。 氮氮氧和氮在燃烧时不放热，称为惰性成分。氧和氮在燃烧时不放热，称为惰性成分。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年13煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即

8、碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 硫元素也是组成煤的硫元素也是组成煤的有机质有机质的一种常见元素，的一种常见元素，它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低无它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低无明显关系，其含量从最低的明显关系，其含量从最低的0.1到最高的到最高的10%均有。均有。硫硫硫在燃烧时虽然放热，但燃烧产生酸性腐蚀硫在燃烧时虽然放热，但燃烧产生酸性腐蚀有害气体二氧化硫。有害气体二氧化硫。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年14煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同度，而且也直接表征出煤性质的不同。 如

9、碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性很差或是没有粘结性的年轻煤；碳含量高、很差或是没有粘结性的年轻煤；碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤，只有煤，只有碳含量在碳含量在848488%88%，氢含量在，氢含量在5%5%以以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。的炼焦用煤。 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年15一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质3.煤的分类煤的分类 腐植煤（高等植物形成）腐植煤（高等植物形成）

10、腐泥煤腐泥煤 陆植煤陆植煤残植煤残植煤 4.煤的用途：煤的用途：人类生存所需热源提供之一人类生存所需热源提供之一 工业生产（化工、冶金）主要的原料工业生产（化工、冶金）主要的原料5.焦碳：煤在隔绝空气条件下加热、干馏，水分和有机物裂焦碳：煤在隔绝空气条件下加热、干馏，水分和有机物裂解产物（煤气）挥发出来，不挥发部分就是焦碳。解产物（煤气）挥发出来，不挥发部分就是焦碳。6.焦碳的组成：与煤相似，挥发性组分含量少。焦碳的组成：与煤相似，挥发性组分含量少。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年163 3煤的分类煤的分类 煤的种类繁多，质量也相煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的

11、煤有差悬殊，不同类型的煤有不同的用途。不同的用途。 如结焦性好或粘结性好的如结焦性好或粘结性好的煤是优质的煤是优质的炼焦用煤炼焦用煤，热，热稳定性好的无烟块煤是稳定性好的无烟块煤是合合成氨厂的主要原料成氨厂的主要原料，挥发，挥发分和发热量都高的煤是较分和发热量都高的煤是较好的好的动力用煤动力用煤，一些低灰、，一些低灰、低硫的年轻煤则是加压气低硫的年轻煤则是加压气化制造化制造煤气和加氢液化制煤气和加氢液化制取人造液体燃料取人造液体燃料的较好原的较好原料。料。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年17对工业用煤的要求对工业用煤的要求 煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为煤

12、炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为化工原料。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质化工原料。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质冶金用焦，对冶金用焦，对炼焦用煤炼焦用煤有以下要求：有以下要求：（1）有较强的结焦性或粘结性）有较强的结焦性或粘结性 （2）煤的灰分要低）煤的灰分要低（3）煤的硫分要低）煤的硫分要低 （4）配合煤的挥发分要合适）配合煤的挥发分要合适2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年18建材工业用煤建材工业用煤 在建材工业中，水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、石灰在建材工业中，水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、石灰等建筑材料，都要经过各种炉窑焙烧、锻烧甚至等建筑材料，都要经过各种炉

13、窑焙烧、锻烧甚至熔化等高温处理，而煤炭是主要的燃料，其中水熔化等高温处理，而煤炭是主要的燃料，其中水泥工业对煤质要求最高，尤其是年产水泥泥工业对煤质要求最高，尤其是年产水泥2020万吨万吨以上的大、中型水泥厂的回转窑烧成用煤。因其以上的大、中型水泥厂的回转窑烧成用煤。因其煤的灰分大小及其煤灰的组成成分直接影响到水煤的灰分大小及其煤灰的组成成分直接影响到水泥的配料，通常要求灰分低、煤灰成分稳定。如泥的配料，通常要求灰分低、煤灰成分稳定。如灰分太高，发热量就低，达不到熟料的烧成温度灰分太高，发热量就低，达不到熟料的烧成温度14501450以上（要求燃料火焰温度达以上（要求燃料火焰温度达160016

14、0017001700）。）。 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年19二、煤的分析方法二、煤的分析方法 1.煤的工业分析（也称为技术分析或实用分析）煤的工业分析（也称为技术分析或实用分析）主要测定项目：主要测定项目：水分水分(M)、挥发分、挥发分(A)、灰分、灰分(V)、固定、固定碳碳(FC)四项四项分析结果：用来判断煤的种类，估量煤的利用价值评分析结果：用来判断煤的种类，估量煤的利用价值评价煤质。价煤质。通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。测定，而是用差减法进行计算。 有时

15、也将上述四个测定项目叫做有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析半工业分析，再加上煤的，再加上煤的发热发热量量和煤中全硫的测定，和煤中全硫的测定，则称为全工业分析。则称为全工业分析。 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年202.煤的元素分析：主要测定煤的元素分析：主要测定C、H、O、N、S 元素分析结果：为煤科学的分类，合理的利用和元素分析结果：为煤科学的分类，合理的利用和工业设计提供数据。工业设计提供数据。工业分析主要用于煤的生产使用部门，元素工业分析主要用于煤的生产使用部门，元素分析主要用于科研工作。分析主要用于科研工作。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-201

16、1学年213 3其它分析其它分析 如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、铝、一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、铝、钽等常见的稀有元素。钽等常见的稀有元素。 如煤中的锗含量在如煤中的锗含量在2020 g gg g-1-1以上时即可计算以上时即可计算储量而有一定的提取价值，镓含量在储量而有一定的提取价值，镓含量在5050 g gg g- -1 1以上和铀含量在以上和铀含量在300300500500 g gg g-1-1以上时也有以上时也有提取价值，提取价值， 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年223

17、3其它分析其它分析 再如有害元素分析。煤中的有害元素种类很再如有害元素分析。煤中的有害元素种类很多，如硫，磷、氯、砷、氟、铬、镉、汞等。多，如硫，磷、氯、砷、氟、铬、镉、汞等。硫、磷、氯主要是指工业利用中对生产有害，硫、磷、氯主要是指工业利用中对生产有害，后几种则是对人体和环境有害，根据特殊的后几种则是对人体和环境有害，根据特殊的需要进行检测。需要进行检测。 其它还有煤灰成分分析，物理性质测定等，其它还有煤灰成分分析，物理性质测定等，需根据要求来确定检测项目。需根据要求来确定检测项目。 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年23第二节第二节 煤试样的制备方法煤试样的制备方法一

18、、制样总则一、制样总则1.制样目的：是将采集的煤样，经过破碎、混合和缩分制样目的：是将采集的煤样，经过破碎、混合和缩分等程序制备成能代表原来煤样的分析用煤样。等程序制备成能代表原来煤样的分析用煤样。2.精度要求精度要求二、制样用品二、制样用品1.试剂试剂2.设施、设备和工具设施、设备和工具三、煤样的制备三、煤样的制备2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年24第三节第三节 煤的工业分析煤的工业分析2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年25一、煤的水分测定一、煤的水分测定（一）、煤中水分分类（一）、煤中水分分类 游离水游离水 结晶水结晶水 （煤的工业分析中不考虑

19、）（煤的工业分析中不考虑）内在水内在水 外在水外在水 1.外在水分外在水分(Mf ) ：也称风干水分，指煤表面水膜及孔径：也称风干水分，指煤表面水膜及孔径 10-5cm，毛细孔中的水分，风干时失去（，毛细孔中的水分，风干时失去（风干煤风干煤）。）。2.2.内在水分内在水分(M(Minhinh） 也称烘干水分，吸附在孔径也称烘干水分，吸附在孔径1010-5-5cmcm毛细孔毛细孔中的水分，烘干（中的水分，烘干（105105110110）时失去（）时失去（干燥煤干燥煤）。）。全水分全水分(Mt ) 外在水分外在水分内在水分内在水分 3.3.空气干燥煤样水分空气干燥煤样水分M Madad：以空气干燥

20、煤样在指定条件下，测：以空气干燥煤样在指定条件下，测得的水分为得的水分为M Madad 。 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年26（二）空气干燥煤样水分的测定（二）空气干燥煤样水分的测定（GB212-1991）1.1.方法方法A A：通氮干燥法：通氮干燥法方法提要：方法提要：在在105105110110烘箱，将一定质量的空烘箱，将一定质量的空气干燥煤样在不断进入氮气下干燥，至质量恒定气干燥煤样在不断进入氮气下干燥，至质量恒定（连续两次测定质量差）的值小于（连续两次测定质量差）的值小于0.2mg0.2mg计算出水计算出水分的含量。分的含量。2022-5-8张红梅 工业分析

21、2010-2011学年27(2).试剂试剂 氮气：纯度氮气：纯度99.9%，含氧量小于，含氧量小于0.01%； 无水氯化钙：化学纯，粒状；无水氯化钙：化学纯，粒状； 变色硅胶：工业用品。变色硅胶：工业用品。 仪器、设备仪器、设备 小空间干燥器：箱体严密，具有较小的自由空间，有气体进小空间干燥器：箱体严密，具有较小的自由空间，有气体进出口，并带有自动控温装置，能保持温度在出口，并带有自动控温装置，能保持温度在105110范范围内。围内。 玻璃称量瓶：直径玻璃称量瓶：直径40mm，高，高25mm,并带有严密的磨口盖。并带有严密的磨口盖。 干燥器：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙。干燥器：内装变色硅胶或

22、粒状无水氯化钙。 干燥塔：容量干燥塔：容量250ml，内装干燥器。，内装干燥器。 流量计：量程为流量计：量程为1001000ml/min。 分析天平：感量分析天平：感量0.1mg 打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气，并已加热到打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气，并已加热到105105110110 的干燥箱中，进行干燥。的干燥箱中，进行干燥。 从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温后，称量。至室温后，称量。 进行检查性干燥，每次进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过的减少不

23、超过0.001g。（4）结果计算）结果计算%1001mmMadM Madad - -空气干燥煤样的水分含量，空气干燥煤样的水分含量，m m1 1 -煤样干燥后失去的质量，煤样干燥后失去的质量，gm-煤样的质量，煤样的质量，g(3)测定步骤测定步骤 用预先干燥和称量过的称量瓶称取粒度为用预先干燥和称量过的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气以下的空气干燥煤样（干燥煤样（1.00.1）g, 平摊在称量瓶中。平摊在称量瓶中。2.2.方法方法B B：甲苯蒸馏法：甲苯蒸馏法 （1）方法提要方法提要：根据两种互不相溶的液体混合物的沸点低于根据两种互不相溶的液体混合物的沸点低于其中易挥发组分沸点的原理，称取

24、一定量的空气干燥煤样于圆其中易挥发组分沸点的原理，称取一定量的空气干燥煤样于圆底烧瓶中，加入甲苯与煤样一起蒸馏，底烧瓶中，加入甲苯与煤样一起蒸馏，分馏出水分与甲苯，置分馏出水分与甲苯，置于测定管中于测定管中并分层，量出水的体积，以水的质量占煤样质量的并分层，量出水的体积，以水的质量占煤样质量的质量分数作为水分含量。质量分数作为水分含量。（2）试剂和仪器）试剂和仪器（3）测定步骤）测定步骤 称取称取25g25g、粒度为、粒度为0.2mm0.2mm以下的空气干燥煤样，精确至以下的空气干燥煤样，精确至0.001g0.001g，移入干燥的圆底烧瓶中，加入约，移入干燥的圆底烧瓶中，加入约80mL80mL

25、甲苯，安装蒸馏甲苯，安装蒸馏装置。装置。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年30 在冷凝管中通入冷却水。加热蒸馏瓶至内容物达到沸腾状在冷凝管中通入冷却水。加热蒸馏瓶至内容物达到沸腾状态。控制加热温度使在冷凝管口滴下的液滴数约为每秒态。控制加热温度使在冷凝管口滴下的液滴数约为每秒24滴。滴。连续加热，直到馏出液清澈并在连续加热，直到馏出液清澈并在5min内不再有细小水泡出现为内不再有细小水泡出现为止。止。 取下水分测定管，冷却至室温。记下水的体积，并按校正取下水分测定管，冷却至室温。记下水的体积，并按校正后的体积由回收曲线上查出煤样中水的实际体积。后的体积由回收曲线上查出煤样

26、中水的实际体积。（4）回收曲线的绘制）回收曲线的绘制用微量滴定管准确量取用微量滴定管准确量取0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mL蒸馏水，分别放入蒸馏烧瓶中。每瓶各加蒸馏水，分别放入蒸馏烧瓶中。每瓶各加80mL80mL甲苯，按甲苯，按上述方法进行蒸馏。根据水的加入量和实际蒸出的体积绘制回上述方法进行蒸馏。根据水的加入量和实际蒸出的体积绘制回收曲线。收曲线。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年31（5）结果计算）结果计算%100mVdMadM Madad - -空气干燥煤样的水分含量，；空气干燥煤样的水分含量，；V- V- 由回收曲线图上查出的水的体积，由回收曲线图

27、上查出的水的体积，mLmL；d- d- 水的密度水的密度,1.00g/mL,1.00g/mLm-煤样的质量，煤样的质量，g。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年323、方法、方法C（空气干燥法）（空气干燥法）（1）方法提要：）方法提要：称取一定质量的空气干燥煤样，置于称取一定质量的空气干燥煤样，置于105105110110干燥箱中，在空气中干燥至质量恒定，然后根干燥箱中，在空气中干燥至质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水分的含量。据煤样的质量损失计算出水分的含量。（2 2）仪器、设备）仪器、设备（3 3）分析步骤）分析步骤（4 4）结果计算）结果计算%1001mmMad

28、M Madad - -空气干燥煤样的水分含量，空气干燥煤样的水分含量，m m1 1 -煤样干燥后失去的质量，煤样干燥后失去的质量，gm-煤样的质量，煤样的质量，g2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年33 方法方法A和方法和方法B适用于所有煤种，在仲裁适用于所有煤种，在仲裁分析中遇到有用空气干燥煤样水分进行基的分析中遇到有用空气干燥煤样水分进行基的换算时，应用方法换算时，应用方法A测定空气干燥煤样的水测定空气干燥煤样的水分分 方法方法C适用于烟煤和无烟煤。适用于烟煤和无烟煤。 按测定的速度来说按测定的速度来说: 方法方法A为常规测定法，方法为常规测定法，方法B、C为快速测为快

29、速测定法。定法。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年34二、灰分的测定二、灰分的测定 煤样在规定的条件下完全燃烧后所得到的残留物，称为灰煤样在规定的条件下完全燃烧后所得到的残留物，称为灰分。由于灰分的组成和质量与煤的矿物质不完全相同，是矿分。由于灰分的组成和质量与煤的矿物质不完全相同，是矿物质在空气中经过一系列复杂的化学反应后剩余的残渣，因物质在空气中经过一系列复杂的化学反应后剩余的残渣，因此，称之为此，称之为“灰分产率灰分产率”更为合理。煤的灰分来自煤中的矿更为合理。煤的灰分来自煤中的矿物质，包括如下几个部分：物质，包括如下几个部分：. .原生矿物质原生矿物质 煤的原生矿

30、物质是成煤植物在生长过程中，从土壤中吸收的煤的原生矿物质是成煤植物在生长过程中，从土壤中吸收的碱金属和碱土金属的盐类，其含量一般为碱金属和碱土金属的盐类，其含量一般为。这类。这类盐类与煤的有机质结合紧密不易分离。盐类与煤的有机质结合紧密不易分离。. .次生矿物质次生矿物质 在成煤过程中，由外界混到煤层中的矿物质而形成了次生在成煤过程中，由外界混到煤层中的矿物质而形成了次生矿物质。次生矿物质在煤中的分布均匀，含量一般不高。原矿物质。次生矿物质在煤中的分布均匀，含量一般不高。原生矿物质和次生矿物质总称为生矿物质和次生矿物质总称为煤的内在矿物质煤的内在矿物质。以内在矿物。以内在矿物质所形成的灰分称之

31、为内在灰分。质所形成的灰分称之为内在灰分。内在矿物质难以用洗选的内在矿物质难以用洗选的方法去除方法去除。.外来矿物质外来矿物质 在采煤过程中混入的矿顶、底板及夹矿层的矿石、泥、沙等在采煤过程中混入的矿顶、底板及夹矿层的矿石、泥、沙等称为外来矿物质。这类矿物质由于是从外界引入的，在煤中称为外来矿物质。这类矿物质由于是从外界引入的，在煤中分布不均，可采用洗选的方法将其除去。分布不均，可采用洗选的方法将其除去。 以高温灼烧法测定煤中的灰分的含量时，将伴随发生一系列以高温灼烧法测定煤中的灰分的含量时，将伴随发生一系列的物理化学反应，主要的反应如下：的物理化学反应，主要的反应如下：当温度在当温度在左右时

32、：左右时：CaSOCaSO4 42H2H2 2O=CaSOO=CaSO4 4+2H+2H2 2OO Al Al2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O=AlO=Al2 2O O3 32SiO2SiO2 2+2H+2H2 2OO 即煤中的碳酸盐和硅酸盐发生脱水反应，失去结晶水即煤中的碳酸盐和硅酸盐发生脱水反应，失去结晶水当温度在当温度在左右时：左右时： aCOaCO3 3=CaO+CO=CaO+CO2 2 FeCO FeCO3 3=FeO+CO=FeO+CO2 2 即煤中的碳酸盐在温度高于即煤中的碳酸盐在温度高于时，则发生分解反应，时，则发生分解反应，生成氧化物和二氧化碳生成氧化

33、物和二氧化碳2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年36.当在温度在当在温度在左右时：左右时：eS2+11O2=2Fe2O3 + 8SO2 2CaO 2CaO + + 2SO2SO2 2 + + O O2 2 = 2CaSO = 2CaSO4 4 2FeO 2FeO + + O O2 2 = 2Fe = 2Fe2 2O O3 3 即在即在400400600时，由于空气中氧的作用，发生了氧化反应。时，由于空气中氧的作用，发生了氧化反应。但由于但由于SOSO2 2和和CaOCaO发生反应生成发生反应生成CaSOCaSO4 4，使测定结果偏高。，使测定结果偏高。为使为使反应完全，一般

34、让煤样在反应完全，一般让煤样在500500保温一段时间，使煤中的黄铁保温一段时间，使煤中的黄铁矿硫和有机硫被完全氧化。矿硫和有机硫被完全氧化。（4）当温度高于当温度高于7时：时： 当温度高于当温度高于7时，煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发时，煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发生分解，待温度达到生分解，待温度达到800 时分解反应基本完成，因此，时分解反应基本完成，因此，煤煤的灰分测定温度规定为（的灰分测定温度规定为（81010） 。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年37 测定原理测定原理 称取一定量的煤样于灰皿中，置于高温炉并灼烧称取一定量的煤样于灰皿中，置于高温炉并灼烧至

35、恒重。根据灼烧后残留物（灰分）的质量与式样至恒重。根据灼烧后残留物（灰分）的质量与式样试样质量，计算出灰分的含量。试样质量，计算出灰分的含量。 煤的灰分测定包括煤的灰分测定包括缓慢挥发法缓慢挥发法和和快速挥发法快速挥发法（GB212-91GB212-91）。）。缓慢挥发法为仲裁法缓慢挥发法为仲裁法；快速挥发法；快速挥发法为常规分析法。为常规分析法。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年38测定过程测定过程 称取分析煤样称取分析煤样1 0.1g，于已经在，于已经在815 10灼烧恒灼烧恒量的灰皿中，轻微振动，使样品分散为均匀的薄量的灰皿中，轻微振动，使样品分散为均匀的薄层，置温

36、度低于层，置温度低于100的高温炉中。在炉门留有约的高温炉中。在炉门留有约15mm左右的缝隙供自然通风，控制加热速度，左右的缝隙供自然通风，控制加热速度，使炉温在使炉温在30min左右缓慢升高至左右缓慢升高至500并保持此温并保持此温度度30min。然后，升高温度至。然后，升高温度至815 10，关闭炉关闭炉门，在此温度下继续灼烧门，在此温度下继续灼烧1h。取出灰皿，于干燥。取出灰皿，于干燥器中冷至室温（约器中冷至室温（约20min）称量，然后进行检查）称量，然后进行检查性灼烧，每次进行性灼烧，每次进行20min，直到煤样的质量变化，直到煤样的质量变化小于小于0.001g时为止，取最后一次质量

37、计算。灰分时为止，取最后一次质量计算。灰分15%的样品，可不必进行检查性灼烧。的样品，可不必进行检查性灼烧。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年39测定方法：高温灼烧法（空气干燥煤样）测定方法：高温灼烧法（空气干燥煤样）（1）缓慢灰化法缓慢灰化法：煤样：煤样 恒重灰皿恒重灰皿 马弗炉马弗炉100 缓慢升温缓慢升温30min至至500 保温保温30min 升温升温至至815 保温保温1h 冷却至室温冷却至室温 称量称量 检查检查性灼烧至恒量性灼烧至恒量（2）快速灰化法快速灰化法：煤样：煤样 恒重灰皿恒重灰皿 马弗炉马弗炉815 灼烧灼烧40min 冷却至室温冷却至室温 称量称

38、量 检查性灼检查性灼烧至恒量烧至恒量2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年40 长方形灰皿长方形灰皿 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年41灰分快速测定仪2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年42马弗炉马弗炉2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年43结果计算结果计算%1001mmAadA Aadad - -空气干燥煤样的灰分含量，；空气干燥煤样的灰分含量，；m m1 1 -残留物的质量，残留物的质量，g；m-煤样的质量，煤样的质量，g。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年44三、挥发分的测定三、挥发

39、分的测定 将煤放在与将煤放在与空气隔绝空气隔绝的容器内，在高温下的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的经一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿有机质和部分矿物质分解物质分解为为气体气体释出，由减小的质量再减去释出，由减小的质量再减去水的质量即为水的质量即为煤的挥发分煤的挥发分。 因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而是因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而是在特定条件下，煤受热的分解产物，而且其测定值在特定条件下，煤受热的分解产物，而且其测定值受温度、时间和所用坩埚的大小、形状等不同而异，受温度、时间和所用坩埚的大小、形状等不同而异，测定方法为规范性试验方法，因此所测的结果应称测定方法为

40、规范性试验方法，因此所测的结果应称为为挥发分产率挥发分产率，用，用符号符号V V表示。表示。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年45主要指标主要指标 根据挥发分产率的高低，可以初步判别根据挥发分产率的高低，可以初步判别煤的变质程度煤的变质程度、发热量及焦油产率发热量及焦油产率等各种等各种重要性质，而且几乎世界各国都采用重要性质，而且几乎世界各国都采用干燥干燥无灰基挥发分无灰基挥发分作为煤分类的一个主要指标。作为煤分类的一个主要指标。 工业生产上用煤也都首先需要了解挥发工业生产上用煤也都首先需要了解挥发分是否合乎要求，所以煤的挥发分是了解分是否合乎要求，所以煤的挥发分是了解煤

41、性质和用途的最基本也是最重要的指标，煤性质和用途的最基本也是最重要的指标，也是煤分类的重要指标。也是煤分类的重要指标。 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年461仪器 1.1 1.1 磨口坩埚磨口坩埚 1.2 1.2 高温炉高温炉 1.3 1.3 坩埚架坩埚架 坩埚盖外缘坩埚盖外缘槽形，此槽槽形，此槽正好盖在坩正好盖在坩埚口的外缘埚口的外缘上，在盖内上，在盖内边有凹处，边有凹处，以备挥发释以备挥发释出。出。 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年47 马弗炉马弗炉 带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。炉膛内必须有一个

42、温度稳定的恒温区，以炉膛内必须有一个温度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定在保证炉内温度能恒定在900900 1010范围内。范围内。 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年48坩埚架坩埚架 用用镍铬丝镍铬丝制成，制成，其规格以能放其规格以能放置置6 6个坩埚为个坩埚为好，好， 大小应大小应与炉内与炉内900900 1010稳定稳定温度区相适应，温度区相适应，放在架上的坩放在架上的坩埚底部应与炉埚底部应与炉堂底距离堂底距离202030mm30mm。 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年492测定过程测定过程 称 取 分 析 煤 样称 取 分 析 煤 样 1

43、 1 0 . 0 10 . 0 1 g g ， 于 已 在， 于 已 在900900 1010灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲坩埚使试样摊平，然后盖上坩埚盖，置于坩埚使试样摊平，然后盖上坩埚盖，置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至至900900 1010的高温炉的稳定温度区内，的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼烧恰并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼烧恰好好7min7min，迅速取出坩埚架，在空气中放置，迅速取出坩埚架，在空气中放置5 56min6min，再将坩锅置于干燥器中冷却至，再将坩锅置于干燥器中冷却至室温，

44、称量。计算挥发分产率。室温，称量。计算挥发分产率。2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年503. 3. 计计 算算1adad100%mVMm式中式中 m试料的质量，试料的质量，g； m1样品加热后减少的质量，样品加热后减少的质量，g。当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量为当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量为2 21212，则，则adadadCOMmmV21%100当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量1212时，则时，则焦渣adadadadCOCOMmmV221%100V Vadad - -空气干燥煤样的挥发分含量，；空气干燥煤样的挥发分含

45、量，；m m1 1 -煤样加热后减少的质量，煤样加热后减少的质量，g；m-煤样的质量，煤样的质量，g；M Madad - -空气干燥煤样的水分含量，。空气干燥煤样的水分含量，。 空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量，空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量，（按（按GB212测定），测定），% 焦渣中二氧化碳对煤样量的质量分数，焦渣中二氧化碳对煤样量的质量分数，% 2()adCO(2) (adCO焦 渣 ）2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年524 4注意事项注意事项 4.1 4.1 当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降，但是在下降，但是在3min3

46、min内必须使炉温达到内必须使炉温达到900900 1010，否则试验作废。，否则试验作废。4.2 4.2 从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防焦渣被氧化，造成测定误差。焦渣被氧化，造成测定误差。4.3 4.3 每次测定后，坩埚内常附着一层黑色碳每次测定后，坩埚内常附着一层黑色碳烟，应灼烧除去后再使用烟，应灼烧除去后再使用。 2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年53四、煤中固定碳含量的计算四、煤中固定碳含量的计算adadadadVAMFC%100 煤中可燃性固体物是煤燃烧产生热量的主要成分，煤中可燃性固体物是煤燃烧产生热量的主要成分，称之为固

47、定碳。固定碳的数据并非从测试获得，而是称之为固定碳。固定碳的数据并非从测试获得，而是由下式计算所得：由下式计算所得：FCFCadad 空气干燥煤样的固定碳含量，；空气干燥煤样的固定碳含量，；M Madad - -空气干燥煤样的水分含量，空气干燥煤样的水分含量，A Aadad - -空气干燥煤样的灰分含量，；空气干燥煤样的灰分含量，；V Vadad - -空气干燥煤样的挥发分含量，；空气干燥煤样的挥发分含量，；2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年54 “基准基准”的定义的定义 由于煤中水分和灰分的含量易随外界条件的变化而变化，由于煤中水分和灰分的含量易随外界条件的变化而变化，

48、导致煤中其他成分的百分含量也随之变化。因此，用质量导致煤中其他成分的百分含量也随之变化。因此，用质量分数表示煤的工业分析结果时，必须同时表明质量分数的分数表示煤的工业分析结果时，必须同时表明质量分数的基准。基准。煤所处的状态或按需要而规定的成分组合，煤所处的状态或按需要而规定的成分组合，称为称为基基准准，简称基。，简称基。“基基”表示化验结果是以什么状态下的煤样表示化验结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的。为基础而得出的。1、煤质分析结果的表示方法、煤质分析结果的表示方法五、各种基准的换算五、各种基准的换算 术语名称术语名称 英文术语英文术语 定义定义符号符号曾称曾称收到基收到基as rec

49、eived basis以受到状态的煤为基准以受到状态的煤为基准ar应用基应用基空气干燥基空气干燥基air dried basis与空气湿度达到平衡状与空气湿度达到平衡状态的煤为基准态的煤为基准ad分析基分析基干燥基干燥基dry basis以假想无水状态的煤为以假想无水状态的煤为基准基准d干基干基干燥无灰基干燥无灰基dry ash-free basis以假想无水、无矿灰状以假想无水、无矿灰状态的煤为基准态的煤为基准daf可燃基可燃基干燥无矿物质干燥无矿物质基基dry mineral-freemois mineral以假想无水、无矿物质以假想无水、无矿物质状态的煤为基准状态的煤为基准dmmf有机基

50、有机基恒湿无灰基恒湿无灰基mois ash-free basis以假想含量高内在水分、以假想含量高内在水分、无灰状态的煤为基准无灰状态的煤为基准maf恒湿无矿物质恒湿无矿物质基基 matter free basis以假想含量高内在水分、以假想含量高内在水分、无矿物状态的煤为基准无矿物状态的煤为基准m,mmf2、空气干燥基按下列公式换算成其他基、空气干燥基按下列公式换算成其他基（1）收到基煤样的灰分和挥发分）收到基煤样的灰分和挥发分adaradarMMXX%100%100（2）干燥基煤样的灰分和挥发分）干燥基煤样的灰分和挥发分adaddMXX%100%100（3）干燥无灰基煤样的挥发分）干燥无灰

51、基煤样的挥发分adadaddafAMVV%100%1002022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年57五、各种基准的换算五、各种基准的换算当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量12时，则时，则adadadaddafCOAMVV2%100%100arX收到基煤样的灰分和挥发分产率，；收到基煤样的灰分和挥发分产率，；adX空气干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；空气干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；arM收到基煤样的水分的含量，；收到基煤样的水分的含量，；dX干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；dafV干燥无灰基煤样的灰分和挥发

52、分产率，；干燥无灰基煤样的灰分和挥发分产率，；2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年58 例：煤的工业分析结果如下：例：煤的工业分析结果如下： 空气干燥基的水分空气干燥基的水分M Madad=1.76%=1.76%， 灰分灰分A Aadad=23.17%=23.17%，挥发分，挥发分V Vadad=8.59%=8.59% 计算：计算： （1 1）干基的灰分）干基的灰分A Ad d=?=? （2 2）干燥无灰基的挥发分）干燥无灰基的挥发分V Vdafdaf= =？2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年59 解：解： adadd100100MAA%59.2376

53、. 1100100%17.23)(100100adadaddafAMVV%44.11)17.2376. 1 (100100%59. 82022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年60第四节第四节 煤的元素分析煤的元素分析2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年61一、碳和氢的测定一、碳和氢的测定1、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样在氧气流中燃、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样在氧气流中燃烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸水烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸水剂吸收，由吸水剂的增重计算煤中碳和氢的含量。剂吸收，由吸水剂的增重计算煤中碳和氢的

54、含量。2、试剂和材料、试剂和材料3、仪器、设备、仪器、设备4、试验准备、试验准备（1）净化系统各容器的充填和连续）净化系统各容器的充填和连续（2）吸收系统各容器的充填和连续）吸收系统各容器的充填和连续（3）燃烧管的填充）燃烧管的填充（4）炉温的校正）炉温的校正（5）空白试验）空白试验5、测定步骤、测定步骤6、结果计算、结果计算%1002729. 01mmCadadadMmmmH1119. 0%1001119. 032C Cadad -空气干燥基煤样的碳含量，；空气干燥基煤样的碳含量，；H Hadad -空气干燥基煤样的氢含量，；空气干燥基煤样的氢含量，；m1-吸收二氧化碳管的增量，吸收二氧化碳

55、管的增量，g; m2-吸收水分管的增量，吸收水分管的增量，g;m3-水分空白值，水分空白值，g; m-煤样的质量，煤样的质量，g;0.2729将二氧化碳折算成碳的因数；将二氧化碳折算成碳的因数；0.1119将水折算成氢的因数；将水折算成氢的因数；M Madad - -空气干燥煤样的水分含量，空气干燥煤样的水分含量，2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年63当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量2 2时，则时，则adadCOmmC212729. 0%1002729. 02022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年64二、氮的测定

56、二、氮的测定1、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样，加热混合催、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样，加热混合催化剂和硫酸，加热分解，氮转化为硫酸氢铵。加入过量的化剂和硫酸，加热分解，氮转化为硫酸氢铵。加入过量的氢氧化钠溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸标氢氧化钠溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸标准溶液滴定。根据用去的硫酸量，计算煤中氮的含量。准溶液滴定。根据用去的硫酸量，计算煤中氮的含量。2、试剂、试剂3、仪器、设备、仪器、设备4、测定步骤、测定步骤（1）消化（）消化（2）碱化、蒸馏和吸收（）碱化、蒸馏和吸收（3）滴定）滴定2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年

57、65二、氮的测定二、氮的测定5、结果计算、结果计算%100014.021mVVcNadN Nadad 空气干燥煤样的氮含量，；空气干燥煤样的氮含量，；C硫酸标准溶液的浓度，硫酸标准溶液的浓度，mol/LV1 硫酸标准溶液的用量，硫酸标准溶液的用量，mL;V2 空白试验时硫酸标准溶液的用量，空白试验时硫酸标准溶液的用量， mL;0.014 氮（氮（1/2N2）的毫摩尔质量，）的毫摩尔质量，g/mmol; m 煤样的质量，煤样的质量，g。6、方法讨论、方法讨论2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年66三、氧的计算三、氧的计算氧的含量按下式计算氧的含量按下式计算adadadtada

58、dadadAMSNHCO,100当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量2时，则时，则adadadadtadadadadCOAMSNHCO2,100O Oadad 空气干燥煤样的氧含量，；空气干燥煤样的氧含量，；S St,adt,ad 空气干燥煤样的全硫含量，；空气干燥煤样的全硫含量，；M Madad - -空气干燥煤样的水分含量，；空气干燥煤样的水分含量，；A Aadad - -空气干燥煤样的灰分含量，；空气干燥煤样的灰分含量，；adCO2空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量，。空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量，。2022-5-8张红梅 工业分析 2010

59、-2011学年67 硫是煤中的有害成分，硫的测定是煤质分析的主要指标硫是煤中的有害成分，硫的测定是煤质分析的主要指标之一。作为之一。作为燃烧、气化、炼焦燃烧、气化、炼焦等用的煤，若含硫量高，则燃等用的煤，若含硫量高，则燃烧时产生的硫氧化物将对设备产生严重的腐蚀作用，同时污烧时产生的硫氧化物将对设备产生严重的腐蚀作用，同时污染大气，并对生物环境造成恶劣的后果；如用于制染大气，并对生物环境造成恶劣的后果；如用于制半水煤气半水煤气，则气体中产生的硫化氢含量高且不易除净，用此水煤气生产则气体中产生的硫化氢含量高且不易除净，用此水煤气生产合成氨，其中的硫化氢会使催化剂中毒而失效；如用于合成氨，其中的硫化

60、氢会使催化剂中毒而失效；如用于炼焦炼焦工业工业，煤中高含量的硫分被带入焦炭，而用这种焦炭进行炼，煤中高含量的硫分被带入焦炭，而用这种焦炭进行炼钢，则使钢铁产生热脆性而无法使用。因此工业生产部门为钢，则使钢铁产生热脆性而无法使用。因此工业生产部门为了更好地掌握煤地质量，合理利用资源，必须对煤中地含硫了更好地掌握煤地质量，合理利用资源，必须对煤中地含硫量进行分析。量进行分析。第五节煤中全硫的测定第五节煤中全硫的测定2022-5-8张红梅 工业分析 2010-2011学年68 煤中的硫一般分为无机硫和有机硫两大类。硫化物、煤中的硫一般分为无机硫和有机硫两大类。硫化物、硫酸盐以及微量元素硫属于无机硫；