煤的性质资料

会计学1煤的性质资料3.煤的性质

3.煤的化学性质

1.煤的物理性质

内容提要

2.煤的物理化学性质

第1页/共55页3.1煤的物理性质

主要包括煤的表面性质、密度、孔隙性、光学性质、热性质、电性质、磁性质和煤的一些机械性质等。第2页/共55页3.1煤的物理性质－煤的表面性质

煤的光泽

煤的断面对可见光的反光能力。煤光泽强弱与煤岩成分、煤化程度和的成因类型的关系:镜煤﹥亮煤﹥暗煤丝炭呈丝绢光泽随煤化程度提高而增强

暗淡光泽→沥青光泽→玻璃光泽→金刚光泽→似金属光泽

褐煤－暗淡光泽长焰煤－沥青光泽气煤－强沥青光泽或弱玻璃光泽

肥煤－玻璃光泽焦、瘦煤－强玻璃光泽贫煤－金刚光泽无烟煤－似金属光泽

腐植煤﹥腐泥煤第3页/共55页煤的颜色

：新鲜煤块表面的自然色彩。反映煤表面对可见光的选择吸收能力。表色：煤表面反射光线所显示的颜色。与宏观煤岩类型和煤的变质程度有关:

褐煤－褐色或黑褐色烟煤－黑色，无烟煤－灰黑至钢灰色条痕：煤粉末的颜色。一般常用镜煤或较纯净的亮煤在脱釉的瓷板上刻划的条痕而得到。主要与煤的变质程度有关:

褐煤－浅棕色长焰煤、弱粘煤不粘煤－棕色气煤和1／3焦煤－棕黑色肥煤和焦煤－黑色略带棕色瘦煤、贫瘦煤和贫煤－黑色无烟煤－钢灰色

3.1煤的物理性质－煤的表面性质

第4页/共55页3.1煤的物理性质－煤的密度

煤的密度是煤的主要物理性质之一，指单位体积煤的质量相对密度

单位体积煤的质量与同温度下同体积水的质量比

两者在数据上极为接近真相对密度

20ºC时单位体积(不包括煤的内部孔隙、裂隙)煤的质量和同温度、同体积水的质量之比，以符号（TRD）d来表示

。计算煤层平均质量和研究煤炭性质的一项重要指标。

说明：不同介质对煤内部孔隙的渗透能力不同，所以测定的真密度的值也是不同的。第5页/共55页第6页/共55页水法测试：一般用密度瓶法。在20℃，一定容积的密度瓶中盛满水（加入少许浸润剂，一般用C12H25SO4Na），称量出质量为G0克。放入一定质量的干煤样设为Gd克，煤样放入后排出同体积的水量，剩余密度瓶重为G1克，则Go＋Gd-G1即为排出的水的质量。20℃下水的真相对密度为1.00，这样煤的干基真相对密度为：研究表明：水密度与氦密度平均差为±0.003g/cm33.1煤的物理性质－煤的密度

第7页/共55页研究表明，纯煤的真密度可近似表示为：

(TRD)P=(TRD)d—0.01AdAd—干燥基灰分视相对密度(通常也叫容重或假密度)：

20ºC时煤单位体积煤的质量与同温度下同体积水的质量比

测定煤的视相对密度的基本原理和测定煤的真相对密度是一样的.但由于煤的视相对密度中煤的体积包含煤的孔隙和裂隙，因此必须在测定时使介质不进入孔隙中。为此，目前都用石蜡涂敷于煤样的表面，即所谓的涂蜡法。3.1煤的物理性质－煤的密度

第8页/共55页3.1煤的物理性质－煤的密度

堆密度

：煤的堆密度是指单位体积(包括煤块之间的空隙和煤块所有空隙在内的煤堆体积)煤的质量，单位为t/m3。

设计煤仓、估算炼焦炉装煤量和装车质量时使用。

测定煤的堆密度时，用一定容积的容器，自由地堆煤到高出该容器，然后用刮板将堆满的煤刮平到和容器一样高，称出其质量，扣去容器质量，即为煤的质量，这样就计算出煤的堆密度。

第9页/共55页3.1煤的物理性质－煤的密度

煤的密度取决于煤岩组成、煤化程度以及煤中矿物质组成与含量：与煤的显微组分的关系？惰质组>镜质组>壳质组与矿物质的关系？与煤化程度的关系？

第10页/共55页3.1煤的物理性质－煤的机械性质

煤的机械性质指煤的机械性质是指煤在外力作用下所表现的种种特征。煤的机械强度：煤对外力作用时的抵抗能力。包括煤的抗碎强度、耐磨强度和抗压强度等物理性质。

试验方法：落下试验法、转鼓试验法，耐压试验法等。落下试验法。根据煤块在运输、装卸和入炉过程中落下和互相撞击而破碎等特点拟定的。包括：

10块试验法。用10块60～100mm的煤样，逐一从2m高自由落下到15mm厚的钢板上。用25mm方孔筛筛分，将大于25mm的煤样再进行落下和筛分，称出大于25mm的煤样的质量G1。以10块样中的G1占原来煤样质量的平均百分率作为煤炭的落下强度。第11页/共55页铁箱落下试验：用60～100mm的块煤25Kg，放在特制的活底铁箱中。在离地2m高处让煤样自由落到地面的钢板上，用25mm方孔筛筛分，将大于25mm的煤样再进行落下和筛分，重复三次后计算大于25mm的煤样质量G1占原来煤样质量的百分率。

3.1煤的物理性质－煤的机械性质级别煤的机械强度＞25mm粒度所占比例/％一级高强度煤＞65二级中强度煤＞50-65三级低强度煤＞30-50四级特低强度煤≤30

煤的强度分级标准第12页/共55页

煤的机械强度与煤化程度、煤岩组成、矿物质含量以及风化等因素有关:

煤化程度高和煤化程度低煤的机械强度较大，而中等煤化度的肥煤、焦煤机械强度最小。宏观煤岩成分中丝炭的机械强度最小，镜煤次之，暗煤最坚韧。

矿物质含量高的煤机械强度较大。煤经风化后机械强度将降低。3.1煤的物理性质－煤的机械性质第13页/共55页3.1煤的物理性质－煤的机械性质硬度：煤能抵抗外来机械作用的能力。在肉眼鉴定中，主要指煤抵抗外力刻划的能力。

根据表现形式可分为刻划硬度、显微(压痕)硬度和耐磨(磨损)硬度。煤的刻划硬度：多在摩氏硬度的1度－4度之间。中等煤化度的焦煤类的硬度最低，由焦煤向瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤过渡时，硬度逐渐增高，至年老无烟煤的摩氏硬度可达4度左右。但由无烟煤向半石墨、石墨过渡时，硬度又急剧降低。从焦煤向肥煤、1/3焦煤、气煤、长焰煤过渡时，煤的硬度又逐渐有所提高，但到年轻长焰煤至褐煤阶段，煤的硬度又有显著降低。

第14页/共55页煤的显微硬度：指煤对坚硬物体压入的对抗能力。通过显微镜下，正四锥体金刚石压头在规定的试验力和一定作用时间内压入显微组分的程度来测定。压痕越大，显微硬度越小。反之越大。煤的显微硬度与煤的煤化程度（见图）、显微组分、成煤环境有关：惰质组>镜质组>壳质组强还原煤<弱还原煤

3.1煤的物理性质－煤的机械性质第15页/共55页3.1煤的物理性质－煤的机械性质煤的耐磨硬度：指用磨料抛光时显微组分的抗磨强度。软的显微组分磨损快，容易凹下，硬的显微组分磨损慢，相对突出，显示突起。

煤的耐磨硬度与煤的煤化程度、显微组分的关系：惰质组中除了微粒体外一般大于镜质组；镜质组中结构镜质体相对较大；壳质组中孢子体、角质体突起明显，其次为藻类体、树皮体，树脂体一般不显突起，而沥青质体不显突起。低煤化烟煤中，各组分之间的突起差别大，随着煤级增高，突起差别减小。第16页/共55页3.1煤的物理性质－煤的机械性质脆度：煤受外力作用时被破裂的性质或倾向。生产采用的脆度(脆性)

：指煤受压时在装卸和运输过程中被破碎的倾向。

煤的脆性在某种程度上取决于煤的刚性、弹性和破碎特性。脆性越大的煤，其块煤的破碎概率也越大，且块度越大，也越容易破碎成小块。煤的脆性与煤化程度密切相关：通常以焦煤和挥发分Vdaf<30％的肥煤类的脆性最大，煤化程度往瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤方向增高时，煤的脆性就依上述顺序降低。当煤化程度向气煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤方向降低时，其脆性也逐渐降低。

第17页/共55页显微脆度：显微镜下，煤的显微组分受压情况下，出现裂纹的性质。

阿莫索夫建议以一定试验力下，每100个压痕中出现的裂纹数表示，裂纹数越多，显微脆度越大。

煤的显微脆度与煤化程度、显微组分以及成煤环境均有密切的关系：镜质组>惰质组>壳质组。

3.1煤的物理性质－煤的机械性质第18页/共55页煤的孔隙性：煤是一种复杂多孔的和内表面大的固态物质。一般认为，煤具有双重结构，即：裂隙和孔隙。裂隙：指在成煤过程中受到自然界的各种应力的影响而产生的裂开现象。按裂隙的成因不同，可分为外生裂隙和内生裂隙两种

内生裂隙：煤化作用过程中，煤中的凝胶化物质受到地温和地压等因素的影响，使其体积均匀收缩，产生内张力而形成的一种张裂隙。

外生裂隙：一般认为是在煤层形成以后，受构造应力的作用而产生的。3.1煤的物理性质－煤的孔隙性第19页/共55页第20页/共55页

煤基质

煤基质

孔隙

面裂隙

端裂隙显微裂隙

H2O2CH444OCH4OH2o煤的三元结构模型第21页/共55页3.1煤的物理性质－煤的孔隙性孔隙：成煤过程中不同作用下，在煤中形成的微小空隙。研究方法：压汞法、扫描电镜技术以及低温液氮吸附的方法。成因类型：

气孔：煤化作用过程中由于有机质演化产生挥发物质的逸出而留下的孔洞。多为圆形、椭圆形，常见于

均质镜质体和基质镜质体。气孔第22页/共55页3.1煤的物理性质－煤的孔隙性

植物组织孔：具有一定规则分布和排列特征的孔隙，是由于植物细胞组织内蛋白质、醣类等化学性质不稳定的化合物经生物地球化学作用强烈分解而残留的空隙。

特征：排列规则，大小均一，保存完整，具一定的方向性

。常见于半丝质体、丝质体和结构镜质体和基质镜质体。植物组织孔第23页/共55页原生粒间孔：成煤时各种成煤物质之间的空隙。特征：排列不规则，大小不一，形态各异。常见于镜屑体、惰屑体、壳屑体等碎屑状显微组分之间或颗粒状基质镜质体之间。屑间孔3.1煤的物理性质－煤的孔隙性第24页/共55页

溶蚀孔：黄铁矿、碳酸盐等可溶性矿物，在地下水或热液作用下受到溶蚀而形成的次生孔隙。

特征：孤立分布，大小形态不一，具有溶蚀边，一般不具连通性。成因：在成煤过程中或成煤后期地质作用中地下水对可溶性矿物的溶蚀作用所致；或是由于有机质在热演化过程中所形成的酸碱有机气体对可溶性矿物的溶蚀作用所致。

3.1煤的物理性质－煤的孔隙性溶蚀孔隙第25页/共55页扫描电镜下煤的孔隙特征第26页/共55页3.1煤的物理性质－煤的孔隙性

孔隙率(Ф,％)：指煤中孔隙与裂隙的总体积与煤的总体积之百分比。一般用视密度与真相对密度来表示：

TRD—真密度，g/cm3

；ARD—视密度，g/cm3

孔隙率是研究煤层气时必须考虑的一项重要指标。其值越大，煤的吸附性和反应性都比较好，但抗碎强度差第27页/共55页煤的孔隙性与煤化程度的关系第28页/共55页3.1煤的物理性质－煤的热学性质比热容：煤的最基本的热性质，是指单位质量的煤温度升高1℃时所吸收的热量，以J／g℃为单位。室温下煤的比热容一般为(0.84—1.67)J／(g·℃)不同煤的比热容的变化规律：随碳含量增加而减少

随水分增高而大致成直线的增加（因水的比热容较大）

灰分增高,比热容则下降第29页/共55页3.1煤的物理性质－煤的热学性质导热性：是煤热加工利用时非常重要的物理性质。

导热系数λ(kJ／(m·h·℃)

热量在物质中直接传导的速度，代表物体的散热能力

导温系数d(m2／h)

物体所具有的温度变化(加热或冷却)的能力。其值愈大，温度随时间和距离的变化愈快。导温系数表示物体散热能力与蓄热能力之比

C—煤的比热容，kJ/(kg·℃)；ρ

—煤的密度，kg/m3。c·ρ表示单位体积物体温度变化1℃时吸收或放出的热量，即物体的蓄热能力。第30页/共55页3.1煤的物理性质－煤的热学性质导热性的变化规律：

随煤中水分含量的增高而变大（因为水的导热系数远大于空气，约为25倍）随着灰分增高而增大（因有机物的导热性大大低于无机物的导热性）随温度上升而增大整块煤的导热系数比散状煤的导热系数高导温系数的变化规律：随水分的增加而提高随煤化程度的提高而提高（泥炭﹤烟煤﹤无烟煤）

原因：煤在变质过程中有机质结构逐渐紧密化与规律化，愈来愈接近于石墨，因而其导温性指标渐趋增大，第31页/共55页3.1煤的物理性质－煤的热学性质煤的热稳定性：指煤块在加热时能否保持原有粒度的性能，也就是煤在高温燃烧或气化等过程中对热的稳定程度。煤热稳定性与煤的变质程度有关褐煤和某些高变质的超无烟煤，其抗碎强度虽大，但热稳定性却很差。

原因：超无烟煤内部孔隙大，水分含量高，加热时因水分迅速析出而使块煤破裂。。测定方法：取一定的6-13mm粒级的空气干燥煤样装入100ml的坩埚中，在900℃的马弗炉中加热至850℃左右（30min内），取出冷却后，以大于6mm的筛上物占煤样的质量分数为热稳定指标TS+6。TS+6值愈高，热稳定性愈好。第32页/共55页3.1煤的物理性质－煤的电性质介电常数(ε)：是指当物质介于电容器两极板间的蓄电量和两极板间为真空时蓄电量之比。

介电常数代表了电介质的极化程度，也就是对电荷的束缚能力，介电常数越大，对电荷的束缚能力越强。根据马克斯威尔公式，绝缘体的介电常数ε与其折射率之间存在下列近似关系：

ε=n2

完全干燥煤，在室温下，对于1M周频率的电流92Cdaf％ε85原因：

Cdaf﹤85％的煤，煤中的极性基团(－OH，－COOH等)随变质程度增大而减少；

Cdaf﹥85％的煤，介电常数增大与煤的导电性增大有关，而与极性基团的减少无关介电常数与煤化程度的关系第33页/共55页3.1煤的物理性质－煤的电性质导电性

：物质在电场中导电的难易程度，常用电阻、电阻率(比电阻)、导电率(电导率或比电导)等表示电阻率：数值上等于把材料做成一个长为lcm、截面积为lcm2的直柱体，使电流沿着它的轴线方向通过时的电阻。规律：干燥基的煤导电率随煤化度的提高而增加；未干燥煤：低变质烟煤中变质烟煤高变质烟煤无烟煤92Cdaf干燥煤85未干燥煤原因：对Cdaf<84％煤化度较低的煤，特别是褐煤与长焰煤，因水分含量高，孔隙率较大，且存在能部分溶于水的羧基与酚羟基等酸性含氧官能团，使煤的离子导电性增大，因而低煤化度煤的导电率较高，并在一定范围内随水分含量的减少而下降。而到了无烟煤，吸附水量变化很小，但石墨化程度增强，导电性急剧增加。减小增大剧增第34页/共55页3.1煤的物理性质－煤的光学性质反射率：

磨光样品表面的反射强度与入射光强度的比值不同煤岩组分的反射率是不同的，同一组分在不同的变质阶段中的反射率也是不同的。煤中镜质体的反射率能较好的反映煤的变质程度；不同变质阶段，各显微组分的反射率都有一定的范围，并随变质程度的增高而增加。

同一变质阶段中，各显微组分的反射率，由壳质组-镜质组-丝质组是逐渐增加的。同一种煤在空气介质和油介质中的反射率是不一致的，但它们随煤化度的变化规律是相同的：随煤化程度增加，反射率递增。特别是当煤的碳含量大于90％时反射率急剧增加。第35页/共55页3.1煤的物理性质－煤的光学性质

折射率：在空气中的速度与光在煤中的速度之比率

折射率就是当一束一定波长的光由一种介质进入第二种介质时，由于两种介质的表面对光的作用状况不同，导致光在两种介质中传播速度不同。规律：折射率随煤化程度增加而增大，当C高于85％时，则增加的幅度较大；到无烟煤阶段，折射率不再呈现明显变化。原因：煤光学性质的方向性的研究表明，褐煤的光学性质是各向同性的。由烟煤向无烟煤阶段过渡时，各向异性愈趋明显。这种变化规律与折射率的变化一样，都是由煤内部分子结构所决定的，即煤由无定形状态逐渐向结晶状态过渡的结果。第36页/共55页3.2煤的物理化学性质

煤是由古代植物经过泥炭化作用、成岩作用、变质作用等几个变化过程而形成的，具有一些固态胶体性质：煤的润湿性、吸附性、内表面积等，这些性质即可表征物理化学性质。第37页/共55页3.2煤的物理化学性质－煤的润湿性润湿：固体表面与液体接触时，原来的固相-气相界面消失，形成新的固相-液相界面的现象

通常利用液体表面张力T和固体表面所成的接触角θ的大小来判定该液体对固体的润湿程度

液滴能润湿固体液滴不能润湿固体

由于对煤粉无法测定接触角，因此可先将粉煤加压成型块，再进行测定。

常用粉末法，还有倾板法、液滴法、气泡粘结法第38页/共55页3.2煤的物理化学性质－煤的润湿性粉末法：将煤粉(0.074mm以下)装填在测定器内，于150atm下加压成型，制得的型块可看作为毛细管集束体；用水或苯润湿，同时从加入润湿剂，对侧向测定器内通入氮气以阻止润湿过程的进行；当润湿恰好终止时，测定氮气的压力p

。所测p值与润湿接触角θ之间存在着下列关系：

cosθ＝(p·g·r)／2σ

γ—毛细管半径，1nm；

σ—液体表面张力，N／m；

g—重力加速度，m／s2。

接触角θ越大，煤越难被润湿；接触角θ越小，则越易被润湿。第39页/共55页3.2煤的物理化学性质－煤的润湿性

润湿热：煤被液体润湿时放出的热量。是液体与煤表面相互作用的结果，这种相互作用主要由范德华力或极性分子的作用所引起。润湿热的测定可用于确定煤中孔隙的总表面积。马格斯等人测出煤的单位表面积的润湿热为0.39J/m2。润湿热随煤化度变化而变化的规律是比较复杂的。有人认为这是煤中矿物质等的影响所致。例如，煤中常有的硫化物和碳酸钙，它们与甲醇起吸热反应；煤中矿物质中的粘土能与甲醇起反应由水凝胶变为醇凝胶，这个反应也产生热效应；煤中含有的树脂也因能溶于甲醇而产生热效应。第40页/共55页3.2煤的物理化学性质－煤的内表面积

内表面积煤在生成过程中，其内部形成了极微细的毛细管及孔隙，它们构成的内表面积比外表面积要大得多。这种毛细管及孔隙的数量极大，分布又深又广，具有极为复杂的发达的内部结构，是煤能吸附各种气体及液体的原因。煤的内表面积的大小不仅对了解煤的生成过程及煤的微观结构是重要的，而且与煤的高真空热分解、溶剂抽提、气相氧化等性质有密切的关系。第41页/共55页

煤的内表面积测定法有润湿热法、BET法等。润湿热法：将甲醇之类的液体作润湿剂将煤浸透，由于煤被润湿而放出热量。马格斯确定了每单位表面积的润湿热几乎为一定值（0.418J／m2)，采用这个当量值便可求得煤的表面积。煤的内表面积具有一定的变化规律：随着煤化程度的提高，在Vdaf为25%左右的焦煤阶段，煤的内表面积显示出最小值。

通常用比表面积来表示煤的表面积大小。即1g煤所占有的总表面积为煤的比表面积。

3.2煤的物理化学性质－煤的内表面积

第42页/共55页3.3煤的化学性质煤的化学性质对煤的利用、贮存和煤结构研究有密切的关系如:

年轻煤的加氢是一个主要化学性质

煤的焦化是煤的一个主要用途;

煤的氧化也是煤的一个重要化学性质。煤经氧化，燃点降低，粘结性变差，这样就会影响到贮存和利用。因此了解煤的主要化学性质，对煤堆贮存和管理、以及煤的利用有着重要作用。第43页/共55页3.2煤的化学性质－煤的氧化

煤的氧化：指煤和氧的反应。当把煤放在空气中点燃，煤在燃烧的同时，放出大量的热和光。煤和空气中的氧气之间放热发光的急速反应叫做煤的燃烧。当煤长期堆放在空气中，并未看到放热、发光，但它缓慢地进行氧化，以致煤的外观和性质都发生了变化。这是煤的缓慢氧化的结果。

煤的缓慢氧化和煤的燃烧虽然表现形式不同，但从反应的实质来看，它们都是和氧反应的过程，差别只是氧化速度和程度的不同。第44页/共55页3.2煤的化学性质－煤的氧化

（1）煤的氧化过程第一阶段：煤表面的氧化，是煤的轻度氧化。即氧化作用只发生在煤的表面。煤的表面氧化和煤的变质程度有关，低变质程度浅的煤比高变质程度煤易氧化。褐煤、长焰煤要比无烟煤容易氧化。其次和空气中的氧含量或氧的分压大小有关。氧的分压愈大氧化进行的越快。

表面轻度氧化虽然只发生在煤的表面，但是煤的性质已有了明显的变化：颜色变浅、光泽变暗、强度降低、粘结性减弱，发热量降低等。第45页/共55页3.2煤的化学性质－煤的氧化

第二阶段：煤在空气或氧中，温度高于150℃时的进一步氧化，或者用一些氧化剂来进行氧化。

此时，煤的组成发生了变化，经过氧化产生了与原生腐植酸类似的能溶于碱的再生腐植酸。

腐植酸（Humic

Acid，简写HA）：是动植物遗骸，主要是植物的遗骸，经过微生物的分解和转化，以及一系列的化学过程形成的深色、酸性和亲水胶体类有机物

。它是由芳香族及其多种官能团构成的高分子有机酸，具有良好的生理活性和吸收、络合、交换等功能。

第46页/共55页3.2煤的化学性质－煤的氧化

第三阶段：煤进行更深的氧化，在温度高于200℃，用较强的氧化剂来氧化。

煤的结构单元发生了变化，芳香多环系统产生了裂解，生成低分子量的羧酸。第四阶段：是煤的最深度的氧化，也即煤完全转化为CO2和H20。如果以空气或氧来氧化，则当温度升到煤的燃点，煤就会燃烧，即发生氧化。如果用强氧化剂，作用较长时间，煤也会转变成CO2和H20。

煤的氧化是很重要的一个性质，它对煤的利用和煤结构的研究，都起着重要的作用。第47页/共55页3.2煤的化学性质－煤的氧化

（2）用氧化剂来对煤的氧化 以空气、氧气、臭氧等作为氧化剂：

温度在150℃左右，在常压下用空气和氧气对煤进行氧化，其中部分有机物质被氧化为再生腐植酸。工业上常用这个方法来氧化褐煤或变质程度浅的煤，以制取腐植酸或腐植酸类肥料。以硝酸为氧化剂：在硝酸的沸点(86℃)以下处理褐煤，可得一部分可溶于碱的再生腐植酸，如果硝酸浓度大，反应温度高，煤中部分有机物会氧化成为水溶性的有机羧酸。第48页/共55页3.2煤的化学性质－煤的氧化

以浓硝酸和氯酸钾的混合物为氧化剂：

将煤和这种混合物一起沸腾进行深度氧化，可以得到一系列苯的多元羧酸，这也进一步证实了煤的结构单元是芳香