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煤炭化驗/煤(mei)炭(tan)分(fen)析(xi)化(hua)驗知(zhi)識(shi)

2018-09-19 02:00:06

    人(ren)們通(tong)常把(ba)開(kai)發煤炭資(zi)源(yuan)的企(qi)業(ye)稱(cheng)作(zuo)煤礦,把開采(cai)出(chu)來(lai)的煤礦產品稱為(wei)煤炭。我(wo)國古(gu)代曾(ceng)稱煤炭為石涅,或稱石(shi)炭。它是植物(wu)遺(yi)體埋(mai)藏(cang)在(zai)地下經過漫(man)長(zhang)複(fu)雜的生(sheng)物化學、地球(qiu)化學(xue)和(he)物理(li)化學作用(yong)轉化而(er)成(cheng)的一(yi)種固體可(ke)燃礦(kuang)產。它不僅(jin)是工(gong)農(nong)業和人民生活(huo)不可缺少(shao)的(de)主(zhu)要燃(ran)料,而且還是(shi)冶(ye)金、化工、醫(yi)藥(yao)等部門(men)的重要原(yuan)料。據(ju)統計,在我國能(neng)源生產和消費構(gou)成中,煤炭一直(zhi)居(ju)於(yu)主導地(di)位,1995年(nian),生產占(zhan)75.5%,消費占75.0%。在國民經濟中(zhong),工業、農業、交(jiao)通運(yun)輸(shu)的發展(zhan)都離不開煤炭。隨(sui)著近(jin)代(dai)科學技(ji)術(shu)的發展和新工藝(yi)、新(xin)方法(fa)的應(ying)用,煤炭的用途和綜(zong)合利用價值將會越(yue)來越大(da)。可以(yi)預(yu)計,在未來相(xiang)當長的時期(qi)內(nei),煤炭在我國國民經(jing)濟(ji)中都(dou)將(jiang)占有相當重要的地位(wei)。   


礦物原料特(te)點(dian)   

(一) 煤的物理性(xing)質   

煤的物理性質(zhi)是煤的一定化學組成和分子結(jie)構的外(wai)部表現(xian)。它(ta)是由(you)成煤的原始(shi)物質及(ji)其聚積(ji)條(tiao)件(jian)、轉化過程、煤化程(cheng)度(du)和風(feng)、氧(yang)化程度等(deng)因素所(suo)決(jue)定(ding)。包括(kuo)顏色(se)、光澤、粉色、比重和容重(zhong)、硬度、脆度、斷(duan)口(kou)及導(dao)電性等。其中,除(chu)了比(bi)重和導電性需要在實驗室(shi)測(ce)定外,其(qi)他(ta)根據肉(rou)眼觀(guan)察(cha)就(jiu)可以確定。煤的物理性質可以作為初(chu)步(bu)評價煤質的依(yi)據,並用以研(yan)究煤的成因(yin)、變(bian)質機(ji)理和解決煤層(ceng)對(dui)比等地質問(wen)題(ti)。   

1.顏色   
是指(zhi)新鮮(xian)煤表麵(mian)的自(zi)然色彩(cai),是煤對不同波長的光(guang)波吸收的結果(guo)。呈(cheng)褐色—黑(hei)色,一般隨煤化程度的提高(gao)而逐(zhu)漸(jian)加(jia)深。   

2.光澤(ze)   
是指煤的表麵在普通光下的反(fan)光能力(li)。一般(ban)呈瀝(li)青、玻(bo)璃和金(jin)剛(gang)光澤。煤化程度越高,光澤越強;礦物質含(han)量越多(duo),光澤越暗;風、氧化程度越深,光澤越暗,直到完全消(xiao)失(shi)。   

3.粉色   
指將煤研成粉(fen)末(mo)的顏(yan)色或(huo)煤在抹(mo)上(shang)釉(you)的瓷板上刻(ke)劃(hua)時(shi)留下的痕(hen)跡(ji),所以又稱為條痕色。呈淺(qian)棕(zong)色—黑色。一般是煤化程度越高,粉色越深。   

4.比重和容(rong)重   
煤的比重又(you)稱煤的密度,它是不包括孔(kong)隙(xi)在內的一定體積的煤的重量與(yu)同(tong)溫(wen)度、同體積的水的重量(liang)之(zhi)比。煤的容重又稱煤的體(ti)重或假比重,它是包(bao)括孔隙在內的一定體積的煤的重量與同溫(wen)度、同體積的水的重量(liang)之(zhi)比。煤的容重是計(ji)算煤層儲量的重要指標。褐(he)煤的容重一般為1.05~1.2,煙煤為1.2~1.4,無煙(yan)煤變化範圍(wei)較(jiao)大,可由1.35~1.8。煤岩(yan)組成、煤化程度、煤中礦物質的成分和含量是影響比重和容重的主要因素。在礦物質含量相同的情況(kuang)下,煤的比重隨煤化程度的加深而增(zeng)大。   

5.硬度   
是指煤抵(di)抗外來機械作用的能力。根據外來機械力作用方式(shi)的不同,可進(jin)一步將煤的硬度分為刻劃硬度、壓痕硬(ying)度和抗(kang)磨(mo)硬度三(san)類。煤的硬度與煤化程度有關,褐煤和焦煤的硬度最小,約(yue)2~2.5;無(wu)煙煤的硬度最大,接近4。   

6.脆度   
是煤受(shou)外力作用而破(po)碎(sui)的程度。成煤的原始物質、煤岩成分、煤化程度等都對煤的脆(cui)度有影響(xiang)。在不同變質程度的煤中,長焰煤和氣(qi)煤的脆度較小(xiao),肥(fei)煤、焦(jiao)煤和瘦(shou)煤的脆度最大,無煙煤的脆度最(zui)小。   

7.斷口   
是指煤受外力打擊(ji)後形(xing)成的斷麵的形狀。在煤中常(chang)見(jian)的斷口有貝(bei)殼(ke)狀斷口、參差(cha)狀斷口等。煤的原始物質組(zu)成和煤化程度不同,斷口形狀(zhuang)各異(yi)。   

8.導電性   
是指煤傳(chuan)導電流(liu)的能力,通常用電阻(zu)率(lv)來表示(shi)。褐煤電阻率低。褐煤向(xiang)煙煤過(guo)渡(du)時,電阻率劇(ju)增。煙煤是不良導體,隨著煤化程度增高,電阻率減(jian)小,至(zhi)無煙煤時急(ji)劇下降(jiang),而具良(liang)好(hao)的導電性。   

(二) 煤的化學組成   

煤的化學組成很(hen)複雜,但(dan)歸(gui)納(na)起來可分為有機質和無機質兩(liang)大類,以有機質為主體。   
煤中的有機質主要由碳(tan)、氫、氧、氮和有機硫(liu)等五(wu)種元素組成。其中,碳、氫、氧占有機質的95%以上。此(ci)外,還(hai)有極(ji)少量的磷(lin)和其他元(yuan)素(su)。煤中有機質的元素組成,隨煤化程度的變化而有規律(lv)地變化。一般來講,煤化程度越深(shen),碳的含量越高,氫(qing)和氧的含量越低,氮(dan)的含量也稍(shao)有降低。唯(wei)硫(liu)的含量則(ze)與煤的成因類型(xing)有關(guan)。碳和氫是煤炭燃燒過程中產生熱量的重要(yao)元素,氧是助(zhu)燃元素,三者(zhe)構成了有機質的主體。煤炭燃燒時,氮不產生熱(re)量,常以遊(you)離狀態(tai)析出,但在高溫條件下,一部(bu)分氮轉(zhuan)變成氨(an)及其他含氮化合物,可以回(hui)收(shou)製(zhi)造(zao)硫(liu)酸(suan)氨、尿(niao)素及氮肥。硫(liu)、磷、氟、氯(lv)、砷等是煤中的有害元素。含硫(liu)多的煤在燃燒時生成硫(liu)化物氣體,不僅腐(fu)蝕(shi)金屬(shu)設備,與空(kong)氣中的水(shui)反應形成酸雨,汙(wu)染(ran)環(huan)境,危(wei)害植(zhi)物生產,而且將含有硫(liu)和磷的煤用作冶金煉焦時,煤中的硫(liu)和磷大部分轉入焦炭中,冶煉時又轉入(ru)鋼鐵(tie)中,嚴(yan)重影響焦炭和鋼鐵質量,不利於鋼(gang)鐵的鑄(zhu)造和機械加工。用含有氟和氯(lv)的煤燃燒或煉焦時,各(ge)種(zhong)管(guan)道(dao)和爐壁(bi)會(hui)遭到強(qiang)烈(lie)腐蝕。將含有砷(shen)的煤用於釀(niang)造和食(shi)品工業作燃料(liao),砷含量過高,會增加產品毒性,危及人民(min)身(shen)體健(jian)康(kang)。   
煤中的無機質主要是水分和礦物質,它們的存在降低了煤的質量和利用價值,其中絕(jue)大多數(shu)是煤中的有害成分。   
另(ling)外,還有一些稀(xi)有、分散(san)和放(fang)射(she)性元素,例(li)如(ru),鍺(duo)、镓(jia)、銦(yin)、釷、釩(fan)、鈦(tai)、鈾(you)……等,它們(men)分別以有機或無機化合(he)物的形態存(cun)在於煤中。其中某(mou)些(xie)元素的含量,一旦(dan)達(da)到(dao)工業品位或可綜合利用時,就是重要的礦產資源。   
通過元素分析可以了解(jie)煤的化學組成及其含量,通過工業分析可以初步了解煤的性質,大致(zhi)判斷煤的種類和用途(tu)。煤的工業分析包括對水分、灰(hui)分、揮(hui)發(fa)分的測定和固定碳的計算(suan)四(si)項內容。   

1.水分   
指單(dan)位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、內在水分和結晶水三種存在狀態。一般以煤的內在水分作為評定煤質的指標(biao)。煤化程度越低,煤的內部表(biao)麵積越大,水分含量越高。水分對煤的加工利用是有害(hai)物質。在煤的貯(zhu)存過程中,它能加速(su)風化、破裂(lie),甚(shen)至自燃;在運輸時,會增加運量,浪(lang)費運力,增加運費;煉焦時,消耗熱量,降低爐溫,延(yan)長煉焦時間(jian),降低生產效率;燃燒時,降低有效(xiao)發熱量;在高寒(han)地區(qu)的冬(dong)季(ji),還會使(shi)煤凍結,造成裝卸(xie)困難(nan)。隻(zhi)有在壓(ya)製煤磚(zhuan)和煤球時,需要適(shi)量的水分才能成型。   

2.灰分   
是指煤在規定條件下完全燃燒後剩(sheng)下的固(gu)體殘渣(zha)。它是煤中的礦物質經過氧化、分解而來。灰分對煤的加工利用極為不利。灰分越高,熱效率越低(di);燃燒時,熔化的灰分還會在爐內結成爐渣,影響煤的氣化和燃燒,同時造成排(pai)渣困(kun)難;煉焦時,全部轉入焦炭,降低了焦炭的強度,嚴重影(ying)響焦炭質量。煤灰成分十(shi)分複雜(za),成分不同直接影響到灰分的熔(rong)點。灰熔點低的煤,燃燒和氣化時,會給(gei)生產操(cao)作帶(dai)來許(xu)多困難。為此,在評價(jia)煤的工業用途時,必(bi)須分析灰成分,測定灰熔點。   

3.揮發分   
指煤中的有機物質受熱分解產生的可燃性氣體。它是對煤進行(xing)分類的主要指標,並(bing)被(bei)用來初步確(que)定煤的加工利用性質。煤的揮發分產率與煤化程度有密(mi)切(qie)關係,煤化程度越低,揮發分越高,隨著(zhu)煤化程度加深,揮發分逐漸降低。   

4.固定碳   
測定煤的揮發分時,剩下的不揮發物稱為焦渣。焦渣減去(qu)灰分稱為固定碳。它是煤中不揮發的固體可燃物,可以用計算方法算出。焦渣的外觀與煤中有機質的性質有密切關係(xi),因此,根據焦渣的外觀特征,可以定性地判(pan)斷煤的粘(zhan)結性和工業用途。   

(三)煤的工藝性質   

為了提(ti)高煤的綜合利用價值,必須(xu)了解、研究煤的工藝性質,以滿(man)足各方麵對煤質的要求(qiu)。煤的工藝性質主要包括:粘結性和結焦性、發熱量、化學反應性、熱穩(wen)定性、透光率、機械強度和可選性等。   

1.粘結性和結焦性   
粘結性是指煤在幹餾過程中,由於煤中有機質分解,熔融而使煤粒能夠相互(hu)粘結成塊的性能。結焦性是指煤在幹(gan)餾(liu)時能夠結成焦炭的性能。煤的粘結性是結焦性的必要條件,結焦性好的煤必須具(ju)有良好的粘結性,但粘結性好的煤不一定能單獨(du)煉出質量好的焦炭。這(zhe)就是為什(shen)麽(mo)要進行配煤煉焦的道理。粘結性是進行煤的工業分類的主要指標,一般用煤中有機質受熱分解、軟(ruan)化形成的膠(jiao)質體的厚度來表示,常稱膠質層厚(hou)度。膠質層越厚,粘結性越好。測定粘結性和結焦性的方法很多,除膠質層測定法外,還有羅(luo)加指數法、奧(ao)亞(ya)膨(peng)脹(zhang)度試(shi)驗(yan)等等。粘結性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和礦物質含量等多種因素的影響。煤化程度最高和最低的煤,一般都沒(mei)有粘結性,膠質層厚度也(ye)很小。   

2.發熱量   
是指單位重量的煤在完(wan)全燃燒時所產生的熱量,亦稱熱值,常用106J/kg表示。它是評(ping)價煤炭質量,尤(you)其是評價動(dong)力用煤的重要指標。國際市場(chang)上動力用煤以熱值(zhi)計價。我國自1985年6月(yue)起(qi),改革沿(yan)用了幾(ji)十年的以灰分計價為以熱值計價。發熱量主要與煤中的可燃元素含量和煤化程度有關。為便於比較耗煤量,在工業生產中,常常將實(shi)際(ji)消耗的煤量折(zhe)合成發熱量為2.930368×107J/kg的標準(zhun)煤來進行計算。   

3.化學反應性   
又稱活性。是指煤在一定溫度下與二(er)氧化碳、氧和水蒸汽(qi)相互作用的反應能力。它是評價氣化用煤和動力用煤的一項(xiang)重要指標。反應性強弱直接影響到耗(hao)煤量和煤氣的有效成分。煤的活性一般隨煤化程度加深而減弱(ruo)。   

4.熱穩定性   
又稱耐(nai)熱性。是指煤在高溫作用下保持原來粒(li)度的性能。它是評價氣化用煤和動力用煤的又一項重要指標。熱穩定性的好壞,直接(jie)影響爐內能否(fou)正(zheng)常生產以及煤的氣化和燃燒效率。   

5.透(tou)光率   
指低煤化程度的煤(褐煤、長焰(yan)煤等),在規(gui)定條件下用硝(xiao)酸與磷酸的混合液處理後(hou),所得溶(rong)液(ye)對光的透過率稱為透光率。隨著煤化程度加深,透光率逐漸加大。因此,它是區別(bie)褐煤、長焰煤和氣煤的重要指標。   

6.機械(xie)強度   
是指塊(kuai)煤受外力作用而破碎的難易(yi)程度。機械強度低的煤投(tou)入氣化爐時,容易碎成小塊和粉末,影響氣化爐(lu)正常操作。因此,氣化用煤必須具備(bei)較高的機械強度。   

7.可選(xuan)性   
是指煤通過洗選,除去其中的夾矸和礦物質的難易程度。我國現行的選煤方法,詳(xiang)見第(di)四節。  

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