工业分析 第四章 煤和焦炭分析ppt.ppt

Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 第四章第四章 煤和焦炭的分析煤和焦炭的分析第一节第一节 概述概述第二节第二节 煤试样的制备方法煤试样的制备方法第三节第三节 煤的工业分析煤的工业分析第四节第四节 煤的元素分析煤的元素分析第五节第五节 煤中全硫的测定煤中全硫的测定第六节第六节 煤的发热量的测定煤的发热量的测定10/17/20221张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 第一节第一节 概概 述述一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质二、煤的分析方法二、煤的分析方法返回返回10/17/20222张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质1.煤：是植物遗体覆盖在地层以下，经若干年生物化学、煤：是植物遗体覆盖在地层以下，经若干年生物化学、物理化学作用转化为一种固体可燃性的有机沉淀。物理化学作用转化为一种固体可燃性的有机沉淀。10/17/20223张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 10/17/20224张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 世界煤的储存量：约世界煤的储存量：约13万万 亿吨亿吨 我国煤的储存量：约我国煤的储存量：约7300 亿吨亿吨煤炭煤炭：天然存在：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤天然存在：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤 人工产品：木炭、焦炭、煤球人工产品：木炭、焦炭、煤球植物植物 泥炭泥炭 褐煤褐煤 烟煤烟煤 无烟煤无烟煤10/17/20225张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 19世纪以前，世界上能源消耗以煤炭为主。世纪以前，世界上能源消耗以煤炭为主。20世纪世纪60年代起，世界能源消耗中，石油与天年代起，世界能源消耗中，石油与天然气所占的比例超过了煤炭。然气所占的比例超过了煤炭。当前工业发达国家消耗的一次能源中，石油与当前工业发达国家消耗的一次能源中，石油与 天然气占天然气占60%以上，煤炭中占以上，煤炭中占20%左右。在中左右。在中 国消费的一次性能源中，煤炭约占国消费的一次性能源中，煤炭约占73%，且，且 在相当时期内这种能源结构不会发生大变化在相当时期内这种能源结构不会发生大变化10/17/20226张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的缺点：煤的缺点：煤的发热值比石油、天然气低得多，利用效率煤的发热值比石油、天然气低得多，利用效率低。低。通常的采煤方法，开采率仅为通常的采煤方法，开采率仅为60%左右。左右。运输比石油、天然气困难。运输比石油、天然气困难。煤在燃烧过程中生成的煤在燃烧过程中生成的SO2，SO3污染环境，是污染环境，是引起引起酸雨酸雨的主要原因。的主要原因。10/17/20227张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 2.煤煤的的组组成成：由由有有机机质质、矿矿物物质质、水水三三部部分分组成组成有有机机物物：由由C、H、O、N、S等等元元素素组组成成，C、H占占 95%以上以上矿矿物物质质：碱碱金金属属、碱碱土土金金属属、Al、Fe等等的的碳碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等。酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等。水水：外在水、内在水：外在水、内在水10/17/20228张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.碳是组成碳是组成煤大分子的骨架煤大分子的骨架，在各元素在各元素中最高，一般大于中最高，一般大于70%。随着煤化程度随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可超过如某些超无烟煤，碳含量可超过97%。碳碳10/17/20229张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量分数为分数为16%，越是年轻的煤，其含量也越高。，越是年轻的煤，其含量也越高。氢氢碳和氢是煤中有机质的主要组成元素，两者加在一起碳和氢是煤中有机质的主要组成元素，两者加在一起占煤中有机质的占煤中有机质的 以上。以上。煤中碳和氢的发热量最大煤中碳和氢的发热量最大10/17/202210张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.氧元素是组成煤氧元素是组成煤有机质有机质的十分重要的元素，的十分重要的元素，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，发发热量常随氧元素含量的增高而降低热量常随氧元素含量的增高而降低，其含，其含量从量从130%均有。均有。氧氧10/17/202211张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.氮元素在煤中的比例较少，一般为氮元素在煤中的比例较少，一般为0.53%。氮氮氧和氮在燃烧时不放热，称为惰性成分。氧和氮在燃烧时不放热，称为惰性成分。10/17/202212张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.硫硫元元素素也也是是组组成成煤煤的的有有机机质质的的一一种种常常见见元元素素，它它在在煤煤中中含含量量的的多多少少，与与煤煤化化程程度度的的高高低低无无明明显显关关系系，其其含含量量从从最最低低的的0.1到到最最高高的的10%均有。均有。硫硫硫在燃烧时虽然放热，但燃烧产生酸性腐蚀硫在燃烧时虽然放热，但燃烧产生酸性腐蚀有害气体二氧化硫。有害气体二氧化硫。10/17/202213张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同度，而且也直接表征出煤性质的不同。如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性很差或是没有粘结性的年轻煤；碳含量高、很差或是没有粘结性的年轻煤；碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤，只有煤，只有碳含量在碳含量在848488%88%，氢含量在，氢含量在5%5%以以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。的炼焦用煤。10/17/202214张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质3.煤的分类煤的分类 腐植煤（高等植物形成）腐植煤（高等植物形成）腐泥煤腐泥煤 陆植煤陆植煤残植煤残植煤 4.煤的用途：煤的用途：人类生存所需热源提供之一人类生存所需热源提供之一 工业生产工业生产（化工、冶金）主要的原料（化工、冶金）主要的原料5.焦焦碳碳：煤煤在在隔隔绝绝空空气气条条件件下下加加热热、干干馏馏，水水分分和和有有机机物物裂裂 解产物（煤气）挥发出来，不挥发部分就是焦碳。解产物（煤气）挥发出来，不挥发部分就是焦碳。6.焦碳的组成：与煤相似，挥发性组分含量少。焦碳的组成：与煤相似，挥发性组分含量少。10/17/202215张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3 3煤的分类煤的分类 煤的种类繁多，质量也相煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有差悬殊，不同类型的煤有不同的用途。不同的用途。如结焦性好或粘结性好的如结焦性好或粘结性好的煤是优质的煤是优质的炼焦用煤炼焦用煤，热，热稳定性好的无烟块煤是稳定性好的无烟块煤是合合成氨厂的主要原料成氨厂的主要原料，挥发，挥发分和发热量都高的煤是较分和发热量都高的煤是较好的好的动力用煤动力用煤，一些低灰、，一些低灰、低硫的年轻煤则是加压气低硫的年轻煤则是加压气化制造化制造煤气和加氢液化制煤气和加氢液化制取人造液体燃料取人造液体燃料的较好原的较好原料。料。10/17/202216张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 对工业用煤的要求对工业用煤的要求 煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为化工原料。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质化工原料。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质冶金用焦，对冶金用焦，对炼焦用煤炼焦用煤有以下要求：有以下要求：（1）有较强的结焦性或粘结性）有较强的结焦性或粘结性（2）煤的灰分要低）煤的灰分要低（3）煤的硫分要低）煤的硫分要低（4）配合煤的挥发分要合适）配合煤的挥发分要合适10/17/202217张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 建材工业用煤建材工业用煤在建材工业中，水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、石灰在建材工业中，水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、石灰等建筑材料，都要经过各种炉窑焙烧、锻烧甚至等建筑材料，都要经过各种炉窑焙烧、锻烧甚至熔化等高温处理，而煤炭是主要的燃料，其中水熔化等高温处理，而煤炭是主要的燃料，其中水泥工业对煤质要求最高，尤其是年产水泥泥工业对煤质要求最高，尤其是年产水泥2020万吨万吨以上的大、中型水泥厂的回转窑烧成用煤。因其以上的大、中型水泥厂的回转窑烧成用煤。因其煤的灰分大小及其煤灰的组成成分直接影响到水煤的灰分大小及其煤灰的组成成分直接影响到水泥的配料，通常要求灰分低、煤灰成分稳定。如泥的配料，通常要求灰分低、煤灰成分稳定。如灰分太高，发热量就低，达不到熟料的烧成温度灰分太高，发热量就低，达不到熟料的烧成温度14501450以上（要求燃料火焰温度达以上（要求燃料火焰温度达1600160017001700）。）。10/17/202218张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 二、煤的分析方法二、煤的分析方法 1.煤的工业分析（也称为技术分析或实用分析）煤的工业分析（也称为技术分析或实用分析）主主要要测测定定项项目目：水水分分(M)、挥挥发发分分(A)、灰灰分分(V)、固固定定碳碳(FC)四项四项分分析析结结果果：用用来来判判断断煤煤的的种种类类，估估量量煤煤的的利利用用价价值值评评价煤质。价煤质。通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。测定，而是用差减法进行计算。有时也将上述四个测定项目叫做有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析半工业分析，再加上煤的，再加上煤的发热发热量量和煤中全硫的测定，和煤中全硫的测定，则称为全工业分析。则称为全工业分析。10/17/202219张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 2.煤的元素分析：主要测定煤的元素分析：主要测定C、H、O、N、S 元素分析结果：为煤科学的分类，合理的利用和元素分析结果：为煤科学的分类，合理的利用和工业设计提供数据。工业设计提供数据。工业分析主要用于煤的生产使用部门，元素工业分析主要用于煤的生产使用部门，元素分析主要用于科研工作。分析主要用于科研工作。10/17/202220张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3 3其它分析其它分析 如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、铝、一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、铝、钽等常见的稀有元素。钽等常见的稀有元素。如煤中的锗含量在如煤中的锗含量在2020 g g g g-1-1以上时即可计算以上时即可计算储量而有一定的提取价值，镓含量在储量而有一定的提取价值，镓含量在5050 g g g g-1-1以上和铀含量在以上和铀含量在300300500500 g g g g-1-1以以上时也有提取价值，上时也有提取价值，10/17/202221张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3 3其它分析其它分析再再如如有有害害元元素素分分析析。煤煤中中的的有有害害元元素素种种类类很很多多，如如硫硫，磷磷、氯氯、砷砷、氟氟、铬铬、镉镉、汞汞等等。硫硫、磷磷、氯氯主主要要是是指指工工业业利利用用中中对对生生产产有有害害，后后几几种种则则是是对对人人体体和和环环境境有有害害，根根据据特特殊殊的的需要进行检测。需要进行检测。其其它它还还有有煤煤灰灰成成分分分分析析，物物理理性性质质测测定定等等，需根据要求来确定检测项目。需根据要求来确定检测项目。10/17/202222张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 第二节第二节 煤试样的制备方法煤试样的制备方法一、制样总则一、制样总则1.制样目的：是将采集的煤样，经过破碎、混合和缩分制样目的：是将采集的煤样，经过破碎、混合和缩分等程序制备成能代表原来煤样的分析用煤样。等程序制备成能代表原来煤样的分析用煤样。2.精度要求精度要求二、制样用品二、制样用品1.试剂试剂2.设施、设备和工具设施、设备和工具三、煤样的制备三、煤样的制备返回10/17/202223张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 第三节第三节 煤的工业分析煤的工业分析一、煤中水分的测定一、煤中水分的测定 二、灰分的测定二、灰分的测定 三、挥发分的测定三、挥发分的测定 四、固定碳的计算四、固定碳的计算五、各种基准的换算五、各种基准的换算返回10/17/202224张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 一、煤的水分测定一、煤的水分测定（一）、煤中水分分类（一）、煤中水分分类 游离水游离水 结晶水结晶水（煤的工业分析中不考虑）（煤的工业分析中不考虑）内在水内在水 外在水外在水 1.外外在在水水分分(Mf)：也也称称风风干干水水分分，指指煤煤表表面面水水膜膜及及孔孔径径 10-5cm，毛细孔中的水分，风干时失去（毛细孔中的水分，风干时失去（风干煤风干煤）。）。2.2.内内在在水水分分(M(Minhinh）也也称称烘烘干干水水分分，吸吸附附在在孔孔径径1010-5-5cmcm毛毛细细孔孔中的水分，烘干（中的水分，烘干（105105110110）时失去（）时失去（干燥煤干燥煤）。）。全水分全水分(Mt)外在水分外在水分内在水分内在水分 3.3.空气干燥煤样水分空气干燥煤样水分M Madad：以空气干燥煤样在指定条件下，测：以空气干燥煤样在指定条件下，测得的水分为得的水分为M Madad 。10/17/202225张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry （二）空气干燥煤样水分的测定（二）空气干燥煤样水分的测定（GB212-1991）1.1.方法方法A A：通氮干燥法通氮干燥法(1)方方法法提提要要：在在105105110110烘烘箱箱，将将一一定定质质量量的的空空气气干干燥燥煤煤样样在在不不断断进进入入氮氮气气下下干干燥燥，至至质质量量恒恒定定（连连续续两两次次测测定定质质量量差差）的的值值小小于于0.2mg0.2mg计计算算出出水水分的含量。分的含量。10/17/202226张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (2).试剂试剂 氮气：纯度氮气：纯度99.9%，含氧量小于，含氧量小于0.01%；无水氯化钙：化学纯，粒状；无水氯化钙：化学纯，粒状；变色硅胶：工业用品。变色硅胶：工业用品。仪器、设备仪器、设备 小空间干燥器：箱体严密，具有较小的自由空间，有气体进小空间干燥器：箱体严密，具有较小的自由空间，有气体进出口，并带有自动控温装置，能保持温度在出口，并带有自动控温装置，能保持温度在105110范范围内。围内。玻璃称量瓶：直径玻璃称量瓶：直径40mm，高，高25mm,并带有严密的磨口盖。并带有严密的磨口盖。干燥器：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙。干燥器：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙。干燥塔：容量干燥塔：容量250ml，内装干燥器。，内装干燥器。流量计：量程为流量计：量程为1001000ml/min。分析天平：感量分析天平：感量0.1mg10/17/202227张红梅 工业分析 2010-2011学年 打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气，并已加热到打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气，并已加热到105105110110 的干燥箱中，进行干燥。的干燥箱中，进行干燥。从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温后，称量。至室温后，称量。进行检查性干燥，每次进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过的减少不超过0.001g。（4）结果计算结果计算M Madad-空气干燥煤样的水分含量，空气干燥煤样的水分含量，m m1 1-煤样干燥后失去的质量，煤样干燥后失去的质量，gm-煤样的质量，煤样的质量，g(3)测定步骤测定步骤 用预先干燥和称量过的称量瓶称取粒度为用预先干燥和称量过的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气以下的空气干燥煤样（干燥煤样（1.00.1）g,平摊在称量瓶中。平摊在称量瓶中。10/17/202228张红梅 工业分析 2010-2011学年2.2.方法方法B B：甲苯蒸馏法甲苯蒸馏法（1）方法提要方法提要：根据两种互不相溶的液体混合物的沸点低于根据两种互不相溶的液体混合物的沸点低于其中易挥发组分沸点的原理，称取一定量的空气干燥煤样于圆其中易挥发组分沸点的原理，称取一定量的空气干燥煤样于圆底烧瓶中，加入甲苯与煤样一起蒸馏，底烧瓶中，加入甲苯与煤样一起蒸馏，分馏出水分与甲苯，置分馏出水分与甲苯，置于测定管中于测定管中并分层，量出水的体积，以水的质量占煤样质量的并分层，量出水的体积，以水的质量占煤样质量的质量分数作为水分含量。质量分数作为水分含量。（2）试剂和仪器）试剂和仪器（3）测定步骤）测定步骤 称取称取2525g g、粒度为粒度为0.20.2mmmm以下的空气干燥煤样，精确至以下的空气干燥煤样，精确至0.0010.001g g，移入干燥的圆底烧瓶中，加入约移入干燥的圆底烧瓶中，加入约8080mLmL甲苯，安装蒸馏装置。甲苯，安装蒸馏装置。10/17/202229张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 在冷凝管中通入冷却水。加热蒸馏瓶至内容物达到沸腾状态。在冷凝管中通入冷却水。加热蒸馏瓶至内容物达到沸腾状态。控制加热温度使在冷凝管口滴下的液滴数约为每秒控制加热温度使在冷凝管口滴下的液滴数约为每秒24滴。连滴。连续加热，直到馏出液清澈并在续加热，直到馏出液清澈并在5min内不再有细小水泡出现为止。内不再有细小水泡出现为止。取下水分测定管，冷却至室温。记下水的体积，并按校正后取下水分测定管，冷却至室温。记下水的体积，并按校正后的体积由回收曲线上查出煤样中水的实际体积。的体积由回收曲线上查出煤样中水的实际体积。（4）回收曲线的绘制）回收曲线的绘制用微量滴定管准确量取用微量滴定管准确量取0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mL蒸馏水，分别放入蒸馏烧瓶中。每瓶各加蒸馏水，分别放入蒸馏烧瓶中。每瓶各加8080mLmL甲苯，按甲苯，按上述方法进行蒸馏。根据水的加入量和实际蒸出的体积绘制回上述方法进行蒸馏。根据水的加入量和实际蒸出的体积绘制回收曲线。收曲线。10/17/202230张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry （5）结果计算）结果计算M Madad-空气干燥煤样的水分含量，；空气干燥煤样的水分含量，；V-V-由回收曲线图上查出的水的体积，由回收曲线图上查出的水的体积，mLmL；d-d-水的密度水的密度,1.00,1.00g/g/mLmLm-煤样的质量，煤样的质量，g。10/17/202231张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3、方法、方法C（空气干燥法）空气干燥法）（1）方法提要：）方法提要：称取一定质量的空气干燥煤样，置于称取一定质量的空气干燥煤样，置于105105110110干燥箱中，在空气中干燥至质量恒定，然后根据干燥箱中，在空气中干燥至质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水分的含量。煤样的质量损失计算出水分的含量。（2 2）仪器、设备）仪器、设备（3 3）分析步骤）分析步骤（4 4）结果计算）结果计算M Madad-空气干燥煤样的水分含量，空气干燥煤样的水分含量，m m1 1-煤样干燥后失去的质量，煤样干燥后失去的质量，gm-煤样的质量，煤样的质量，g返回10/17/202232张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 方方法法A和和方方法法B适适用用于于所所有有煤煤种种，在在仲仲裁裁分分析析中中遇遇到到有有用用空空气气干干燥燥煤煤样样水水分分进进行行基基的的换换算算时时，应应用用方方法法A测测定定空空气气干干燥燥煤煤样样的的水水分分 方法方法C适用于烟煤和无烟煤。适用于烟煤和无烟煤。按测定的速度来说按测定的速度来说:方方法法A为为常常规规测测定定法法，方方法法B、C为为快快速速测测定法。定法。10/17/202233张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 二、灰分的测定二、灰分的测定 煤样在规定的条件下完全燃烧后所得到的残留物，称为灰煤样在规定的条件下完全燃烧后所得到的残留物，称为灰分。由于灰分的组成和质量与煤的矿物质不完全相同，是矿分。由于灰分的组成和质量与煤的矿物质不完全相同，是矿物质在空气中经过一系列复杂的化学反应后剩余的残渣，因物质在空气中经过一系列复杂的化学反应后剩余的残渣，因此，称之为此，称之为“灰分产率灰分产率”更为合理。煤的灰分来自煤中的矿更为合理。煤的灰分来自煤中的矿物质，包括如下几个部分：物质，包括如下几个部分：.原生矿物质原生矿物质 煤的原生矿物质是成煤植物在生长过程中，从土壤中吸收的煤的原生矿物质是成煤植物在生长过程中，从土壤中吸收的碱金属和碱土金属的盐类，其含量一般为碱金属和碱土金属的盐类，其含量一般为。这类。这类盐类与煤的有机质结合紧密不易分离。盐类与煤的有机质结合紧密不易分离。.次生矿物质次生矿物质 在成煤过程中，由外界混到煤层中的矿物质而形成了次生在成煤过程中，由外界混到煤层中的矿物质而形成了次生矿物质。次生矿物质在煤中的分布均匀，含量一般不高。原矿物质。次生矿物质在煤中的分布均匀，含量一般不高。原生矿物质和次生矿物质总称为生矿物质和次生矿物质总称为煤的内在矿物质煤的内在矿物质。以内在矿物。以内在矿物质所形成的灰分称之为内在灰分。质所形成的灰分称之为内在灰分。内在矿物质难以用洗选的内在矿物质难以用洗选的方法去除方法去除。10/17/202234张红梅 工业分析 2010-2011学年.外来矿物质外来矿物质 在采煤过程中混入的矿顶、底板及夹矿层的矿石、泥、沙等在采煤过程中混入的矿顶、底板及夹矿层的矿石、泥、沙等称为外来矿物质。这类矿物质由于是从外界引入的，在煤中称为外来矿物质。这类矿物质由于是从外界引入的，在煤中分布不均，可采用洗选的方法将其除去。分布不均，可采用洗选的方法将其除去。以高温灼烧法测定煤中的灰分的含量时，将伴随发生一系列以高温灼烧法测定煤中的灰分的含量时，将伴随发生一系列的物理化学反应，主要的反应如下：的物理化学反应，主要的反应如下：当温度在当温度在左右时：左右时：CaSOCaSO4 42H2H2 2O=CaSOO=CaSO4 4+2H+2H2 2OO Al Al2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O=AlO=Al2 2O O3 32SiO2SiO2 2+2H+2H2 2OO 即煤中的碳酸盐和硅酸盐发生脱水反应，失去结晶水即煤中的碳酸盐和硅酸盐发生脱水反应，失去结晶水当温度在当温度在左右时：左右时：aCOaCO3 3=CaO+CO=CaO+CO2 2 FeCO FeCO3 3=FeO+CO=FeO+CO2 2 即煤中的碳酸盐在温度高于即煤中的碳酸盐在温度高于时，则发生分解反应，时，则发生分解反应，生成氧化物和二氧化碳生成氧化物和二氧化碳10/17/202235张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry .当在温度在当在温度在左右时：左右时：eS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 2CaO 2CaO+2SO2SO2 2+O O2 2=2CaSO=2CaSO4 4 2FeO 2FeO+O O2 2=2Fe=2Fe2 2O O3 3 即在即在400400600时，由于空气中氧的作用，发生了氧化反应。时，由于空气中氧的作用，发生了氧化反应。但由于但由于SOSO2 2和和CaOCaO发生反应生成发生反应生成CaSOCaSO4 4，使测定结果偏高。，使测定结果偏高。为使为使反应完全，一般让煤样在反应完全，一般让煤样在500500保温一段时间，使煤中的黄铁保温一段时间，使煤中的黄铁矿硫和有机硫被完全氧化。矿硫和有机硫被完全氧化。（4）当温度高于当温度高于7时：时：当温度高于当温度高于7时，煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发时，煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发生分解，待温度达到生分解，待温度达到800 时分解反应基本完成，因此，时分解反应基本完成，因此，煤的煤的灰分测定温度规定为（灰分测定温度规定为（81010）。10/17/202236张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 测定原理测定原理 称取一定量的煤样于灰皿中，置于高温炉并灼烧称取一定量的煤样于灰皿中，置于高温炉并灼烧至恒重。根据灼烧后残留物（灰分）的质量与式样至恒重。根据灼烧后残留物（灰分）的质量与式样试样质量，计算出灰分的含量。试样质量，计算出灰分的含量。煤的灰分测定包括煤的灰分测定包括缓慢挥发法缓慢挥发法和和快速挥发法快速挥发法（GB212-91GB212-91）。）。缓慢挥发法为仲裁法缓慢挥发法为仲裁法；快速挥发法；快速挥发法为常规分析法。为常规分析法。10/17/202237张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 测测定定过过程程 称称取取分分析析煤煤样样1 0.1g，于于已已经经在在815 10灼灼烧烧恒恒量量的的灰灰皿皿中中，轻轻微微振振动动，使使样样品品分分散散为为均均匀匀的的薄薄层层，置置温温度度低低于于100的的高高温温炉炉中中。在在炉炉门门留留有有约约15mm左左右右的的缝缝隙隙供供自自然然通通风风，控控制制加加热热速速度度，使使炉炉温温在在30min左左右右缓缓慢慢升升高高至至500并并保保持持此此温温度度30min。然然后后，升升高高温温度度至至815 10，关关闭闭炉炉门门，在在此此温温度度下下继继续续灼灼烧烧1h。取取出出灰灰皿皿，于于干干燥燥器器中中冷冷至至室室温温（约约20min）称称量量，然然后后进进行行检检查查性性灼灼烧烧，每每次次进进行行20min，直直到到煤煤样样的的质质量量变变化化小小于于0.001g时时为为止止，取取最最后后一一次次质质量量计计算算。灰灰分分15%的样品，可不必进行检查性灼烧。的样品，可不必进行检查性灼烧。10/17/202238张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 测定方法：高温灼烧法（空气干燥煤样）测定方法：高温灼烧法（空气干燥煤样）（1）缓慢灰化法缓慢灰化法：煤样：煤样 恒重灰皿恒重灰皿 马弗炉马弗炉100 缓慢升温缓慢升温30min至至500 保温保温30min 升温升温至至815 保温保温1h 冷却至室温冷却至室温 称量称量 检查性检查性灼烧至恒量灼烧至恒量（2）快速灰化法快速灰化法：煤样：煤样 恒重灰皿恒重灰皿 马弗炉马弗炉815 灼烧灼烧40min 冷却至室温冷却至室温 称量称量 检查性灼检查性灼烧至恒量烧至恒量10/17/202239张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 长方形灰皿长方形灰皿 10/17/202240张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 灰分快速测定仪10/17/202241张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 马弗炉马弗炉10/17/202242张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 结果计算结果计算A Aadad-空气干燥煤样的灰分含量，；空气干燥煤样的灰分含量，；m m1 1-残留物的质量，残留物的质量，g；m-煤样的质量，煤样的质量，g。返回10/17/202243张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 三、三、挥发挥发分的分的测测定定 将煤放在与将煤放在与空气隔绝空气隔绝的容器内，在高温下的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的经一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿有机质和部分矿物质分解物质分解为为气体气体释出，由减小的质量再减去释出，由减小的质量再减去水的质量即为水的质量即为煤的挥发分煤的挥发分。因因为为煤煤中中可可燃燃性性挥挥发发分分不不是是煤煤的的固固有有物物质质，而而是是在在特特定定条条件件下下，煤煤受受热热的的分分解解产产物物，而而且且其其测测定定值值受受温温度度、时时间间和和所所用用坩坩埚埚的的大大小小、形形状状等等不不同同而而异异，测测定定方方法法为为规规范范性性试试验验方方法法，因因此此所所测测的的结结果果应应称称为为挥发分产率挥发分产率，用，用符号符号V V表示。表示。10/17/202244张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 主要指标主要指标 根根据据挥挥发发分分产产率率的的高高低低，可可以以初初步步判判别别煤煤的的变变质质程程度度、发发热热量量及及焦焦油油产产率率等等各各种种重重要要性性质质，而而且且几几乎乎世世界界各各国国都都采采用用干干燥燥无灰基挥发分无灰基挥发分作为煤分类的一个主要指标。作为煤分类的一个主要指标。工业生产上用煤也都首先需要了解挥发工业生产上用煤也都首先需要了解挥发分是否合乎要求，所以煤的挥发分是了解分是否合乎要求，所以煤的挥发分