煤的工业分析

1、煤的工业分析一、煤的化学成分和工艺性质 煤是重要的工业原料。它的用途很广泛，除作燃料用外，还是重要的化工原料。为了合理的利用煤炭资源，必须对煤的化学成分及其性质进行研究，以便综合利用。（一）煤的元素组成 煤主要是由碳c、氢h、氧o、氮n、硫s、磷p等元素构成的有机质，以及一些矿物杂质、水分等无机质组成。其中，有机质主要是由碳、氢、氧组成，它们占有机质的95%以上；此外，还有氮、硫、少量的磷及金属元素等。 对煤的元素组成的研究，主要是通过元素分析进行的。 1.碳 碳是煤中有机物质的主要组成部分。也是煤燃烧过程中产生热量的重要元素，每公斤纯碳完全燃烧时能放出34080.6kj的热量。煤中碳元素的含

2、量是随变质程度的加深而增加。泥炭的含碳量为5060%，褐煤为60-77%，烟煤为7492%，无烟煤为9098%。 2.氢氢是煤中有机质的重要元素。每公斤氢完全燃烧时能产生143138.3kj的热量，约为碳的4.2倍。煤中含氢量的多少与成煤原始物质有直接关系。腐泥煤的氢含量比腐植煤高，一般在6%以上，有时可达11%；而腐植煤的氢含量一般不超过6%.最低为1%左右。随着变质程度的加深，氢含量有逐渐减少的趋势。 3.氧煤中氧的含量变化很大，并随变质程度加深而降低。泥炭中氧含量为30-40%，褐煤中氧含量高达1530%，烟煤为116%，无烟煤更不，一般小于2%。当煤氧化时，氧含量迅速增高，碳、氢含量明

3、显降低。因此，氧含量是确定煤层风、氧化带深度的主要指标之一。4.氮氮在煤中含量较少，它主要来自成煤植物中的蛋白质。碳含量小于75%的某些褐煤，氮含量可达22.7%，无烟煤为0.51.5%。氮含量随变质程度增高稍有降低。在高温加工时，一部分氮转化为氨及吡啶类等有机含氮化合物，这些化学产品可回收制成硫酸铵、尿素、氨水等氮肥。5.硫硫是煤的有害物质。它在煤中常以三种形式出现，第一种为硫化物硫，绝大部分是以黄铁矿fes2和少量白铁矿fes2硫形态存在；第二种为有机硫，主要来自成煤时植物和微生物中的蛋白质；第三种为硫酸盐硫，主要是石膏cas042h20中的硫。煤中硫的含量一般在0.53.0%之间，我国煤

4、中硫含量低的小于0.2%，高的可超过15%。根据全硫含量的多少，将原煤分为：特低硫煤，干燥煤样全硫小于或等于1.0%；低硫煤大于1.0-1.5%；中硫煤大于1.52.5%；富硫煤大于2.54.0%；高硫煤大于4.0%。一般炼焦用煤的含硫量小于1.0%。硫对煤的综合利用危害极大。含硫煤在燃烧时与空气中的氧化合生成二氧化硫，它既腐蚀锅炉，又污染空气。炼焦煤中的硫，部分转入焦炭，降低了钢铁质量。生产实践证明，焦炭中含硫量每增加1.0%时，将使焦炭消耗量增加1824%，溶剂(石灰石等)消耗量增加20%，高炉生产率降代20%。硫是非常重要的化工原料。我国南方有些煤田的煤，如广西一些矿井所产的无烟煤含硫量

5、极高，每采8t煤可收集1t黄铁矿，这种煤可作为提炼硫磺的原料。分析煤样全硫用表示；干燥煤样全硫用表示。6.磷磷也是煤中的有害成分。它在煤中含量极少，一般为0.0010.1%，最高不超过1%。磷的含量虽少，但危害极大。在炼焦用煤中，磷进入到焦炭，又进入生铁中，使钢铁发生冷脆。根据磷的含量，将原煤磷(pg)分为：特低磷煤小于或等于0.01%；低磷煤大于0.0l0.05%；中磷煤大于0.05-0.15%；高磷煤大于0.15%。炼焦用煤中磷的工业要求规定f8小于0.01%。7.其它元素煤中尚有锗ge、锂li、铍be、镓ga、钒v、铀u等有益伴生元素。这些元素在发展电子工业中、原子能及宇航等尖端科学技术

6、领域中，已被广泛应用。因此，应重视煤中的稀有元素。（三）煤的工业指标为了有计划地勘探、设计建设矿井、合理地开发利用祖国的地下资源，要求对煤进行工业评价。通过工业分析测定煤中的水分、灰分、挥发分等煤质指标数值，标定煤质牌号和质量优劣，确定煤的工业价值和综合利用途径。对生产矿井来说，煤的工业分析指标数值是检验企业生产管理及产品质量的标志，也是计价标准。1.水分煤中的水分是一种有害物质。水分含量多，能加速煤的风化、破碎，甚至造成自然发火；同时，又增加运输负荷，影响装卸速度。作为燃料用煤，水分可降低煤的发热量。此外，水分还会影响化工等产品的产量与质量。根据水在煤中存在的状态，将煤中所含的水分分为两种：

7、外在水分和内在水分。外在水分是指在开采、运输、贮存、洗选等过程中，存留在煤炭表面的水分；内在水分则是指吸附、凝聚在煤炭毛细孔隙中的水分，它的含量与变质程度有关，变质程度低的煤中水分含量高，变质程度高的煤中水分含量低。在煤的工业分析中，一般用表示煤样的全水分，它包括外在水分和内在水分；用wf表示分析煤样水分，或叫内在水分。在各种煤中，水分含量见表1-1。表1-1 煤中水分含量表煤种泥炭褐煤烟煤无烟煤水分wt (%)304010300.5150.65.0 2.灰分煤完全燃烧后剩下的灰渣、称为灰分。它的主要成分有氧化铝a1203、氧化钙cao、氧化硅si02、氧化镁mgo、氧化铁fe203及稀有元素

8、的氧化物等。因此，灰分是煤中无机矿物质燃烧时剩余的固体残留物。灰分有两种：内在灰分和外在灰分。内在灰分是指存在于成煤原始物质中的无机物，以及由河水带入沼泽中与植物遗体一起沉积的无机矿物质的总和。煤在洗选过程中，很难将内在灰分选掉。外在灰分是指在采煤、运输过程中混入煤中的顶底板岩石碎块。这种灰分通过洗选可以除掉。灰分是评价煤质的重要指标。根据工业用煤要求，灰分小于10%的称特低灰煤；灰分大于10-15%的为低灰煤；灰分大于1525%的为中灰煤；灰分大于2540%的为富灰煤；灰分大于40%的为高灰煤。根据全国矿产储量委员会1986年颁发煤炭资源地质勘探规范中规定，矿井生产的原煤灰分应小于40%。在

9、煤的工业分析中，分析煤样灰分有af表示；干燥煤样灰分用ag表示。 3.挥发分 在隔绝空气的条件下，将煤置于900的温度下加热7min，煤中的有机物质和矿物发生热分解，分解出来的气态物质称为挥发分。其组成成分主要有氢、氧、氮、甲烷、乙烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等。挥发分的含量，与成煤原始物质、植物遗体的转化环境及煤的变质程度有密切关系。在一般情况下，腐泥煤的挥发分含量比腐植煤高。腐植煤中，低变质煤的挥发分含量比高变质煤高，褐煤的可燃基挥发分vr大于40%，烟煤vr大于1037%、无烟煤vr为010%。挥发分是鉴定煤质的重要指标，是工业分类的主要依据。 在煤的工业分析中，分析煤样挥发分用

10、vf表示；可燃基挥发分用vr表示。4.焦渣 在测定挥发分过程中，残留在坩埚中的固态物质，称为焦渣。它是由煤中有机物质分解后的残余物和煤中没有除掉的灰分等组成。 焦渣的形状和特性是鉴定煤的结焦性能好坏的依据。焦渣的形状和特性与煤中有机质性质有关，还与煤的变质程度有关。腐泥煤不具粘结性，焦渣呈粉末状。腐植煤中，褐煤和无烟煤的焦渣均不粘结，呈粉末状；长焰煤、瘦煤、贫煤等一部分烟煤也是属于不粘结或弱粘结性的，其焦渣为不粘结的小块，强度低；肥煤、焦煤粘结性好，焦渣呈膨胀或强膨胀熔融粘结，这种煤可作为炼焦用煤。（三）煤的工艺性质 煤是重要的燃料，也是冶金、化学工业的重要原料。随着国民经济的发展，煤炭综合利

11、用的大力开展，就更需要研究煤的工艺性质，判断它是否符合各种加工工业的要求，选择最合理的利用途径，正确地作出工业评价。 1.发热量(q) 发热量是指单位重量的煤完全燃烧时放出的热量，常用焦耳克或千焦耳公斤表示。它是在专门的发热量测定仪器中通过实验测量的。分析煤样的弹筒发热量用表示；可燃基的弹筒发热量用表示。发热量的大小与多种因素有关，如煤中灰分、水分的含量等，但主要是取决于煤中碳、氢可燃元素的含量。随变质程度的增高，碳的含量增加，则发热量增大(表1-2)。有的烟煤因氢元素含量较高，其发热量比无烟煤还高。表1-2煤 种褐 煤烟 煤无烟煤发热量(kjkg)1674730982309823726332

12、65736425发热量是评价煤炭质量的重要指标，也是研究和确定煤变质程度的重要依据之一。2.胶质层厚度(y) 煤样放置密闭的胶质层测定仪中加热到350，煤中有机质开始分解、软化，形成胶质体，继续加热至510时，重新固结成焦炭为止，连续测得的胶质体最大厚度称为胶质层厚度。这是反映煤的粘结性好坏的重要指标。在形成焦炭的过程中，煤的粘结性越强，其胶质层的厚度也越大。因此，胶质层厚度的大小可以反映煤的粘结性的强弱。 在煤的工业用途中，胶质层厚度是一个很重要的指标。目前，它是我国煤(以炼焦用煤为主)分类方案中两项指标之一。二、煤的物理性质 煤的物理性质是指煤的宏观特征。它包括颜色、条痕、光泽、硬度、脆性

13、、比重、断口、裂隙、导电性等性质。煤的物理性质，与成煤原始物质、成煤环境及煤的变质程度有直接关系。因此，物理性质是研究煤的成因、变质程度、进行煤层对比的重要依据。1.颜色 指煤新鲜表面的颜色。它反映了煤对自然光波吸收的性质。颜色与成煤原始物质及变质程度有关，随变质程度增高，煤的颜色逐渐加深。如褐煤为褐、深褐或黑褐等色；烟煤为褐黑色至黑色；无烟煤为带有银白色彩的灰黑色。腐泥煤颜色较浅，多为褐灰、灰黑等色，如石煤有的为灰黑色。2.条痕煤的粉末颜色称为条痕。一般情况下，条痕色与煤的颜色不完全相同。褐煤条痕为棕色；烟煤条痕为深棕色至黑色；而无烟煤的条痕为灰黑色。腐植煤的条痕色是随变质程度增高而加深。3

14、.光泽指煤表面的反光能力。它是鉴定煤的重要标志之一。煤有玻璃光泽、金刚光泽、似金属光泽、沥青光泽及土状光泽等。光泽与成煤原始物质、煤岩成分、变质程度及煤中灰分含量有关。如腐泥煤无光泽；低变质的褐煤、长焰煤及含灰分高的煤，它们的光泽较暗；而大多数烟煤及无烟煤光泽较强，为玻璃光泽、金属光泽。4.硬度 指抵抗外来机械作用的能力。用矿物硬度的等级来衡量。煤的硬度介于14度之间。它的大小随变质程度变化而变化，变质程度高的煤，硬度较大；反之，则小。5.脆度 煤受压力作用时破碎的性质。在腐植煤中，随变质程度增高，脆度成曲线形变化。低变质和高变质的煤，其脆度小；中变质烟的煤，其脆度大。此外，不同的煤岩成分脆度

15、也不相同。镜煤和丝炭脆度大；亮煤脆度中等；暗煤脆度最小。6.比重比重是指不包括煤中裂隙在内的单位体积煤的重量与同体积水重量之比。它的大小决定于煤岩成分、变质程度，以及煤中所含灰分与水分的含量。显然，含矿物杂质多的煤，比重较大，如含黄铁矿的煤比含粘土的煤比重要大；其它条件相同的情况下，变质程度高的煤比重大，如泥炭比重为0.72，褐煤的比重为0.901.25，烟煤比重为1.251.4q，无烟煤比重为1.401.80。在煤矿生产中，进行储量计算时，需要采用的不是比重而是容重，即包括裂隙在内的单位容积煤的重量。由此可知，煤的比重比容重要大些。7.裂隙煤中裂隙的发育情况与采掘工作有很大关系。若煤中裂隙发

16、育时，一方面落煤容易，并提高劳动生产率；另一方面会造成顶板和煤帮管理上的困难，有时还容易引起瓦斯突出，影响安全生产。因此，应认真研究煤中的裂隙，尽量变不利因素为有利条件，以保证生产工作的顺利进行。煤中裂隙可分为两类：内生裂隙和次生裂隙。内生裂隙是成煤过程中形成的一种裂隙。其特点是裂隙垂直于层理面，裂隙面比较平坦光滑，有时可见到呈眼球状的光面。在煤中，内生裂隙通常呈两组互相垂直的裂隙组，其中一组为主要裂隙组，另一组数量少，为次要裂隙组。内生裂隙的发育程度与煤岩类型有关，通常在光亮型煤中内生裂隙发育，暗淡型煤中则不发育；内生裂隙的发育程度还与煤的变质程度有关，随着变质程度增高，内生裂隙成曲线变化，

17、中变质烟煤内生裂隙最为发育。 8.导电性导电性是指煤传导电流的能力。通常是以电阻率来间接地表示这一性质。电阻率大小与变质程度有关，是随变质程度的增加而减小。烟煤电阻率较大，是不良导体；无烟煤电阻率小，它具有良好的导电性。此外，电阻率与煤的灰分、水分及孔隙度等因素有关。灰分高时，可使烟煤的电阻率降低，使无烟煤的电阻率升高。水分对电阻率的影响也很明显，由于褐煤中水分含量较高，造成电阻率低于烟煤。在煤田地质勘探中，常根据煤与围岩导电性的差别，用人工方法把电流通入地下，测定各种煤、岩层的电阻率，并用曲线将其表示出来，帮助判断煤层的层位、厚度，了解地下构造情况。这就是电法勘探及电测井方法的原理。 煤的物

18、理性质，见表1-3。 表1-3 煤的物理性质比较表 种类性质泥 炭褐 煤烟 煤无烟煤长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤颜色土 色灰褐色褐色或深褐色褐黑色黑色灰黑色灰黑；银白、古铜等色条痕褐色或棕色深棕色棕黑色黑色带棕黑 色灰黑或黑色光泽无光泽暗淡光泽沥青光泽弱玻璃光 泽陂璃光泽强玻璃光泽金刚光泽似金属光泽比重0.720.9-1.251.251.401.40l 80密度疏 松-致密硬度1-4脆性中小-最 大-小断口不规则参差状、块状贝壳状或块状方 块 状贝壳状导电性(电阻率)小于烟煤几百至几千欧姆米十分之几欧姆米内生烈隙数目-最 多-三、煤岩成分和煤岩类型随着煤炭工业的发展和煤的综合利用，煤的研究工作也

19、不断地加强和深入，煤岩学就是在此基础上发展起来的新学科。用肉眼观察时，可分出不同的宏观煤岩成分和宏观煤岩类型；用显微镜观察时，可进一步分出各种显微煤岩组分和显微煤岩类型。煤岩学的研究成果，对于确定煤的成因、进行煤层对比，以及研究煤的可选性和指导煤的合理利用等方面是重要的依据。（一）宏观煤岩成分煤是由多种矿物成分组成的。组成煤的成分称为煤岩成分。煤岩成分分为：丝炭、镜煤、亮煤和暗煤。其中，丝炭和镜煤是由均一物质组成；亮煤和暗煤是由复杂成分组成，在显微镜下看即由稳定组分和凝胶化基质组成。稳定组分是指煤中保存有原植物组织形态和结构的植物遗体残骸。它包括植物组织残骸、孢子、花粉、角质层、树脂体、藻类、

20、菌类等(图6-8、图6-9)。凝胶化基质是指那些把煤中稳定组分，即木质纤维组织的碎片和矿物杂质胶结起来的无形态、无结构的凝固的胶体物质。基质，可分为透明基质和不透明基质两种。前者，在低倍镜透射光下呈褐红色至深红色；后者，在低倍镜透射光下，都呈黑色，且不透明。1.丝炭显微镜下观察，丝炭是具有明显的植物细胞结构的丝炭化组织，是一种简单的煤岩成分。肉眼观察，丝炭形似木炭，丝绢光泽，因此称为丝炭。颜色为暗黑色，性脆易碎，容易染手。此外，丝炭含灰分低，含炭量高，没有粘结性。丝炭在煤层中常呈条带状或继续分布的薄层，有时呈小透镜状存在于亮煤或暗煤中。2.镜煤显微镜下观察，镜煤主要是木质纤维组织经过凝胶化作用

21、形成的，是一种简单的煤岩成分。肉眼观察呈黑色，具玻璃光泽，贝壳状断口，内生裂隙发育，质纯、性脆易碎。由于它光亮如镜，所以称为镜煤。镜煤在煤层中不单独形成独立分层，常呈透镜状或条带状分布于亮煤之中，或呈细线理状分布于暗煤中。3.亮煤 显微镜下观察，亮煤是由木质纤维组织经过凝胶化作用形成的各种凝胶化组分为主，也有丝炭化组分和稳定组分。肉眼观察，亮煤为黑色，玻璃光泽，灰分含量较低，比重较小，性脆易碎。此外，亮煤粘结性好，适于炼焦。亮煤在煤中含量较多，常形成较厚的分层。4.暗煤显微组分为凝胶化组分、丝炭化组分和稳定组分组成。暗煤因光泽暗淡而得名。肉眼观察，暗煤颜色比其它组分要浅，光泽暗淡，灰分含量高，

22、比重和硬度较大。此外，暗煤的粘结性差，不适于炼焦。在煤中，暗煤多成较厚的煤分层单独存在。一般它属于质量较差的煤种。（二）宏观煤岩类型煤是由各种煤岩组分组成，由于各种组分含量不同，表现在肉眼鉴定特征上也各不相同，如光泽、颜色、比重、硬度等。因此，根据煤岩组分的含量及光亮程度，将煤分为四种煤岩类型。1.光亮型煤 主要由镜煤和亮煤组成。由于成分较均一，通常条带状结构不明显。光泽很强，贝壳状断口，内生裂隙发育，脆度较大，容易破碎，粘结性好。2.半亮型煤常以亮煤为主，有时由镜煤、亮煤和暗煤组成。平均光泽强度较光亮型煤稍弱。半亮型煤的特点是条带状结构明显，内生裂隙较发育，黑色，灰分较少，质较纯性脆，常具有

23、棱角状断口。中变质程度的半亮型煤，粘结性较好，适于炼焦。3.半暗型煤由暗煤及亮煤组成，常以暗煤为主，有时夹有镜煤和丝炭的线理、细条带和透镜体。光泽比较暗淡，深灰色，因含灰分较多，硬度、韧性和比重较大，粘结性较差，不适于炼焦。4.暗淡型煤主要由暗煤组成，有时夹少量镜煤、丝炭或夹矸透镜体。通常呈块状构造，层理不明显。灰分含量较多，光泽暗淡，致密，比重和硬度均大。关于腐泥煤的煤岩类型，一般只有暗淡型煤。这种煤的特点是光泽暗淡，结构均一，块状构造，致密，具有韧性，贝壳状断口。在生产实践中所见到的煤层并不是由单一煤岩类型组成的，而是由四种类型的煤共同组成。为了进行煤层对比，必须对煤层的煤岩类型进行描述，

24、并画出柱状(图6-10)。四、煤的工业分类及综合利用（一）煤的工业分类煤分类的目的，是为了确定不同性质煤的工业用途及其经济价值，以便有计划的开采、利用煤炭资源，同时有助于合理选择炼焦用煤的配煤方案。1.煤分类的依据指标 目前，我国煤分类的依据指标是用经过1.4比重液洗选后的精煤的可燃基挥发分(v)及胶质层最大厚度(y)的数值来确定。可燃基挥发分是用煤的重量减去水分、灰分后剩下的可燃体实际挥发分含量。采用可燃基挥发分作分类指标，可以清除煤中水分、灰分对煤分类的干扰，使煤分类准确无误。此外，这种挥发分的含量可以反映出煤变质程度的高低，又能说明炼焦性能。采用胶质层厚度作为分类指标，是由于它能反映煤的粘结性及炼焦性能的好坏。煤的粘结性与胶质层厚度成正比关系，即胶质层厚的煤粘结性好，反之则差。当煤具备