基于煤的真相对密度的全自动密度仪

基于煤的真相对密度的全自动密度仪

煤炭的真密度是煤炭的主要物理要素之一。密度应用于各种工作，包括煤炭的体积和质量关系。在研究煤的煤化程度,选定煤在减灰时的重液分选密度均要用到煤的真相对密度,为更好地与国际接轨,提高国内煤的真相对密度分析检测水平,参考美国ASTM标准D2638—91(2002),我国有关单位研制了用氦气替换法测定煤的真相对密度的全自动密度仪。国家标准GB/T217—2008规定测定煤的真相对密度一般采用液体介质,如20g/L的十二烷基硫酸钠水溶液,但测定方法比较繁琐,测试时间较长。氦气替换法解决了此问题,在测定中,该方法自动化程度与准确度均能达到理想的效果。美国ASTM标准D2638—91(2002)一直采用氦气测定煅烧石油焦真密度,已经生产出定型的密度仪。我国生产的全自动密度仪,在煅烧石油焦的出口商检中已得到使用。1密度和真密度的测试方法全自动密度仪测定煤的真相对密度的原理是基于测定已知质量(重量)的煤样在一个已知体积的样品室中所占的体积。样品室中不被样品所占的体积是通过检测样品室中的气体介质在向第二个已知体积的膨胀室(参比室)膨胀时的压力变化来测量的。对于内部含有大量孔隙的煤样而言,真密度的测试及依赖于测试介质气体的性质也和煤的结构特点有关。介质气体分子的大小,对样品的吸附、吸收特性和煤的孔隙结构都是影响测试的重要因素。理想的用于煤的真密度测试的气体介质分子应对煤样没有吸附、吸收作用,而且能够进入所有的孔隙体积。氦是原子量、原子直径最小,无极性的惰性气体,非常容易进入样品的微细孔隙,样品对氦气的吸附性又极小,因此用氦介质测试的密度更接近样品的真实密度,而且采用氦气做测试介质可充分保证气体分子进入煤样的孔隙,在此条件下,测试物质的真体积和真密度具有真实性和科学性。全自动密度仪是基于物理化学的理想气态定律,气体分子动力学和固、气吸附与解吸理论。在恒温条件下,密闭系统中的气体压力和体积之乘积与气体的摩尔数成正比:PV=nRT式中P——压强,Pa;V——气体体积,L;n——物质的量,mol;T——绝对温度,K;R——气体常数。2不被煤样所占体积的测定称取一定质量的分析煤样,置于真密度测定仪的样品室中;密闭测试系统,按程序通入氦气。通过检测样品室中的气体介质向已知体积的参比室中膨胀,或参比室中的气体向样品室中注入时的压力变化,测定不被煤样所占的体积;由此测得煤样的体积,根据煤样的质量和体积,计算煤的真相对密度。3准备和测试前的准备和步骤3.1试剂和材料氦气钢瓶、氦气和压力:纯度99.99%,氦气钢瓶应配有可调节流量、带减压阀的压力表(压力范围0.05MPa～0.15MPa)。3.2钢球砂胶结充填料控制单元样品室和参比室:黄铜加工制成,容积40cm3左右。精密压力传感器。电磁阀:气密性良好。样品杯:容积15mL。标准体积球:体积为7cm3和10cm3的钢球。控制单元:由微机自动控制。分析天平:感量0.1mg。游标卡尺:刻度值0.1mm。3.3节钢瓶瞳气出口压力(1)按要求连接仪器的电路和气路。(2)调节钢瓶氦气的出口压力为(0.06～0.08)MPa。(3)按要求检查测试系统的气密性。(4)调节测试系统的载气压力在规定范围内。3.4测定样品的制备(1)用游标卡尺准确量出标准体积球的直径,按球体体积公式计算出标准体积球的体积。(2)每天测定前按说明书制定程序,用标准体积球放入空的样品杯中,将样品杯放入样品室内,拧紧样品室的盖子,使盖子的定位线对齐。输入标准球体积值后标定样品室和参比室的容积。(3)输入标定的样品室容积和参比室容积等仪器参数。3.5煤样的检测(1)称取常规分析煤样(10±0.1)g,称准至0.0002g,装入干净的样品杯中(样品的体积约占样品杯体积的2/3～3/4左右)。(2)将装有煤样的样品杯放入密度仪的样品室内,拧紧样品室的盖子,使盖子的定位线对齐。(3)输入样品编号、样品质量,水分的试验参数,启动仪器真相对密度测定程序,仪器自动完成通入氦气,测量样品室和参比室的压力及其变化的程序。3.6煤样密度dd的测定干基煤样真相对密度(TRDd)根据下式计算:ΤRDd=m×100-Μad100V/ρTRDd=m×100−Mad100V/ρ式中m——分析煤样质量,g;V——测得的煤样的体积,cm3;Mad——分析煤样水分,%;ρ——水在20℃时的密度,g/cm3。煤的真相对密度重复测定两次,取两次测定结果的算术平均值,按GB/T483规定修约到第二位小数报出。4全自动密度仪测试的准确度和精密度是对于未确定度的煤层调用标准球每天或测试前对样品室和参比室体积都需要进行校准,因为样品室和参比室体积的准确性直接关系到煤的真相对密度测定的准确性。以下是方法精确密度的说明。用全自动密度仪对6个标准煤样进行测试,真相对密度测试结果见表1。从表1中可以看出,6个标准煤样的测试结果与标准值之差都在不确定度范围之内。按照GB/T18510—2001《煤和焦炭试验可替代方法确认准则》规定的用标准物质来判断全自动密度仪测定方法的准确度和精密度。表2是用全自动密度仪重复测试6次标准煤样GBW11111a的真相对密度的结果,标准煤样的真相对密度(TRDd)=1.39±0.02。(1)全自动密度仪偏差计算平均值与参比标准值之差ˉd=1.398-1.39=0.008d¯=1.398−1.39=0.008。计算t检验值:tc=|ˉd|⋅√nSALΤ=0.008×√60.0117=1.67tc=|d¯|⋅n√SALT=0.008×6√0.0117=1.67从t值表中查得t0.05,5=2.57,tc<2.57,由此得出全自动密度仪没有偏差。计算平均值与标准值之差(误差)的95%概率下的置信限:ˉd±t0.05‚n-1SALΤ√n=0.008±2.57×0.0117√6=0.008±0.0123真实偏差存在于-0.004～+0.020。(2)试验结果及讨论SGB=r2√2=0.0071计算F检验值:Fc=S2ALΤS2GB=0.011720.00712=2.72将F与查得的F0.05,5=5.09值比较,Fc<F0.05,5,可替代方法的精密度与国家标准方法的精密度没有显著性差异。全自动密度仪法测试煤样的真相对密度与国标规定的方法可以相互替代,故采用与国家标准方法相一致的方法精密度。用全自动密度仪对10个试样的真相对密度进行2次重复测定,测试