4.煤的特征與物理性質

1 1 煤的可磨性煤的可磨性 定義定義 煤被磨碎成粉的難易程度煤被磨碎成粉的難易程度 可磨性指數(shù)越大可磨性指數(shù)越大 煤越易煤越易 被粉碎被粉碎 哈特格羅夫法哈特格羅夫法 采用美國某礦區(qū)易磨碎的煙煤為標準采用美國某礦區(qū)易磨碎的煙煤為標準 可磨性可磨性 為為100 測定時測定時 稱取粒度為稱取粒度為0 63 1 25 mm的空氣干燥基煤樣的空氣干燥基煤樣 50 0 01 g 在規(guī)定條件下在規(guī)定條件下 經過一定研磨經過一定研磨 用篩分方法用篩分方法 測定新增的表面積測定新增的表面積 由此算出煤的可磨性指數(shù)值由此算出煤的可磨性指數(shù)值 計算公式計算公式 HGI 13 6 93 m HGI 煤樣的哈氏可磨性指數(shù)煤樣的哈氏可磨性指數(shù) m 通過通過0 071 mm篩孔篩孔 200目目 的試樣質量的試樣質量 g 2 HGI與煤化程度的關系與煤化程度的關系 隨著煤化程度的增高隨著煤化程度的增高 煤煤 的可磨性指數(shù)呈拋物線變的可磨性指數(shù)呈拋物線變 化化 在碳含量為在碳含量為90 處出處出 現(xiàn)最大值現(xiàn)最大值 煤的可磨性煤的可磨性 3 煤的抗碎強度煤的抗碎強度 定義定義 一定粒度的煤樣自由落下后破碎的能力一定粒度的煤樣自由落下后破碎的能力 目的目的 煤在運輸裝卸過程中煤在運輸裝卸過程中 由于煤塊的碰撞常使原來的大由于煤塊的碰撞常使原來的大 塊破碎成小塊甚至產生一些煤粉塊破碎成小塊甚至產生一些煤粉 這對需要使用塊煤的用戶這對需要使用塊煤的用戶 很不利很不利 因此因此 使用塊煤的用戶對煤的抗碎強度有一定要求使用塊煤的用戶對煤的抗碎強度有一定要求 4 測定方法測定方法 取一定粒度取一定粒度 一定質量一定質量 一定塊數(shù)一定塊數(shù) 的煤塊的煤塊 將將 其從規(guī)定的高度落下其從規(guī)定的高度落下 然后用篩孔為然后用篩孔為25 mm的篩子篩分的篩子篩分 稱稱 出大于出大于25 mm的篩上質量的篩上質量 按下式計算煤的抗碎強度按下式計算煤的抗碎強度 式中式中 SS 煤的抗碎強度煤的抗碎強度 shatter strength m 煤樣質量煤樣質量 g m1 實驗后大于實驗后大于25 mm的篩上物質量的篩上物質量 g 1 m 100 m SS 煤的抗碎強度煤的抗碎強度 5 抗碎強度和煤化程度的關系抗碎強度和煤化程度的關系 煤的抗碎強度與煤化程度煤的抗碎強度與煤化程度 煤巖成分煤巖成分 礦物含量及風化礦物含量及風化 氧化等因素有關氧化等因素有關 中等煤化程度的煤抗碎強度中等煤化程度的煤抗碎強度 較低較低 不同的煤巖成分中不同的煤巖成分中 暗煤的暗煤的 抗碎強度最高抗碎強度最高 鏡煤次之鏡煤次之 絲炭最低絲炭最低 礦物含量較高時抗碎強度較礦物含量較高時抗碎強度較 高高 風化和氧化后煤的抗碎強度風化和氧化后煤的抗碎強度 降低降低 煤的抗碎強度煤的抗碎強度 6 煤的熱性質包括煤的比熱容煤的熱性質包括煤的比熱容 導熱性和熱穩(wěn)定性導熱性和熱穩(wěn)定性 研究煤研究煤 的熱性質的熱性質 不僅對煤的熱加工不僅對煤的熱加工 煤的干餾煤的干餾 氣化和液化等氣化和液化等 過程及傳熱計算有很大意義過程及傳熱計算有很大意義 而且某些熱性質還與煤的結而且某些熱性質還與煤的結 構密切相關構密切相關 如煤的導熱性如煤的導熱性 能反映煤的一些重要結構特能反映煤的一些重要結構特 點點 煤中分子的定向程度煤中分子的定向程度 2 7 定義定義 在一定溫度范圍內在一定溫度范圍內 單位質量的煤單位質量的煤 溫度升高溫度升高1 C所所 需要的熱量需要的熱量 煤的比熱容與煤化程度煤的比熱容與煤化程度 水分水分 灰分和溫度的變化有關灰分和溫度的變化有關 一般隨煤化程度的加深而減少一般隨煤化程度的加深而減少 比熱容隨水分升高而增大比熱容隨水分升高而增大 隨灰分增加而減少隨灰分增加而減少 隨溫度升高隨溫度升高 比熱容呈拋物線形變化比熱容呈拋物線形變化 當溫度低于當溫度低于350 C時時 隨溫度升高而增大隨溫度升高而增大 溫度超過溫度超過350 C 隨溫度的增高下降隨溫度的增高下降 當當 溫度增加到溫度增加到1000 C時時 降至與石墨的比熱容相接近降至與石墨的比熱容相接近 煤的比熱容煤的比熱容 8 煤的導熱性煤的導熱性 煤的導熱性包括熱導率煤的導熱性包括熱導率 導熱系數(shù)導熱系數(shù) kJ m h K 和熱擴散率和熱擴散率 導溫系數(shù)導溫系數(shù) m2 h 兩個基本常數(shù)兩個基本常數(shù) 熱導率熱導率 是熱量從煤的高溫部位向低溫部位傳遞時是熱量從煤的高溫部位向低溫部位傳遞時 單位距離上單位距離上 溫差為溫差為1K的傳熱速率的傳熱速率 和和 有如下關系式有如下關系式 C 煤的比熱容煤的比熱容 kJ kg K 煤的密度煤的密度 kg m3 c 9 煤的導熱性煤的導熱性 物質的導溫系數(shù)是不穩(wěn)定導熱的一個特征物理量物質的導溫系數(shù)是不穩(wěn)定導熱的一個特征物理量 代表物體代表物體 所具有的溫度變化所具有的溫度變化 加熱或冷卻加熱或冷卻 的能力的能力 值越大值越大 溫度隨溫度隨 時間和距離的變化越快時間和距離的變化越快 表示煤的散熱能力表示煤的散熱能力 C C 表示單表示單 位體積物體溫度變化位體積物體溫度變化1K時吸收或放出的熱量時吸收或放出的熱量 即物體的儲熱即物體的儲熱 能力能力 所以導溫系數(shù)所以導溫系數(shù) 為物體散熱和蓄熱能力之比為物體散熱和蓄熱能力之比 是物體在是物體在 溫度變化時顯示出的物理量溫度變化時顯示出的物理量 10 煤的導熱系數(shù)與煤的煤化程度煤的導熱系數(shù)與煤的煤化程度 水分水分 灰分灰分 粒度和溫度有關粒度和溫度有關 泥炭的導熱系數(shù)最低泥炭的導熱系數(shù)最低 煙煤的導熱系數(shù)比泥炭高煙煤的導熱系數(shù)比泥炭高 煙煤中焦煤煙煤中焦煤 和肥煤的導熱系數(shù)最小和肥煤的導熱系數(shù)最小 無煙煤有更高的導熱系數(shù)無煙煤有更高的導熱系數(shù) 同一種煤同一種煤 導熱系數(shù)隨煤中水分的增高而增大導熱系數(shù)隨煤中水分的增高而增大 煤的導熱系數(shù)隨礦物質含量的升高而增大煤的導熱系數(shù)隨礦物質含量的升高而增大 煤的導熱系數(shù)隨溫度的升高而增大煤的導熱系數(shù)隨溫度的升高而增大 一般塊煤或型煤一般塊煤或型煤 煤餅的導熱系數(shù)比同種煤的粉末煤和粉煤大煤餅的導熱系數(shù)比同種煤的粉末煤和粉煤大 煤的導熱性煤的導熱性 11 煤的導溫系數(shù)因水分增加而提高煤的導溫系數(shù)因水分增加而提高 對中等煤化程度的煙煤對中等煤化程度的煙煤 煤的導溫系數(shù)可用下式計算煤的導溫系數(shù)可用下式計算 溫度溫度20 400 C時時 溫度溫度 400 C時時 42 4 4101 0 0003 t 20m h 42 5 0101 0 0033 t 400m h 煤的導熱性煤的導熱性 12 煤的熱穩(wěn)定性煤的熱穩(wěn)定性 煤的熱穩(wěn)定性是指塊煤在高溫下煤的熱穩(wěn)定性是指塊煤在高溫下 燃燒和氣化過程中對熱的穩(wěn)燃燒和氣化過程中對熱的穩(wěn) 定程度定程度 即塊煤在高溫下保持原來粒度的性能即塊煤在高溫下保持原來粒度的性能 熱穩(wěn)定性好的煤熱穩(wěn)定性好的煤 在燃燒和氣化過程中能保持原來的粒度進行在燃燒和氣化過程中能保持原來的粒度進行 燃燒和氣化燃燒和氣化 或只有少量的破碎或只有少量的破碎 熱穩(wěn)定性差的煤在加熱時破熱穩(wěn)定性差的煤在加熱時破 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 從而阻礙氣流的暢從而阻礙氣流的暢 通通 降低煤的燃燒或氣化效率降低煤的燃燒或氣化效率 粉煤量積到一定程度后粉煤量積到一定程度后 就會就會 在爐壁上結渣在爐壁上結渣 甚至停產甚至停產 3 13 褐煤和變質程度深的無煙煤熱穩(wěn)定性差褐煤和變質程度深的無煙煤熱穩(wěn)定性差 煤的熱穩(wěn)定性和成煤煤的熱穩(wěn)定性和成煤 過程中的地質條件有關過程中的地質條件有關 也和煤中礦物質的組成及化學成分有也和煤中礦物質的組成及化學成分有 關關 例如含碳酸鹽類礦物多的煤例如含碳酸鹽類礦物多的煤 受熱后析出大量二氧化碳而受熱后析出大量二氧化碳而 使煤塊破裂使煤塊破裂 孔隙度較大孔隙度較大 含水分較多的煤含水分較多的煤 由于劇烈升溫使由于劇烈升溫使 其水分突然析出其水分突然析出 也會使塊煤破裂而降低煤的熱穩(wěn)定性也會使塊煤破裂而降低煤的熱穩(wěn)定性 測定方法測定方法 在在850 C下加熱煤樣下加熱煤樣 篩取大于篩取大于6 mm煤粒的量煤粒的量 來量度來量度 以以TS 6表示表示 顯然顯然TS 6的值越大的值越大 煤的熱穩(wěn)定性越好煤的熱穩(wěn)定性越好 煤的熱穩(wěn)定性煤的熱穩(wěn)定性 14 1 電阻率電阻率 電阻率僅與材料的性質電阻率僅與材料的性質 形狀和大小有關形狀和大小有關 在數(shù)值上等于在數(shù)值上等于 電流沿長度為電流沿長度為1 cm 截面積為截面積為1 cm2的圓柱形材料軸線方的圓柱形材料軸線方 向通過時的電阻向通過時的電阻 自然條件下自然條件下 不同煤的電阻率變化范圍很大不同煤的電阻率變化范圍很大 可由可由10 4 m到大于到大于104 m 這是由于煤的電阻率受到煤化程度這是由于煤的電阻率受到煤化程度 煤巖成分煤巖成分 礦物質數(shù)量和組成礦物質數(shù)量和組成 煤的水分煤的水分 孔隙度和煤的孔隙度和煤的 構造的影響構造的影響 煤的導電性煤的導電性 煤的導電性是指煤傳導電流的能力煤的導電性是指煤傳導電流的能力 導電性常用電阻率導電性常用電阻率 電導率表示電導率表示 15 2 電導率電導率 電導率等于電阻率的倒數(shù)電導率等于電阻率的倒數(shù) 煤是一種導體和半導體煤是一種導體和半導體 根據(jù)根據(jù) 煤導電性質的不同煤導電性質的不同 可分為電子導電性和離子導電性可分為電子導電性和離子導電性 煤的電子導電性是依靠組成煤的基本物質成分中的自由電煤的電子導電性是依靠組成煤的基本物質成分中的自由電 子導電子導電 如無煙煤具有電子導電性如無煙煤具有電子導電性 離子導電性是依靠煤離子導電性是依靠煤 的孔隙中水溶液的離子導電的孔隙中水溶液的離子導電 如褐煤就屬于離子導電性如褐煤就屬于離子導電性 煤的電導率隨煤化程度的加深而增加煤的電導率隨煤化程度的加深而增加 煤的含碳量達到煤的含碳量達到 87 以后以后 電導率急劇增加電導率急劇增加 煤的導電性煤的導電性 16 煤的介電常數(shù)煤的介電常數(shù) 是指當煤介于電容器兩板間的蓄電量和是指當煤介于電容器兩板間的蓄電量和 兩板間為真空時的蓄電量之比兩板間為真空時的蓄電量之比 0 C C 式中式中 C0 真空時的電容量真空時的電容量 C 加入煤后的電容量加入煤后的電容量 水分對介電常數(shù)的影響極大水分對介電常數(shù)的影響極大 測定煤的介電常數(shù)時必須采用測定煤的介電常數(shù)時必須采用 干燥的煤樣干燥的煤樣 煤的導電性煤的導電性 17 煤的介電常數(shù)隨煤化程度的煤的介電常數(shù)隨煤化程度的 增加而減少增加而減少 在含碳量為在含碳量為 87 處出現(xiàn)極小值處出現(xiàn)極小值 然后急然后急 劇增大劇增大 煤的介電常數(shù)與煤化度的關系煤的介電常數(shù)與煤化度的關系 18 煤的反光性隨變質程度的增高而增強煤的反光性隨變質程度的增高而增強 在反射光下在反射光下 顯微組分表面的反射光強度與入射光強度的百分顯微組分表面的反射光強度與入射光強度的百分 數(shù)稱為反射率數(shù)稱為反射率 鏡質組反射率的變化幅度大鏡質組反射率的變化幅度大 規(guī)律明顯規(guī)律明顯 而且大多數(shù)煤層的顯而且大多數(shù)煤層的顯 微組成都以鏡質組為主微組成都以鏡質組為主 因此通常以鏡質組的反射率作為確定因此通常以鏡質組的反射率作為確定 變質程度的標準變質程度的標準 煤的反射率煤的反射率 4 19 惰質組反射率在變質過程中變化幅度很小惰質組反射率在變質過程中變化幅度很小 殼質組反射率變化殼質組反射率變化 雖大雖大 但在高變質煤中已很少見但在高變質煤中已很少見 不宜作為鑒定標準不宜作為鑒定標準 在確定在確定 煤的變質程度時煤的變質程度時 以用油浸物鏡測得的鏡質組平均隨機反射率以用油浸物鏡測得的鏡質組平均隨機反射率 作為主要鑒定指標作為主要鑒定指標 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 無煙無煙 煤煤 貧煤貧煤瘦煤瘦煤瘦焦瘦焦 煤煤 焦煤焦煤肥煤肥煤氣肥氣肥 煤煤 氣煤氣煤長焰長焰 煤煤 褐煤褐煤煤種煤種 1 褐煤在光學上是各向同性的褐煤在光學上是各向同性的 2 煤由煙煤向無煙煤過渡煤由煙煤向無煙煤過渡 分子結構中芳香核層狀結構增大分子結構中芳香核層狀結構增大 排列趨向規(guī)則化排列趨向規(guī)則化 在平行或垂直于芳香層片的兩個方向上光在平行或垂直于芳香層片的兩個方向上光 學性質各向異性明顯學性質各向異性明顯 煤的反射率煤的反射率 21 煤的熒光性煤的熒光性 熒光是一種有機物和礦物的發(fā)光現(xiàn)象熒光是一種有機物和礦物的發(fā)光現(xiàn)象 是用藍光是用藍光 紫外光紫外光 X射線或陰極射線激發(fā)而產生的射線或陰極射線激發(fā)而產生的 利用熒光顯微鏡在利用熒光顯微鏡在20世紀世紀 初才開始初才開始 自自20世紀世紀70年代以來年代以來 隨著可定量顯微鏡光度計隨著可定量顯微鏡光度計 的出現(xiàn)的出現(xiàn) 使熒光光度方法在煤巖學方面得到廣泛應用使熒光光度方法在煤巖學方面得到廣泛應用 它不它不 僅可以直接鑒定顯微組分僅可以直接鑒定顯微組分 同時顯微熒光光度參數(shù)可用來確同時顯微熒光光度參數(shù)可用來確 定煤級定煤級 煤的熒光性研究可使用光片煤的熒光性研究可使用光片 薄片和光薄片薄片和光薄片 可進行單色熒可進行單色熒 光強度測量光強度測量 熒光變化測量熒光變化測量 熒光光譜測量等熒光光譜測量等 22 煤的透光率煤的透光率 1 透光率的表示透光率的表示 煤的透光率是指煤樣和稀硝酸溶液煤的透光率是指煤樣和稀硝酸溶液 在在100 C的溫度下的溫度下 加熱加熱90 min后后 所產生的有色溶液所產生的有色溶液 對一定波長的光對一定波長的光 475 nm 透過的百分數(shù)透過的百分數(shù) 透光率能較好的區(qū)分低煤化程透光率能較好的區(qū)分低煤化程 度的煤度的煤 是區(qū)分褐煤和長焰煤的指標是區(qū)分褐煤和長焰煤的指標 23 混合酸是由混合酸是由1體積濃度體積濃度65 68 硝酸硝酸 1體積濃度不低于體積濃度不低于85 的磷酸和的磷酸和9體積水混合配制而成體積水混合配制而成 其中磷酸主要起隱蔽三價其中磷酸主要起隱蔽三價 鐵的干擾作用鐵的干擾作用 呈黃色的硝酸不能用呈黃色的硝酸不能用 2 測定方法測定方法 將低變質程度煤與硝酸和磷酸的混合酸在規(guī)定條件下反應將低變質程度煤與硝酸和磷酸的混合酸在規(guī)定條件下反應 產生的有色溶液產生的有色溶液 根據(jù)溶液顏色深淺根據(jù)溶液顏色深淺 以不同濃度的重鉻以不同濃度的重鉻 酸鉀硫酸溶液作為標準酸鉀硫酸溶液作為標準 用目視比色法測定煤樣的透光率用目視比色法測定煤樣的透光率 煤的透光率煤的透光率 24 煤的潤濕性及潤濕熱煤的潤濕性及潤濕熱 煤的表面積煤的表面積 孔隙度和孔徑分布孔隙度和孔徑分布 煤的固態(tài)膠體性質煤的固態(tài)膠體性質 5 25 煤的潤濕性煤的潤濕性 1 固體分子與液體分子的作用力大于液體分子間的作用固體分子與液體分子的作用力大于液體分子間的作用 力力 則固體可以被液體潤濕則固體可以被液體潤濕 反之反之 則不能潤濕則不能潤濕 液體與固體間的潤濕情況液體與固體間的潤濕情況 26 煤與液體的接觸角大小與煤化程度和液體種類有關煤與液體的接觸角大小與煤化程度和液體種類有關 粉末測定法求出的不同煤接觸角粉末測定法求出的不同煤接觸角 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 煤的潤濕性煤的潤濕性 27 煤的潤濕熱煤的潤濕熱 當煤被液體潤濕時當煤被液體潤濕時 由于煤分子和液體分子之間的作用力由于煤分子和液體分子之間的作用力 大于液體分子間的作用力大于液體分子間的作用力 故有熱量放出故有熱量放出 稱為潤濕熱稱為潤濕熱 它的大小與液體種類和煤的表面積有關它的大小與液體種類和煤的表面積有關 常用的溶劑是甲常用的溶劑是甲 醇醇 它的潤濕力強它的潤濕力強 作用快作用快 幾分鐘內潤濕熱基本可全部幾分鐘內潤濕熱基本可全部 釋放出來釋放出來 年輕煤的潤濕熱很高年輕煤的潤濕熱很高 隨著碳含量增加而急劇下降隨著碳含量增加而急劇下降 在碳在碳 含量接近含量接近90 時達到最低點時達到最低點 以后又逐漸上升以后又逐漸上升 28 煤的表面積煤的表面積 煤的表面積包括外表面積和內表面積煤的表面積包括外表面積和內表面積 主要主要 兩部分兩部分 通常用比表面積來表示通常用比表面積來表示 即單位質量的煤具有的總表面積即單位質量的煤具有的總表面積 1 煤的比表面積測定方法煤的比表面積測定方法 1 B E T法法由三位物理化學家開發(fā)由三位物理化學家開發(fā) 原理是一定條件下原理是一定條件下 測定被煤吸附的氣體質量測定被煤吸附的氣體質量 假定被吸附的氣體分子在煤表假定被吸附的氣體分子在煤表 面成單分子層分布面成單分子層分布 根據(jù)吸附的氣體質量和氣體分子的截根據(jù)吸附的氣體質量和氣體分子的截 面積就可以計算出煤的表面積面積就可以計算出煤的表面積 29 2 孔體積法孔體積法 P D 法法 根據(jù)微孔體積和直徑進行計算根據(jù)微孔體積和直徑進行計算 測煤的測煤的 比表面積比表面積 3 氣相色譜法氣相色譜法把一定量煤樣放在色譜柱內把一定量煤樣放在色譜柱內 在動態(tài)下測定柱后在動態(tài)下測定柱后 吸附氣體的濃度隨時間的變化吸附氣體的濃度隨時間的變化 根據(jù)實驗結果進行換算根據(jù)實驗結果進行換算 煤的表面積煤的表面積 30 煤的比表面積與煤化度的關系煤的比表面積與煤化度的關系 煤的比表面積煤的比表面積 B E T 法測定法測定 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 煤的比表面積煤的比表面積 m2 g w C 1 中等煤化度的煤比表面積小中等煤化度的煤比表面積小 2 N2測得的比表面積最低測得的比表面積最低 煤的表面積煤的表面積 6 31 煤的孔隙度煤的孔隙度 煤粒內部孔隙體積與煤的總體積之比稱為孔隙度或氣孔率煤粒內部孔隙體積與煤的總體積之比稱為孔隙度或氣孔率 也也 可用單位質量煤包含的孔隙體積表示可用單位質量煤包含的孔隙體積表示 氦分子能充滿煤的全部孔隙氦分子能充滿煤的全部孔隙 而水銀在不加壓的條件下完全不而水銀在不加壓的條件下完全不 能進入煤的孔隙能進入煤的孔隙 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 分別為用氦和汞測定的煤的密度 分別為用氦和汞測定的煤的密度 g cm3 32 孔隙度與煤化程度關系孔隙度與煤化程度關系 孔隙度與煤化程度的關系孔隙度與煤化程度的關系 1 年輕煙煤的孔隙度基本在年輕煙煤的孔隙度基本在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 約約3 3 w C 90 以上以上 孔隙度隨煤孔隙度隨煤 化程度增加而增加化