煤的物理性质和物理化学性质

1、第六章第六章煤的物理性质和物理化学性质煤的物理性质和物理化学性质2013.10.10目录目录煤的密度煤的密度6.16.1煤的硬度煤的硬度6.26.2煤的热性质煤的热性质6.36.3煤的电性质煤的电性质6.46.4煤的光学性质煤的光学性质6.56.5煤的磁性质煤的磁性质6.66.6煤的润湿性煤的润湿性6.76.7煤的孔隙率和比表面积煤的孔隙率和比表面积6.86.8煤的物理性质：煤的物理性质： 煤的密度 煤的硬度 煤的热性质 煤的电磁性质 煤的光学性质煤的物理化学性质：煤的物理化学性质： 煤的润湿性 煤的润湿热 煤的孔隙率12345123 第一节 煤的密度 煤的密度因研究目的和用途不同分为： 一、

2、真相对密度 二、视相对密度 三、散密度v 一、煤的真相对密度v（一）基本概念：在20时，体积（不包括煤中所有孔隙）煤的质量与同体积水的质量之比，用TRD表示。v 用不同物质（如氦、甲醇、水、正己烷、苯等）作为置换物质测定的煤的密度所得结果是不同的。通常以氦作为置换物所测得的煤的密度叫煤的真相对密度。因为氦能完全进入煤的孔隙内（煤中最小气孔的直径约为0.5-1nm，氦分子直径为0.178nm）煤不能将氦吸附其表面。v 在研究煤质时，为了排除煤中矿物质的影响，有时用到纯煤的真相对密度的概念。它是指煤的有机质的真相对密度，用 (TRD)daf表示。公式如下：dAdAdafATRDdAdTRDTRD1

3、00)100()(式中 灰的平均真相对密度，无数据时可取0.3 干燥基灰分产率， %。 AddA有时用下列估算纯煤的真相对密度：ddafATRDTRD01. 0)(v（二）用途：煤的真相对密度用于研究煤的分子结构、确定煤化程度、制定煤的分选密度。v（三）影响因素：v 1.成因因素的影响：腐殖煤的真相对密度一般不低于1.25g/cm3，而腐泥煤仅为1.00g/cm3。v 2.矿物质的影响：矿物质的密度较煤的有机质高，因而，煤中矿物质含量高则真密度大。v 3.煤岩组成的影响：惰质组镜质组壳质组v 4.煤化程度的影响：对煤的真密度影响最大从结论：1.从低煤化程度煤开始，随煤化程度的提高，煤的真相对密

4、度缓慢减小，到碳含量为86%89%之间的中等煤化程度时，煤的真相对密度最低，约为1.30，此后，煤化程度再提高，煤的真相对密度急剧提高到1.90。2.惰质组镜质组壳质组 真密度仪广泛用于煤炭v 二、煤的视相对密度v（一）基本概念：20时单位体积（仅包括煤的内部孔隙）煤的质量与同体积水的质量之比，用ARD表示。v（二）用途：用于计算煤的埋藏量v 可算出煤的孔隙率100-TRDARDTRD孔隙率v 三、煤的散密度v（一）基本概念：又称堆密度，指20下单位体积（包括煤的内外孔隙和煤粒间的空隙）煤的质量。v（二）用途：对煤炭生产和加工利用部门在设计矿车、煤仓、炼焦炉炭化室和气化炉的装煤量及估算煤堆质量

5、等方面都有很大的实用意义。v 第二节 煤的硬度v 煤的硬度是指在外来机械力的作用下煤抵抗变形或破坏的能力。v 由于机械力的不同，煤硬度表示的方式有：刻划硬度、弹性回跳硬度、压痕硬度和耐磨硬度等。v 常用的是：v 一、刻划硬度v 二、显微硬度v 一、刻划硬度v （一）概念：采用一套具有标准硬度的矿物刻划煤，得到粗 略的相对硬度，其又叫莫氏硬度。v 标准矿物的莫氏硬度见下表v（二）影响因素：v 根据刻划硬度的划分，煤的硬度一般为14。v 煤的硬度与煤化程度有关，中等煤化程度的焦煤，硬度较小，约为23.5，随着煤化程度的提高，硬度增加，无烟煤的硬度最大，约为4。v 同一煤化程度的煤，惰质组镜质组壳质

6、组v v 二、显微硬度v （一）概念：一般采用特殊形状（如角锥形、圆锥形等）而又非常坚硬的压入器，施加一定的压力，使压入器压入到样品表面，形成压痕，卸除压力后用显微镜测量压痕的尺寸，如用方形棱锥形金刚石压入器，测量压痕对角线的长度，即可计算出显微硬度值，即22sin2dPH式中 H显微硬度，Mpa P 加在压入器上的负荷，N d压痕对角线的长度，mm 方形棱锥体两相对锥面的夹角，一般为136v（二）影响因素 从褐煤开始，显微硬度随煤化程度而上升，在碳含量为75%80%之间有一个极大值；此后，显微硬度随煤化程度提高而下降，在碳含量达到85%左右最低；煤化程度进一步提高，显微硬度又开始上升，到无烟

7、煤阶段，显微硬度几乎随煤化程度提高而呈直线增加。煤的显微硬度与碳含量的关系v 第三节 煤的热性质v一、煤的比热容v（一）概念：指在一定问题范围内，单位质量的煤随温度升高1所需要的热量，用c表示。v（二）影响因素：v 1.水分：煤的比热容随水分增大而提高v 2.灰分：煤的灰分较多时，比热容则减小v 3.煤化程度：随煤化程度的升高而减小v 4.温度：随温度升高先增大后减小v 当温度在350以下时，比热容随温度升高而增大，在270350时达到最大值，这是由于煤大分子中的原子和原子团振动吸收能量所致；在3501000时，比热容随温度升高而下降，这是因为在此温度下，煤发生了热解，温度越高，热解程度越高，

8、分子结构接近与石墨，其比热容也接近石墨的比热容0.82J/（g）v 二、煤的导热性v 煤的导热性包括导热系数W/（mK）和导温系数（m2/h）两个基本常数。它们之间的关系可用下式表示：v式中 c煤的比热容，J/（kgK）v 煤的密度，kg/m3v v 从上式可看出，导温系数与导热系数成正比，而与热容量c成反比。v cv 第四节 煤的电性质v一、导电性v（一）概念：煤的导电性是指煤传导电流的能力。导电性常用电阻率或电导率表示。导电率越大，煤的导电能力越强。煤的导电有离子导电和电子导电两种形式，无烟煤以电子导电为主，褐煤以离子导电为主。v（二）影响因素：v 1.煤岩组成：镜煤的电阻率显著高于丝碳v

9、 2.矿物质：在中、低变质程度阶段，煤电阻率随矿物质含量增加而减少。在高变质程度阶段，煤的电阻率随矿物质含量增加而增大。v 3.煤化程度：导电性随煤化程度的增加而增加。 电导率与煤化程度的关系 右图中没有褐煤阶段的数据，实际上褐煤的电阻率较低，随着煤化程度的加深电阻率增加，到长烟煤时达到最大，此后随着煤化程度的加深，煤的电阻率呈缓慢下降趋势，到碳含量达到90%以上的无烟煤时电阻率迅速下降 煤的导电性属于半导体或导体范围。v二、煤的介电常数v （一）概念：物质的介电常数是指物质介于电容器两极板间的蓄电量和两板间为真空时的蓄电量之比。物质在电场作用下极化能力越强，介电常数的值越大，导电性越好。v

10、（二）影响因素：v 1.煤化程度（主要）：随煤化程度的加深，煤的介电常数减小，在含碳87%左右达到最小，然后又急剧增大。v 2.水分：水分对介电常数影响很大，测定时候必须用完全干燥的煤样。 第五节 煤的光学性质 v 煤的光学性质主要有可见光照射下的反射率、折射率和透光率，以及不可见光照射下的X-射线、红外光谱等。v一、煤的反射率v 镜质组的反射率与煤化程度之间有较好的线性关系，故可作为煤分类的指标。用显微光度计测定需注意以下几点： 1.采用煤岩光片，以无结 构镜质体作为测定 对象 2.测定时应以最大值为准 3.一般以油为介质，其反射率的分辨率强 4.一般要测2050个点， 然后计算取平均值v二

11、、煤的折射率v 它是指光在物质界面发生折射后进入该物质内部时，其入射角和折射角正弦之比。计算公式如下：22202220)()(knnnknnnR0n式中 R被测物质的反射率，% 标准介质的折射率，% n被测物质的折射率，% k被测物质的吸收率，%煤的折射率与反射率一样随煤化程度的提高而增大。 v 三、煤的透光率v 煤的透光率是指煤样在100的稀硝酸溶液中处理90min，所得有色溶液对一定波长（475nm）的光的透过率。有色溶液透光率的测定有分光光度计法和目视比色法两种。我国国家标准采用目视比色法测定有色溶液的透光率，用 表示MPv四、煤的X射线衍射v X射线的波长在0.11nm之间，这一大小正

12、好与晶体尺寸相近。当X射线照射到晶体上时，如果波长、入射角和晶面间距d符合以下公式就会产生衍射现象如光线增。 v 2d sin = nv式中 n衍射次数，等于1，2，3整数v五、煤的红外光谱v 红外光谱是分子中原子和原子团的振动光谱。振动类型有伸缩振动和变形振动两种。主要用与初步研究煤的结构和主要官能团。 煤中基团的特征吸收峰v 第六节 煤的磁性质v一、煤的抗磁性v（一）概念：在外磁场的作用下产生的附加磁场与外磁场的方向相反。v 磁化率是指磁化强度I与外磁场强度H之比，用K表示：K=I/Hv 在化学上常用比磁化率表示物质磁性的大小。比磁化率是指在1高斯磁场强度下，1g物质的磁化率。v（二）煤的

13、磁化率与煤化程度的关系 如右图可知：煤的比磁化率随煤化程度的提高而直线增加，在碳含量在79%91%之间出现转折，增大幅度减缓，此后则急剧增大。即煤的比磁化率在烟煤阶段增大幅度较小，无烟煤阶段最大，褐煤阶段居中。 利用煤与矿物质在磁性上的差异，将它们分离，即磁选法选煤。 煤的抗磁性磁化率与煤化程度的关系v二、煤的核磁共振v（一）概念：原子核在强磁场作用下吸收一定波长射频的能量产生能阶跃迁的现象。v（二）用途：有机物结构分析的重要方法。原用于分析煤的熔剂抽提物和液化产品的分析，随着科技进步，现可用于直接分析固体煤样。v（三）应用举例图谱的一种烟煤的吡啶抽提物NMR1 H75.0-375.0-276

14、.0-NMR13arararfc fc fc1 C吡啶不溶物吡啶抽提物原煤图谱煤及其吡啶抽提物的v 第七节 煤的润湿性v 一、煤的润湿性v （一）基本概念：当液体和固体接触时，如果固体分子与液体间的作用力大于液体分子间的作用力，则固体可被液体润湿；反之，则不能润湿。所谓润湿性是指液体与固体接触时，固体被液体所润湿的程度（如下图）。通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，接触角越大，煤的润湿性越差。v （二）煤的润湿性随煤化程度变化规律v 对水而言：随煤化程度的加深，接触角增大，润湿度降低v 对苯而言：随煤化程度的加深，接触角减小，润湿度增加v 通常，年轻煤对水介质的亲和性较强，中等以上煤化程度的煤

15、对水的亲和性较差。在煤的浮选脱灰过程中，就是利用煤和石亲水性的差异进行分离的。石表现为亲水性，而煤一般表现为疏水性，但年轻煤由于分子中含大量的极性含氧官能团，表现为较强的亲水性，因而其可浮性较差，必须经过特殊工艺才能采用浮选工艺脱灰。v二、煤的润湿热v（一）概念：v 煤被液体润湿时会释放出热量，通常用1g煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热v（二）影响因素：v 与介质的种类、矿物质的含量等均有影响，但主要与比表面积有关。试验表明，煤的润湿热大致为0.390.42J/。v 第八节 煤的孔隙率和比表面积v 一、煤的孔隙率v （一）概念：煤是一种固态胶体物质，其内部存在着很多毛细管和孔隙。煤内部孔隙的体积占煤的整个体积的百分数，称为孔隙率。v （二）孔径分布：煤中孔隙的