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煤的工业分析
1. 水分 (1) 外在水分(Wwz)外在水分是指煤在开采、运输和洗选过程中润湿在煤的外表以及大毛细孔(直径>10-5厘米)中的水。它以机械方式与煤相连结着,较易蒸发,其蒸汽压与纯水的蒸汽相等.在空气中放置时,外在不分不断蒸发,直至煤中水分的蒸汽压与空气的相对湿度达到平衡时为止,此时失去的水分就是外在水分.含有外在水分的煤称为应用煤, 失去外在水分的煤称为风干煤.外在水分的多少与煤粒度等有关,而与煤质无直接关系. (2)内在水分(Wnz)吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔(直径〈10-5厘米〉中的水,称为内在水分.内在水分指将风干煤加热到105~110时所失去的水分,它主要以物理化学方式(吸附等)与煤相连结着,较难蒸发,故蒸气压小于纯水的蒸汽压. 失去内在水分的煤称为绝对干燥或干煤. 2. 分灰 1).灰分的来源和种类 煤灰几呼全部来源于煤中的矿物质,但煤在燃烧时,矿物质大部分被氧化,分解,并失去结晶水,因此,煤灰的组成和含量与煤中矿物质的组成和含量差别很大.我们一般说的煤的灰分实际上就是煤灰产率,煤中矿物质和灰分的来源,一般可分三种. (1)原生矿物质 它是原来存在于成煤植物中的矿物质,质紧密地结合在一起,极难用机械的方法将其分开.它燃烧后形成母体灰分,这部分数量很小 (2)次生矿物质 当死亡植质堆积和菌解时,由风和水带来的细粘土,砂粒或由水中钙,镁,铁等离子生成的腐植酸盐及FeS2等混入而成,在煤中成包裹体存在.用显微镜观察煤的光片或薄片时,如它们均匀分布在煤中,并且颗粒很细,则很难与煤分离;如它们颗粒较大,比重与差很大,并在煤中分布不均, 则把煤破啐后尚可能将它们洗选掉. 煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质.来自于内在矿物质的灰分,称为内在灰分.一般次生矿物质在煤中的含量也不多,仅有少数煤层中次生矿物质较多,如迁移堆积抽 形成的煤层即如此. (3)外来矿物质 这种矿物质原来不含于煤层中,它是由在采煤过程中混入煤中的顶,底板和夹矸层中的矸石所形成的. 其数量多少,根据开采条件在很大的范围里波动.它的主要成分为SiO2,A12O3,也有一些CaSO3,CaSO4,FeS2等。这类矿物质应通过加强质量管理,机智地使用炸药,巩固坑道,合理采煤并通过转筒筛选机筛选和手选的方法予以减少。外来矿物质的块度,比重越大时,越易分离,可用一般选煤方式将它除掉。外来矿物质在煤燃烧时形成的灰分称为外在灰分。 (2)煤灰熔融性 煤灰熔融性和煤灰粘度是动力用煤的重要指标.煤灰熔融性习惯上称作煤灰熔点,但严格来讲这是不确切的.因为煤灰是多种矿物质组成的混合物,这种混合物并没有一个固定的熔点,而仅有一个熔化温度的范围.开始熔化的温度远比其中任一组分纯净矿物质熔点为低.这些组分在一定温度下还会形成一种共熔体,这种共熔体在熔化状态时,有熔解煤灰中其他高熔点物质的性能,从而改变了熔体的成及其熔化温度. 煤灰的熔融性和煤灰的利用取决于煤灰的组成.煤灰成分十分复杂,主要有:SiO2,A12O3, Fe23,CaO,MgO,SO3等,如下表所示: 我国煤灰成分的分析 灰分成分 SiO2 A12O3 Fe2O3 CaO MgO K2O+Na2O 含量(%) 15~60 15~40 1~35 1~20 1~5 1~5 煤灰成分及其含量与层聚积环境有关。我国很多煤层的矿物质以粘土为主,煤灰成分则为SiO2,A12O3为主,两者总和一般可达50~80%。在滨海沼泽中形成的煤层,如华北晚石纪煤层黄铁矿含量高,煤灰中Fe2O3及SO3含量亦较高;在内陆湖盆地中形成的某些第三纪褐煤的煤灰中CaO含量较高。 大量试验资料表明,SiO2含量在45~60%时,灰熔点随SiO2含量增加而降低;SiO2在其含量〈45%或〉60%时,与灰熔点的关系不够明显。A12O3在煤灰中始终起增高灰熔点的作用。煤灰中A12O3的含量超过期30%时,灰熔点在1500。灰成分中Fe2O3,CaO,MgO均为较易熔组分,这些组分含量越高,灰熔点就越低。灰熔点也可根据其组成用经验公式进行计算。 3. 挥发分和固定碳 挥发分主要是煤中有机质热分解的产物,评价煤质时为了排除水分,灰分,变化的影响,须将分析煤样挥发分换算为以可燃物为基准的挥发分,以符号VR表示。换算分式为: Vr=Vf 100 100-WF-AF 式中:Vr——可燃基(无水无灰基)挥发分,%; Vf——分析基挥发分,%; Wf——分析煤样水分,%; Af——分析煤样灰分,%。 挥发分随煤化程度升高而降低的规律性十分明显,可以初步估计煤的种类和化学工艺性质,而且挥发分的测定简单,快速,易于标几乎世界各国都采用可燃基挥发分(Vr)作为煤炭工业分类的第一分灯指标。 挥发分的分析结果常受煤中矿物质的影响。所以当煤中碳酸盐含量较高,矿物质在高温下分解出来的CO2,结果水等也包括在挥发分内。所以当煤中碳酸盐含量较高,分解出来的CO2产率大于2%时,需要对煤的挥发进行正。也可在测定挥发分之前,用盐酸处理分析煤样,使煤中碳中碳酸盐事先分解。在我国大我数煤中,粘土矿物,高岭土在560析出的结果水也算入挥发分,因此粘土矿物含量高的煤所测出的挥发分通常偏高。 固定碳就是测定挥发分后残留下来的机物质的产率,可按下式算出: Cgd=1000-(Wf+Af+Vf) 焦渣按其形状,特征的不同可分为八种类型,用来初步表不同煤种的粘性,熔融性及膨胀性。根据挥发分测定后的焦渣可知,泥炭,褐煤,烟煤中长焰煤,贫煤及无烟煤没有粘结性;烟煤中气,肥,焦,瘦煤都有粘结性,可作为炼焦煤,而其中肥煤和焦煤没有粘结性最好,其坩埚焦熔融,粘结良好且具有膨胀性。