煤質(zhì)分析基礎(chǔ)知識和一般規(guī)定

GB/T483－1998煤炭分析概述及一般規(guī)定國家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心皮中原pizy@

版權(quán)所有未經(jīng)許可不得復(fù)制一.煤的物理化學(xué)特性煤是由古代植物殘骸經(jīng)地質(zhì)作用變化而成的可燃性生物巖，其組成和結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜且極不均一。由于煤是一種包括有許多有機(jī)和無機(jī)物的復(fù)雜混合物，所以其物理和化學(xué)性質(zhì)也極其復(fù)雜。了解煤的物理和化學(xué)性質(zhì)，能使人們進(jìn)一步認(rèn)識煤、改造煤、合理利用煤。第一講煤的物理性質(zhì)

煤的物理性質(zhì)主要影響因素煤的成因因素，即原始物料及其堆積條件；煤化度或變質(zhì)程度；煤的灰分、水分和風(fēng)化程度。煤的相對密度（比重）、顏色、光澤、硬度、粉碎性、熱穩(wěn)定性等1.煤的相對密度（比重）煤的真相對密度（真比重）：20℃時(shí)，煤的質(zhì)量與同溫度同體積（不包括煤的所有孔隙）水的質(zhì)量之比。是計(jì)算煤層平均質(zhì)量與研究煤炭性質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。煤的真相對密度隨煤化度而變化，以鏡質(zhì)組密度為例，在煤化度較低時(shí)，鏡質(zhì)組密度隨煤化度的提高而減少；但當(dāng)碳含量約達(dá)87%時(shí)，鏡質(zhì)組出現(xiàn)最小值，以后隨煤化度的增加而迅速增加。1.煤的相對密度（比重）煤的視相對密度（視比重）：20℃時(shí)，煤的質(zhì)量與同溫度同體積（包括煤的所有孔隙）水的質(zhì)量之比。它是計(jì)算煤的儲(chǔ)量、煤倉設(shè)計(jì)和運(yùn)輸量、粉碎、燃燒等過程的指標(biāo)。煤的氣孔率：根據(jù)煤的真比重和視比重計(jì)算得到煤的氣孔率。它與煤的反應(yīng)性能、強(qiáng)度有一定的關(guān)系：氣孔率大的煤其表面積大，反應(yīng)性能好，但其強(qiáng)度一般較小。1.煤的相對密度（比重）煤的堆積比重：20℃時(shí)，自由堆積的煤的質(zhì)量與同溫度同體積（包括煤的所有孔隙和煤塊之間孔隙在內(nèi)的煤堆體積）水的質(zhì)量之比。注意，此為自由堆積，而非人為壓實(shí)，并且包括煤塊間的孔隙，以噸/米3為單位，在設(shè)計(jì)煤倉、估算煉焦裝煤量和裝車重量的情況下使用。1.煤的相對密度（比重）影響煤比重的因素：煤的種類（成因因素）；巖相組成；煤化度；礦物質(zhì)種類和含量；水分及風(fēng)化。2.煤的顏色一般為黑色、褐色和灰色。煤的顏色和煤的性質(zhì)有關(guān)，隨煤的變質(zhì)程度加深而變化。褐煤呈褐色，主要是由于褐煤中含有腐植酸；煙煤呈黑色；無煙煤呈鋼灰色。如果用顯微鏡對煤薄片進(jìn)行觀察，可以看出煤的顏色從長焰煤到焦煤是有規(guī)律地變化，但其也受變質(zhì)程度和礦物質(zhì)的不同的影響，如變質(zhì)深的褐煤呈深褐色到黑色。3.煤的光澤

煤的光澤是指煤表面的反射能力，通常為全暗的、半暗的、半亮的、全亮和很亮等。

煤的光澤影響因素煤巖組成；煤化程度；灰分有關(guān)。4.煤的硬度

煤的硬度：是當(dāng)用其它較硬的物質(zhì)刻劃的強(qiáng)度，了解煤的硬度能使人們考慮在采煤時(shí)所用機(jī)械裝置及推測機(jī)械磨損等情況，同時(shí)還能事先預(yù)測破碎、成型加工的難易程度。

煤的顯微硬度：是指煤對堅(jiān)硬物體壓入的對抗能力，測定原理是在光滑的煤樣平面上壓入一堅(jiān)硬的特殊形狀的壓力，在煤的表面壓出一印痕，后在顯微鏡下觀察印痕大小，印痕越大，煤的顯微硬度越低。煤的顯微硬度隨變質(zhì)程度的加深而增高。5.煤的粉碎性（可磨性）煤被粉碎（研磨成粉）的難易程度通常用煤的可磨性表示，可磨系數(shù)越大則越容易粉碎，使用粉煤的火電廠和水泥廠常常需要測定煤的可磨性，以便設(shè)計(jì)與改進(jìn)磨煤系統(tǒng)，估計(jì)磨煤機(jī)產(chǎn)率和耗電率。

磨碎定律：在研磨成粉時(shí)消耗的功（能量）與煤所產(chǎn)生的新表面積成正比。測定方法

1.全蘇熱工研究所法（BTN法）

2.哈特葛羅夫（Hardgrcve）法（哈氏法）6.煤的熱穩(wěn)定性

煤的熱穩(wěn)定性是指煤在高溫燃燒或氣化過程中對熱的穩(wěn)定程度，即煤塊在高溫作用下保持原來粒度的性質(zhì)。煤的熱穩(wěn)定性與煤種有關(guān)，無煙煤由于其結(jié)構(gòu)致密，加熱時(shí)內(nèi)外溫差大，引起膨脹不同而破碎，造成熱穩(wěn)定性差；褐煤主要因?yàn)楹侄啵訜徇^程中水分大量蒸發(fā)使煤容易破碎，其熱穩(wěn)定性也差。第二講煤的化學(xué)性質(zhì)煤的風(fēng)化、氧化、熱分解、加氫液化、溶劑提取等1.煤的熱分解煤在熱分解時(shí)能形成不同數(shù)量和不同組成的產(chǎn)物，即膠質(zhì)狀態(tài)、粘結(jié)、成焦等，由于煤的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，極不穩(wěn)定，在熱分解過程中的分解方式和產(chǎn)品性質(zhì)受外界影響，主要愈煤化程度、煤炭組分、加熱方式有關(guān)。1.煤的熱分解煤的熱分解根據(jù)加熱溫度有以下階段：120℃前放出外在水分和內(nèi)在水分，即干燥階段；120～200℃放出吸附在小孔中的氣體。如CO2，CO，CH4等為脫吸階段；200～300℃放出熱解水并開始形成氣態(tài)產(chǎn)物，如CO2，CO，H2S等，有微量焦油析出，稱為開始熱解階段；1.煤的熱分解300～550℃大量析出焦油（幾乎全部）和氣體（主要為CH4和其同系物，不飽和烴、H2、CO2、CO等），煙煤則經(jīng)膠質(zhì)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)變?yōu)榘虢?，稱為膠質(zhì)體固化階段；500～750℃半焦熱解，析出大量含氫的氣體，為熱解的二次氣體，基本不再生成焦油，半焦收縮產(chǎn)生裂紋，稱為半焦收縮階段；750～1000℃半焦進(jìn)一步熱分解，繼續(xù)形成少量氣體（主要含H2），半焦變?yōu)楦邷亟固浚Q為半焦轉(zhuǎn)焦炭階段。1.煤的熱分解煤的熱加工分類：低溫干餾（最終溫度為500～550℃）主要產(chǎn)物為初生焦油，制取發(fā)動(dòng)機(jī)燃料氣和其它化學(xué)產(chǎn)品；中溫干餾（6000～800℃）主要產(chǎn)物為煤氣；高溫干餾（950～1050℃）主要目的產(chǎn)物為冶金焦炭。2.煤的風(fēng)化、氧化和自燃煤在空氣中堆放或里地表很近的煤層在受到大氣因素的綜合影響時(shí)，其物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、工藝性質(zhì)等會(huì)發(fā)生一系列的變化，稱為風(fēng)化，也是氧化，主要是由于煤的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)被氧化引起的，其會(huì)釋放熱量，若釋放的熱量不能及時(shí)釋出，在煤層或煤堆中越積越多，煤的溫度會(huì)越來越高，促使氧化過程加速。釋放更多的熱量，以至達(dá)到煤的燃點(diǎn)，造成自燃。2.煤的風(fēng)化、氧化和自燃煤經(jīng)風(fēng)化、氧化后，其性質(zhì)變化：外觀色澤改變；煤的化學(xué)性質(zhì)變化；煤的熱值變化GB/T483－1998煤質(zhì)分析試驗(yàn)方法一般規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容煤樣測定方法精密度結(jié)果表述符號基的換算溶液濃度試驗(yàn)紀(jì)錄試驗(yàn)報(bào)告一、煤樣空氣干燥狀態(tài)

室溫下連續(xù)干燥1h后煤樣質(zhì)量變化不超過0.1％

要求：

a、分析試驗(yàn)煤樣必須按照GB474《煤樣制備方法》制備；

b、煤樣應(yīng)裝入嚴(yán)密的容器中；

c、稱取煤樣時(shí)，應(yīng)先將其充分混勻二、測定測定結(jié)果表述

除特別要求外,每項(xiàng)分析試驗(yàn)應(yīng)對同一煤樣進(jìn)行2次測定（通常為重復(fù)測定）

超差處理：

a、3次測定值的極差小于1.2T與否；

b、4次的測定值的極差小于1.3T與否；

c、上述條件均未達(dá)到，則應(yīng)舍棄全部測定結(jié)果，并檢查儀器和操作，然后重新測定。二、測定——舉例A、如測定煤的灰分2次結(jié)果為:

10.41%，10.64%

第3次測定，測定值為10.56%

B、煤中全硫測定

0.78%，0.88%，

第3次測定0.84%

第4次測定0.81%二、測定——水分測定要求

凡需要進(jìn)行水分在測定結(jié)果校正和換算要求的分析試驗(yàn)最好能和水分測定同時(shí)進(jìn)行，否則也應(yīng)在盡量短的、水分不發(fā)生顯著變化的期限（最多不超過7天）內(nèi)進(jìn)行。

因?yàn)闀r(shí)間延長，煤樣水分發(fā)生變化，各項(xiàng)目測定值也會(huì)發(fā)生變化。三、方法精密度煤質(zhì)分析試驗(yàn)方法的精密度以重復(fù)性限（同一化驗(yàn)室允許差）和再現(xiàn)性臨界差（不同化驗(yàn)室允許差）來表示。重復(fù)性限

重復(fù)性限：指在同一實(shí)驗(yàn)室，由同一操作者，用同一儀器，對同一分析煤樣于短期內(nèi)所做的重復(fù)測定，所得結(jié)果間的差值（在95％概率下）的臨界值。再現(xiàn)性臨界差

再現(xiàn)性臨界差：指在不同實(shí)驗(yàn)室中，對從煤樣縮制最后階段的同一煤樣中分取出來的、具有代表性的部分所做的重復(fù)測定，所得結(jié)果的平均值的差值（在95％概率下）的臨界值。四、結(jié)果表述——數(shù)據(jù)修約

4舍6入5單雙四、結(jié)果表述——報(bào)出結(jié)果項(xiàng)目單位測定值報(bào)告值鍺、鎵、氟砷、鈾、釩硒、鉻、鉛g/g個(gè)位個(gè)位哈氏可磨性指數(shù)無小數(shù)后一位個(gè)位奧阿膨脹度％1）奧阿收縮度％1）粘結(jié)指數(shù)無磨損指數(shù)mg/kg羅加指數(shù)％1）年輕煤的透光率％四、結(jié)果表述——報(bào)出結(jié)果項(xiàng)目單位測定值報(bào)告值全水、鎘煤對CO2化學(xué)反應(yīng)性%小數(shù)后一位小數(shù)后一位鋁甑低溫干餾焦油、半焦、干餾總水產(chǎn)率％小數(shù)后二位小數(shù)后一位葛金低溫干餾焦油、半焦、干餾總水產(chǎn)率熱穩(wěn)定性最高內(nèi)在水分腐植酸產(chǎn)率抗碎強(qiáng)度四、結(jié)果表述——報(bào)出結(jié)果項(xiàng)目單位測定值報(bào)告值結(jié)渣性工業(yè)分析元素分析全硫各種形態(tài)硫碳酸鹽二氧化碳褐煤的苯萃取物產(chǎn)率灰中硅,鋁,鈦,鈣,鎂,鉀,鈉,硫,磷礦物質(zhì)真相對密度視相對密度％％％％％％％％％無無小數(shù)后二位小數(shù)后二位四、結(jié)果表述——報(bào)出結(jié)果項(xiàng)目單位測定值報(bào)告值汞氯、灰中錳、磷g/g%小數(shù)后三位小數(shù)后三位灰熔融性特征溫度℃十位十位奧阿膨脹度特征溫度℃?zhèn)€位個(gè)位膠質(zhì)層指數(shù)（x、y）mm0.50.5坩堝膨脹序數(shù)無1/21/2發(fā)熱量MJ/kgJ/g小數(shù)后三位個(gè)位小數(shù)后二位十位五、符號分析試驗(yàn)項(xiàng)目的英文名詞第一個(gè)字母或縮略字，以及各化學(xué)成分的元素符號或分子式作為它們的代表符號。

對各分析試驗(yàn)項(xiàng)目的進(jìn)一步劃分，采用相應(yīng)的英文名詞的第一個(gè)字母或縮略字，標(biāo)在有關(guān)符號的右下角。五、符號a——收縮度，％；A——灰分，％；AI——磨損指數(shù)，mg/kg；ARD——視相對密度；b——膨脹度，％；Clin——結(jié)渣率，％；CR——半焦產(chǎn)率，％；CSN——坩堝膨脹序數(shù)；DT——灰熔融性變形溫度，℃；EB——苯萃取物產(chǎn)率，％；FC——固定碳，％；FT——灰熔融性流動(dòng)溫度，℃；五、符號GR.I.—粘結(jié)指數(shù)HA—腐植酸產(chǎn)率，％HGI—哈氏可磨性指數(shù)HT—灰熔融性半球溫度，℃M—水分，％MHC—最高內(nèi)在水分，％MM—礦物質(zhì)，％PM—透光率，％Q—發(fā)熱量，J/g或MJ/kgR.I.—羅加指數(shù)SS—抗碎強(qiáng)度，％ST—灰熔融性軟化溫度℃；Tar—焦油產(chǎn)率，％TRD—真相對密度TS—熱穩(wěn)定性，％V—揮發(fā)分，％Water—干餾總水產(chǎn)率，％x—焦塊最終收縮度，mmy—膠質(zhì)層最大厚度，mm—二氧化碳轉(zhuǎn)化率，％五、符號f——外在或游離inh——內(nèi)在o——有機(jī)p——硫化鐵s——硫酸鹽gr,p——恒壓高位gr,v——恒容高位net,p——恒壓低位net,v——恒容低位b——彈筒t——全五、符號ad——空氣干燥基；ar——收到基；d——干燥基；daf——干燥無灰基；dmmf——干燥無礦物質(zhì)基。六、基的換算——定義

“基”：是表示化驗(yàn)結(jié)果以什么狀態(tài)下的煤樣為基礎(chǔ)而得出的。

空氣干燥基－以空氣濕度達(dá)到平衡狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)

干燥基－以假想無水狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)

收到基－以收到狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)

干燥無灰基－以假想無水、無灰狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)

干燥無礦物基－以假想無水、無礦物質(zhì)狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)六、基的換算——公式要求基已知基空氣干燥基ad收到基ar干基d干燥無灰基daf干燥無礦物質(zhì)基dmmf空氣干燥基ad收到基ar干基d干燥無灰基daf干燥無礦物質(zhì)基dmmf七、溶液濃度——定義

物質(zhì)的量濃度，單位體積溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量，單位為摩爾每升，符號為mol/L。

物質(zhì)的量的國際單位制基本單位是摩爾，定義：

摩爾是一系統(tǒng)的物質(zhì)的量，該系統(tǒng)中所包含的基本單元數(shù)與0.012kg的碳-12的院子數(shù)目相等。

使用摩爾時(shí)，基本單元應(yīng)予指明，其可以是原子、分子、離子、電子及其他粒子，或是這些粒子的特定組合。七、溶液濃度——舉例c(NaOH)＝1mol/L，表示溶質(zhì)的基本單元是氫氧化鈉分子，其摩爾質(zhì)量為40g/mol，溶液的濃度為1摩爾每升，即每升溶液中含有40g氫氧化鈉。c(1/2H2SO4)＝3mol/L，表示溶質(zhì)的基本單元是1/2個(gè)硫酸分子，其摩爾質(zhì)量為49g/mol，溶液的濃度為3摩爾每升，即每升溶液中含有3×49g硫酸。c(H2SO4)＝1.5mol/L，表示溶質(zhì)的基本單元是硫酸分子，其摩爾質(zhì)量為98g/mol，溶液的濃度為1.5摩爾每升，即每升溶液中含有1.5×98g硫酸。七、溶液濃度——舉例c(1/5KMnO4)＝0.1mol/L，表示溶質(zhì)的基本單元是1/5個(gè)高錳酸鉀分子，其摩爾質(zhì)量為31.6g/mol，溶液的濃度為0.1摩爾每升，即每升溶液中含有0.1×31.6g高錳酸鉀。c(1/2Ca2+)＝1mol/L，表示溶質(zhì)的基本單元是1/2個(gè)鈣陽離子，其摩爾質(zhì)量為20.4g/mol，溶液的濃度為1摩爾每升，即每升溶液中含有20.4g鈣陽離子。七、溶液濃度——表示方法溶液的濃度以質(zhì)量比或體積比為基礎(chǔ)給出時(shí)，應(yīng)以下列方式表示百分?jǐn)?shù)：％（m/m）或％（v/v）。溶液的濃度以量綱上不同的單位、質(zhì)量和體積表示，則濃度應(yīng)以克每升或以其適當(dāng)分倍數(shù)表示，如g/L，mg/mL。