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1、第五章煤的化学组成本讲稿第一页，共一百零七页第五章第五章 煤的化学组成煤的化学组成主要内容主要内容5.1煤的工业分析煤的工业分析5.2煤中矿物质的组成及煤灰成分煤中矿物质的组成及煤灰成分5.3煤中有机质的元素组成煤中有机质的元素组成5.4煤中有机质的族组成煤中有机质的族组成5.5煤质分析指标的基准及换算煤质分析指标的基准及换算本讲稿第二页，共一百零七页 引引言言煤煤无机组分无机组分（有害）（有害）有机组分：高分子有机化合物的混合物有机组分：高分子有机化合物的混合物（主要部分）（主要部分）矿物质矿物质水水化化学学成成分分复复杂杂，分分离离鉴鉴定定不不可可能能工业分析工业分析元素分析元素分析灰分分

2、析灰分分析溶剂萃取溶剂萃取本讲稿第三页，共一百零七页第一节第一节 煤的工业分析煤的工业分析 1 1、煤的工业分析是确定、煤的工业分析是确定煤化学组成煤化学组成最基本的方法最基本的方法。2 2、工业分析可以将煤的组成分为：、工业分析可以将煤的组成分为：水分、灰分、挥发分和水分、灰分、挥发分和固定碳固定碳。3 3、工业分析的特点：工业分析是一种条件试验，除了水、工业分析的特点：工业分析是一种条件试验，除了水分以外，分以外，灰分、挥发分灰分、挥发分和和固定碳固定碳都是煤中的原始组分都是煤中的原始组分在一定条在一定条件下的转化产物件下的转化产物。灰分来源于煤中的矿物质；挥发分和固定。灰分来源于煤中的矿

3、物质；挥发分和固定碳来源于煤中的有机质。测定结果依测定条件变化而变化。碳来源于煤中的有机质。测定结果依测定条件变化而变化。4 4、测定方法：（、测定方法：（GB/T212-2008GB/T212-2008）本讲稿第四页，共一百零七页一、一、煤中的水分煤中的水分 1 1、煤中水分的状态、煤中水分的状态水水分分是是煤煤中中的的重重要要组组成成部部分分，是是煤煤炭炭质质量量的的重重要指标。要指标。（1 1）成煤过程中，环境中的水随着成煤过程进入煤中；成煤过程中，环境中的水随着成煤过程进入煤中；（2 2）煤层形成后，地下水进入煤层的裂隙、孔隙中；）煤层形成后，地下水进入煤层的裂隙、孔隙中；（3 3）开

4、采、洗选、运输、储存过程中进入煤中。）开采、洗选、运输、储存过程中进入煤中。煤中水分的来源：煤中水分的来源：本讲稿第五页，共一百零七页水水 分分游离水游离水化合水化合水与煤呈物理态结合，吸附在煤的外与煤呈物理态结合，吸附在煤的外表面和内部孔隙中表面和内部孔隙中结晶水结晶水热解水热解水煤中含结晶水的矿物质具有，通常含量不大；煤中含结晶水的矿物质具有，通常含量不大；高温热解条件下，煤中的氧和氢结合生成的水，它高温热解条件下，煤中的氧和氢结合生成的水，它取决于热解的条件和煤中的氧含量取决于热解的条件和煤中的氧含量煤中的水分均是指煤中的物理吸附态的水。煤中的水分均是指煤中的物理吸附态的水。颗粒越细、内

5、部孔隙越发达，煤中吸附的水颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附的水分就越高分就越高一、一、煤中的水分煤中的水分 外在水分外在水分内在水分内在水分本讲稿第六页，共一百零七页一、一、煤中的水分煤中的水分 游离水游离水外在水分外在水分内在水分内在水分（常温大气中易失去的水分）（常温大气中易失去的水分）（常温大气中不易失去的水分）（常温大气中不易失去的水分）全水分全水分v严严格格地地说说，外外在在水水分分是是指指煤煤放放置置在在大大气气中中使使水水分分不不断断蒸蒸发发，当当煤煤中中水水的的蒸蒸气气压压与与大大气气中中水水蒸蒸气气分分压压达达到到平平衡衡时时，煤煤中中水水分分不不再再变变化化。这这时时所所

6、失失去去的的水水分分占占煤煤样样质质量量的的百百分分数数就就是是外外在在水水分分，用用M Mf f表表示示。而而残残留留在在煤煤内内部部孔孔隙隙中中没没有有蒸发出来的水分称为蒸发出来的水分称为内在水分，用内在水分，用M Minhinh表示表示。本讲稿第七页，共一百零七页按照一定的采样标准从商品煤堆、商品煤运输工具按照一定的采样标准从商品煤堆、商品煤运输工具或用户煤场等处所采煤样，称为或用户煤场等处所采煤样，称为应用煤样应用煤样，将应用煤样，将应用煤样送到化验室后称为送到化验室后称为收到煤样收到煤样，它含有的水分占收到煤样质，它含有的水分占收到煤样质量的百分数称为量的百分数称为收到基收到基(as

7、 received basis)(as received basis)水分，也称全水水分，也称全水分，用分，用M Mt t或或M Marar表示表示。外在水分和内在水分构成了收到基水外在水分和内在水分构成了收到基水分分，它们的关系可用下式表示：，它们的关系可用下式表示：，%本讲稿第八页，共一百零七页煤煤失失去去外外在在水水分分后后所所处处的的状状态态称称为为风风干干状状态态或或空空气气干干燥燥状状态态，失失去去外外在在水水分分的的煤煤样样称称为为风风干干煤煤样样或或空空气气干干燥燥煤煤样样。风风干干煤中水分占风干煤样质量的百分数称为煤中水分占风干煤样质量的百分数称为内在水分内在水分。通通常常，

8、煤煤质质分分析析化化验验采采用用的的煤煤样样均均是是粒粒度度小小于于0.2mm0.2mm的的空空气气干干燥燥煤煤样样（又又称称分分析析煤煤样样），空空气气干干燥燥煤煤样样的的水水分分也也可可称称为为空空气气干干燥燥基基(air(air dried dried basis)basis)水水分分，用用M Madad表表示示，它它的的大大小小与与M Minhinh相同。相同。本讲稿第九页，共一百零七页煤的最高内在水分煤的最高内在水分 煤的最高内在水分煤的最高内在水分是指煤样在是指煤样在3030，相对湿度达到，相对湿度达到96%96%的条的条件下吸附水分达到饱和时测得的水分，用符号件下吸附水分达到饱和

9、时测得的水分，用符号MHC MHC(moisture(moisture holding capacity)holding capacity)表示。这一指标反映了年青煤的煤化程度，用表示。这一指标反映了年青煤的煤化程度，用于煤质研究和年青煤的分类。于煤质研究和年青煤的分类。煤的最高内在水分的测定煤的最高内在水分的测定将将饱饱浸浸水水分分的的煤煤样样用用恒恒湿湿纸纸处处理理，以以除除去去大大部部分分外外在在水水分分并并使使煤煤团团 分分散散开开，然然后后放放在在温温度度为为3030，相相对对湿湿度度为为96%(96%(硫硫酸酸钾钾结结晶晶及及其其饱饱和和溶溶液液)的的充充氮氮调调湿湿器器内内，在在

10、常常压压和和不不断断 搅搅动动气气氛氛的的情情况况下下使使其其达达到到湿湿度度平平衡衡，然然后后在在105105110110的的温温度度下下烘烘干干，以以其其减减量量的重量百分数表示最高内在水分。的重量百分数表示最高内在水分。一般需要一般需要24244848小时小时。本讲稿第十页，共一百零七页充氮常压法最高内充氮常压法最高内在水分测定仪在水分测定仪 本讲稿第十一页，共一百零七页充氮烘箱充氮烘箱1烘箱；烘箱；2金属盒；金属盒；3干燥塔；干燥塔；4氮气氮气瓶；瓶；5硅胶管；硅胶管；6孔径孔径0.25mm 的铜网；的铜网；7金属托盘；金属托盘；8氮氮气出口；气出口；9样皿；样皿；10氮气入口氮气入口

11、 本讲稿第十二页，共一百零七页2 2、测定煤中水分的基本原理、测定煤中水分的基本原理测测定定煤煤中中水水分分含含量量的的方方法法很很多多，如如蒸蒸馏馏法法、电电解解法法、烘烘烤烤失失重重法法等等，本本课课要要求求掌掌握握干干燥燥失失重重法法的的基基本本原原理理，其其他他方方法法可可参参阅有关专门书籍。阅有关专门书籍。干燥失重法的原理是干燥失重法的原理是：煤中水分是以物理态吸附在煤的：煤中水分是以物理态吸附在煤的表面或孔隙中，只要将煤加热到高于表面或孔隙中，只要将煤加热到高于100100，即可使煤中的，即可使煤中的水分析出。在加热过程中，煤本身不发生任何变化，煤的失水分析出。在加热过程中，煤本身

12、不发生任何变化，煤的失重即认为是水分失去所引起的。重即认为是水分失去所引起的。通常是将煤加热到通常是将煤加热到105105110110并保持恒温，直至煤处于恒重时，煤样的失重即为煤并保持恒温，直至煤处于恒重时，煤样的失重即为煤样在干燥中失去的水分。样在干燥中失去的水分。本讲稿第十三页，共一百零七页自动水分测定仪自动水分测定仪 水分测定时使用的仪器设备有水分测定时使用的仪器设备有分析天平分析天平、干燥箱干燥箱、称量瓶称量瓶等。等。还有自动化的仪器设备。还有自动化的仪器设备。本讲稿第十四页，共一百零七页2 2、测定煤中水分的基本原理、测定煤中水分的基本原理 工业分析中测定的水分是指用粒度小于工业分

13、析中测定的水分是指用粒度小于0.2mm0.2mm的空气干燥煤样测得的水分，称为空气干的空气干燥煤样测得的水分，称为空气干燥基水分燥基水分。本讲稿第十五页，共一百零七页3 3、煤中水分与煤化程度的关系煤中水分与煤化程度的关系MHC,%年年轻轻褐褐煤煤的的最最高高内内在在水水分分多多在在25%25%以以上上，少少数数的的如如云云南南弥弥勒勒褐褐煤煤最最高高内内在在水水分分达达31%31%。最最高高内内在在水水分分小小于于2%2%的的烟烟煤煤，几几乎乎都都是是强强粘粘结结性性和和高高发发热热量量的的肥肥煤煤和和主主焦焦煤煤。无无烟烟煤煤的的最最高高内内在在水水分分比比烟烟煤有所提高。煤有所提高。本讲

14、稿第十六页，共一百零七页煤的外在水分与煤化程度没有规律煤的外在水分与煤化程度没有规律可循。可循。煤的内在水分呈规律性变化。煤的内在水分呈规律性变化。从褐煤开始，随煤化程度的提高，从褐煤开始，随煤化程度的提高，煤的内在水分逐渐下降，到中等煤化程煤的内在水分逐渐下降，到中等煤化程度的焦煤和肥煤，内在水分最低，此后度的焦煤和肥煤，内在水分最低，此后随煤化程度的提高，内在水分又有所上随煤化程度的提高，内在水分又有所上升。升。原因：煤的孔隙内表面，分子上的原因：煤的孔隙内表面，分子上的极性含氧官能团极性含氧官能团本讲稿第十七页，共一百零七页4 4、煤中水分对煤加工利用的影响、煤中水分对煤加工利用的影响

15、煤中的水分对煤加工利用过程是有害的煤中的水分对煤加工利用过程是有害的。（1 1）运输浪费。）运输浪费。（2 2）热效率降低。）热效率降低。（3 3）降低环境污染。降低环境污染。本讲稿第十八页，共一百零七页二、煤的灰分二、煤的灰分煤的灰分：煤的灰分：煤样在规定条件下完全燃烧后所得煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残渣的残渣。该残渣的质量占测定煤样质量的。该残渣的质量占测定煤样质量的百分数百分数称为灰称为灰分产率，简称为分产率，简称为灰分灰分。本讲稿第十九页，共一百零七页1 1、煤灰分的来源、煤灰分的来源煤的灰分不是煤中的固有组成，而是煤的灰分不是煤中的固有组成，而是由煤中的矿物质转由煤中的矿物质转

16、化而来的化而来的。矿物质在高温下经分解、氧化、化合等化学反矿物质在高温下经分解、氧化、化合等化学反应之后才转化为灰分。应之后才转化为灰分。煤的灰分与矿物质有很大的区别，首先是煤的灰分与矿物质有很大的区别，首先是灰分的产率比灰分的产率比相应的矿物质含量要低，相应的矿物质含量要低，其次是在成分上有很大的变化。其次是在成分上有很大的变化。矿物质转化为灰分的过程中发生的有代表性的反应是：矿物质转化为灰分的过程中发生的有代表性的反应是：CaCOCaCO3 3CaO+COCaO+CO2 2FeSFeS2 2+O+O2 2 SOSO2 2+Fe+Fe2 2O O3 3CaSOCaSO4 4.H.H2 2O

17、O CaSO CaSO4 4+H+H2 2O O本讲稿第二十页，共一百零七页2 2、灰分产率的测定要点、灰分产率的测定要点在灰皿中称量在灰皿中称量1g1g左右的分析煤样，然后在左右的分析煤样，然后在815815空气空气充足的条件下完全燃烧后得到的残渣作为煤的灰分，充足的条件下完全燃烧后得到的残渣作为煤的灰分，称量称量并计算其占煤样质量的百分数，称为煤的灰分产率，用并计算其占煤样质量的百分数，称为煤的灰分产率，用A A表示。表示。测定灰分时所用的煤样是粒度小于测定灰分时所用的煤样是粒度小于0.2mm0.2mm的空气干燥煤的空气干燥煤样，因此，测定结果是空气干燥基的灰分产率，用样，因此，测定结果是

18、空气干燥基的灰分产率，用A Aadad表表示。测定灰分用的仪器设备有示。测定灰分用的仪器设备有马弗炉马弗炉、分析天平和、分析天平和灰皿灰皿等。等。测定煤灰分的方法：测定煤灰分的方法：慢速法慢速法和和快速法快速法。本讲稿第二十一页，共一百零七页连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪本讲稿第二十二页，共一百零七页连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪本讲稿第二十三页，共一百零七页灰分产率的计算：灰分产率的计算：由于空气干燥煤样中的水分是随空气湿度的变化而变化的，由于空气干燥煤样中的水分是随空气湿度的变化而变化的，因而造成灰分的测值

19、也随之发生变化。但就因而造成灰分的测值也随之发生变化。但就绝对干燥的煤样来绝对干燥的煤样来说，其灰分产率是不变的。说，其灰分产率是不变的。所以，在实用上空气干燥基所以，在实用上空气干燥基(dry(dry basis)basis)的灰分产率只是个中间数据，一般还需换算为的灰分产率只是个中间数据，一般还需换算为干燥基干燥基的灰分产率的灰分产率A Ad d。换算公式如下：。换算公式如下：，%实际使用中无特别指明，灰分的表示基准应是实际使用中无特别指明，灰分的表示基准应是干燥基础。干燥基础。本讲稿第二十四页，共一百零七页3 3、煤中矿物质和灰分对煤利用的影响、煤中矿物质和灰分对煤利用的影响 A A、煤

20、中矿物质或灰分的不利影响、煤中矿物质或灰分的不利影响 (1)(1)增加运输负荷；增加运输负荷；(2)(2)增加煤炭消耗；增加煤炭消耗；(3)(3)影响炼焦生产操作条件和产品质量；影响炼焦生产操作条件和产品质量；(4)(4)腐蚀设备和装置；腐蚀设备和装置；(5)(5)造成环境污染。造成环境污染。本讲稿第二十五页，共一百零七页 B B、煤中矿物质或煤灰的利用途径、煤中矿物质或煤灰的利用途径 (1)(1)作为煤转化过程的催化剂。作为煤转化过程的催化剂。(2)(2)生产建筑材料。生产建筑材料。(3)(3)制成环保制剂与材料。制成环保制剂与材料。(4)(4)回收稀有金属和共他有用成分。回收稀有金属和共他

21、有用成分。(5)(5)用做化肥和土壤改良剂。用做化肥和土壤改良剂。本讲稿第二十六页，共一百零七页三、挥发分和固定碳三、挥发分和固定碳 在高温条件下，将煤隔绝空气加热一定时间，煤的在高温条件下，将煤隔绝空气加热一定时间，煤的有机质发生热解反应，形成部分小分子的化合物，在测有机质发生热解反应，形成部分小分子的化合物，在测定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形式残留下定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形式残留下来。来。呈气态析出的小分子化合物称为挥发分，以固体形式残呈气态析出的小分子化合物称为挥发分，以固体形式残留下来的有机质称为固定碳。留下来的有机质称为固定碳。实际上，固定碳不能单独实际上，

22、固定碳不能单独存在，存在，它与煤中的灰分一起形成焦渣，它与煤中的灰分一起形成焦渣，从焦渣中扣除灰从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。挥发分用分就是固定碳了。挥发分用V V表示表示，固定碳用，固定碳用FCFC表示表示。本讲稿第二十七页，共一百零七页本讲稿第二十八页，共一百零七页1 1、挥发分的测定要点、挥发分的测定要点 称取称取1g1g空气干燥煤样放入空气干燥煤样放入挥发分坩埚挥发分坩埚，在，在900900的马弗炉内隔的马弗炉内隔绝空气加热绝空气加热7min7min取出，在干燥器中冷却后称量焦渣的质量，认为失重取出，在干燥器中冷却后称量焦渣的质量，认为失重由挥发分和水分蒸发所致，因此，由挥发分和水分蒸

23、发所致，因此，按下式计算挥发分按下式计算挥发分：，空气干燥基的空气干燥基的固定碳固定碳FCFCadad按下式计算按下式计算：FCFCadad100100M MadadA AadadV Vadad，本讲稿第二十九页，共一百零七页挥发分的测定仪器挥发分的测定仪器本讲稿第三十页，共一百零七页2 2、V Vadad的校正的校正 在煤隔绝空气加热的情况下，煤中的矿物质也发在煤隔绝空气加热的情况下，煤中的矿物质也发生分解反应，产生一些气态产物逸出，主要是生分解反应，产生一些气态产物逸出，主要是碳酸盐碳酸盐分解产生分解产生COCO2 2，影响到挥发分测定的准确性，需校正。影响到挥发分测定的准确性，需校正。当

24、碳酸盐当碳酸盐COCO2 2含量含量22时，时，V Vadad校正校正V Vadad (CO (CO2 2)adad式中式中(CO(CO2 2)adad 空气干燥基碳酸盐空气干燥基碳酸盐COCO2 2的含量，的含量，本讲稿第三十一页，共一百零七页3 3、挥发分的基准换算、挥发分的基准换算挥发分是由煤的有机质热解而产生的，挥发分是由煤的有机质热解而产生的，挥发分的高低反映挥发分的高低反映了煤的有机质的特性。但挥发分的测定结果用空气干燥基表示了煤的有机质的特性。但挥发分的测定结果用空气干燥基表示时，既不能正确反映这种特性，由于水分和灰分的影响，也不时，既不能正确反映这种特性，由于水分和灰分的影响，

25、也不能准确表达挥发分的大小。因此，排除水分和灰分，采用无水能准确表达挥发分的大小。因此，排除水分和灰分，采用无水无灰的基准（无灰的基准（dry ash free basis dry ash free basis）表示，）表示，无水无灰基也称干燥无无水无灰基也称干燥无灰基灰基。在实际使用中除非特别指明，在实际使用中除非特别指明，挥发分的基准均是干燥无灰基。干挥发分的基准均是干燥无灰基。干燥无灰基挥发分用燥无灰基挥发分用V Vdafdaf表示，表示，由空气干燥基挥发分换算而得：由空气干燥基挥发分换算而得：本讲稿第三十二页，共一百零七页，这时，这时，干燥无灰基的固定碳干燥无灰基的固定碳FCFCdaf

26、daf100100V Vdafdaf。本讲稿第三十三页，共一百零七页4 4、焦渣特征、焦渣特征焦渣的定义：焦渣的定义：煤样在测定完挥发分后的固体残留物。煤样在测定完挥发分后的固体残留物。它是由固定碳和灰分构成的。它是由固定碳和灰分构成的。焦渣特征：指焦渣的形态（粉状、块状）、光泽、强焦渣特征：指焦渣的形态（粉状、块状）、光泽、强度、形状等特点，并根据这些特点，把焦渣特征划分为度、形状等特点，并根据这些特点，把焦渣特征划分为8 8种，种，用以用以粗略判断煤的粘结性强弱粗略判断煤的粘结性强弱，号数越大，表明粘结性号数越大，表明粘结性越强。越强。焦渣特征号如下：焦渣特征号如下：本讲稿第三十四页，共一

27、百零七页1 1号粉状：号粉状：全部是粉末，没有相互粘着的颗粒全部是粉末，没有相互粘着的颗粒 2 2号粘着：号粘着：颗粒粘着，但用手轻压即碎成粉状颗粒粘着，但用手轻压即碎成粉状 3 3号弱粘结号弱粘结：已经成块，但手指轻压即碎成小块：已经成块，但手指轻压即碎成小块 4 4号不熔融粘结：号不熔融粘结：用手指用力压才裂成小块用手指用力压才裂成小块 5 5号不膨胀熔融粘结：号不膨胀熔融粘结：角质呈扁平的饼状，煤粒界面不易分清，角质呈扁平的饼状，煤粒界面不易分清，表面有银白色金属光泽表面有银白色金属光泽 6 6号微膨胀熔融粘结：号微膨胀熔融粘结：焦渣用手指压不碎，表面有银白色金属光焦渣用手指压不碎，表面

28、有银白色金属光泽和较小的膨胀泡泽和较小的膨胀泡 7 7号膨胀熔融粘结：号膨胀熔融粘结：焦渣表面有银白色金属光泽，明显膨胀，焦渣表面有银白色金属光泽，明显膨胀，但高度不超过但高度不超过15mm15mm 8 8号强膨胀熔融粘结：号强膨胀熔融粘结：同上，但高度超过同上，但高度超过15mm15mm。4 4、焦渣特性、焦渣特性本讲稿第三十五页，共一百零七页5 5、影响挥发分的因素、影响挥发分的因素（1 1）测定条件：）测定条件：加热温度、时间和速度。加热温度、时间和速度。（2 2）煤化程度的影响：）煤化程度的影响：挥发分随煤化程度的提高而下降挥发分随煤化程度的提高而下降。褐煤最高（通常大于褐煤最高（通常

29、大于4040），无烟煤最低（通常小于），无烟煤最低（通常小于1010）。）。煤的挥发分主要来自于煤分子上的脂肪侧链、含氧官能团煤的挥发分主要来自于煤分子上的脂肪侧链、含氧官能团断裂后形成的小分子化合物和煤有机质高分子缩聚时生成的氢气。断裂后形成的小分子化合物和煤有机质高分子缩聚时生成的氢气。本讲稿第三十六页，共一百零七页大大类别类别小小类别类别分分类类指指标标名称名称名称名称Vdaf（%）Y（mm）无烟煤无烟煤010贫贫煤煤10200（粉状）（粉状）瘦煤瘦煤1号瘦煤号瘦煤2号瘦煤号瘦煤142014200（成（成块块）8812焦煤焦煤瘦焦煤瘦焦煤主焦煤主焦煤焦瘦煤焦瘦煤1号肥焦煤号肥焦煤2号肥焦

30、煤号肥焦煤14181826202626302630122512258129141425肥煤肥煤1号肥煤号肥煤2号肥煤号肥煤1号焦肥煤号焦肥煤2号焦肥煤号焦肥煤气肥煤气肥煤2637263726263725303025303025气煤气煤1号肥气煤号肥气煤2号肥气煤号肥气煤1号气煤号气煤2号气煤号气煤3号气煤号气煤303730373737379141425599141425弱粘煤弱粘煤1号弱粘煤号弱粘煤2号弱粘煤号弱粘煤202626370（成（成块块）80（成（成块块）9不粘煤不粘煤20370（粉状）（粉状）长长焰煤焰煤3705褐煤褐煤40本讲稿第三十七页，共一百零七页（3 3）成因类型和煤岩组分

31、的影响）成因类型和煤岩组分的影响煤的挥发分主要决定于其煤化程度，煤的挥发分主要决定于其煤化程度，但成因类型和煤岩组分但成因类型和煤岩组分也有影响。也有影响。腐植煤的挥发分低于腐泥煤。腐植煤的挥发分低于腐泥煤。这是因为成煤原始植物和结构这是因为成煤原始植物和结构的差异引起的。腐植煤以稠环芳香族物质为主，受热不易分解，而的差异引起的。腐植煤以稠环芳香族物质为主，受热不易分解，而腐泥煤则以脂肪族为主，受热易裂解为小分子化合物成为挥发分。腐泥煤则以脂肪族为主，受热易裂解为小分子化合物成为挥发分。煤岩组分中壳质组的挥发分最高，镜质组次之，惰质组煤岩组分中壳质组的挥发分最高，镜质组次之，惰质组最低。最低。

32、腐植煤镜质组的挥发分随煤化程度的提高而较为均匀的下腐植煤镜质组的挥发分随煤化程度的提高而较为均匀的下降，降，所以一般用挥发分作为表示煤化程度的指标。所以一般用挥发分作为表示煤化程度的指标。本讲稿第三十八页，共一百零七页第一节 煤的工业分析一、煤中的水分（一、煤中的水分（M M）煤加热挥发部分不挥发部分水分（M）煤中无机质热解生成的气体煤中有机质热解生成的气体（V）煤中无机质热解形成的残渣（A）煤中有机质产生热量的部分（FC）2%，不计2%，减去煤的化学组成M+A+V+FC（一）煤中水分的来源 煤中的水分来源于成煤过程中、煤形成后及在开采、洗选和运输过程中等。煤的工业分析：是指测定煤中M、A、V

33、、FC的过程。重点、难点内容注意本讲稿第三十九页，共一百零七页（二）煤中水分的种类煤中的水分 按水分在煤中的存在状态分按测定煤中水分时的操作条件分游离水：是吸附在煤表面和存在于煤内部毛细管中的水分。化合水：是指煤中矿物质的结晶水。在煤的工业分析中不考虑这种水分。自由水分：是附着在煤表面和内部大毛细管（半径大于10-5cm）中的水分 湿存水分：是存在于煤内部小毛细管（半径小于10-5cm）中的水分。外在水分（Mf）:是指在4050的测定条件下，煤样与周围空气达到湿度平衡时失去的水分。内在水分（Minh）:是指在100110测定条件下，煤样达到干燥状态时所失去的水分。煤的最高内在水分（MHC）：是

34、指煤在温度30、相对湿度为9697的条件下达到吸湿平衡的内在水分。以最高内在水分状态的煤样为基准即为恒湿基，其分析结果数据多在煤理论研究和煤分类上应用。本讲稿第四十页，共一百零七页 煤的全水分是煤的外在水分和内在水分之和。即：Mt,ar=Mf,ar+Minh,ar 煤的工业分析中，煤的外在水分（Mf,ar）是以收到基为基准、煤的内在水分（Minh,ad）又是以空气干燥基为基准测定的。由于它们之间的基准不同，因此煤的全水分不能直接用它们相加得到，而必须用全水分计算公式（式4-6）经过换算得到。收到基全水分（Mt,ar）表示的是煤中的实际含水量。（三）煤中的全水分（Mt，ar）（四）煤水分指标的使

35、用意义 1.收到基全水分（Mt,ar）：它是衡量煤炭经济价值最基本的质量指标之一，也是商品煤计价的重要依据，在工业上全水分可用来计算热平衡、物料平衡和煤的发热量等。2.空气干燥基水分（Mad）：主要用于煤质分析中各项指标的计算和基准换算。*煤水分指标符号的简写：Mt,ar简写MtMarMf，ar简写MfMinhMinhMad简写简写Minh，arMinh，ad本讲稿第四十一页，共一百零七页 煤中的矿物质是煤中除了水分以外的无机物。煤的灰分不是煤中固有的成分，而是煤中的矿物质在煤燃烧时经过失水、分解、氧化、化合等变化而产生的固态混合物，因此，严格地讲不能叫“煤中的灰分”，而应叫“煤的灰分产率”。

36、二、煤中的矿物质（二、煤中的矿物质（MMMM）和煤的灰分产率（）和煤的灰分产率（A A）（一）煤中的矿物质（MM）煤中矿物质的划分及来源原生矿物质次生矿物质外来矿物质来源于来源于来源于成煤植物本身所含的矿物质，一般为12。不能用机械方法除去。在成煤过程中，从外界进入成煤沼泽中以后保留于煤中的的矿物质，含量不高。较难与煤分离。在采煤过程中，煤层的顶板、底板、夹矸等混入煤中的矿物质。可用一般的选煤方法除去。内在矿物质 内在灰分外在矿物质外在灰分形成形成 煤中矿物质的含量变化很大，一般为2%40%；其化学组成又极为复杂，主要有氧化物、硫化物、硅酸盐、碳酸盐和硫酸盐类等。本讲稿第四十二页，共一百零七页

37、煤中的有机质=100-水分-矿物质 煤中有机质的真正含量不易测定，主要是由于煤中矿物质很难测定。常用煤中的灰分产率（Aad%）近似地表示煤中矿物质的含量，即：煤中的有机质100-Mad-Aad=可燃质。三、煤中的有机质和煤的挥发分产率（三、煤中的有机质和煤的挥发分产率（V V）（一）煤中的有机质（二）煤的挥发分产率（V）1.煤的挥发分 煤的挥发分是煤样在一定条件下隔绝空气加热，煤中的有机物在特定条件下热分解“挥发”出来的产物。2.煤的挥发分产率（V）煤的挥发分产率是将l0.01g空气干燥基煤样，置于带盖的瓷坩埚中，在隔绝空气和90010的温度下加热7min，以煤样失去的质量占煤样质量的百分数减

38、去空气干燥基水分的百分含量即为该煤样的挥发分产率（Vad）。本讲稿第四十三页，共一百零七页3.煤挥发分产率（Vad%）的换算 由于空气干燥基挥发分（Vad）是用含有水分和矿物质的空气干燥基煤样测得的，因此煤样Mad和Aad的不同，必然要导致Vad的不同。为了消除水分和灰分对挥发分的影响，准确地反映不同煤的挥发分产率的大小，必须将空气干燥基挥发分（Vad）换算成干燥无灰基挥发分（Vdaf）。其换算公式为：(4-10)本讲稿第四十四页，共一百零七页4.根据煤的干燥无灰基挥发分（Vdaf%）对煤的分级煤的干燥无灰基煤的干燥无灰基挥发挥发分分产产率分率分级级（MT/T 849-2000MT/T 849

39、-2000）序号序号级别级别名称名称代号代号分分级级范范围围（Vdaf%）试验试验方法方法1特低挥发分煤SLV10.00GB/T2122低挥发分煤LV10.0020.003中等挥发分煤MV20.0028.004中高挥发分煤MHV28.0037.005高挥发分煤HV37.0050.006特高挥发分煤SHV50.005.煤干燥无灰基挥发分（Vdaf%）的使用意义（1）我国煤炭分类的重要指标之一；（2）工业上在选择气化、液化、动力和炼焦用煤时，都要首先考虑挥发分是否符合要求。6.影响煤干燥无灰基挥发分（Vdaf%）的因素煤的挥发分产率受多种因素影响，主要有：煤的成因类型、煤化程度、煤岩成分、矿物质含

40、量、测试条件 等。（）本讲稿第四十五页，共一百零七页 煤的固定碳是指从煤中除去水分、灰分和挥发分后的残留物。从煤的工业分析角度出发，空气干燥基煤样的质量近似等于它的水分、灰分、挥发分和固定碳的质量之和，即煤的固定碳可按下式计算：四、煤的固定碳（四、煤的固定碳（FCFC）在用固定碳表示煤的有机质特征时，其固定碳应按下式计算：煤的固定碳与煤有机质中的碳含量是两个不同的概念。固定碳实际上是煤的有机质在隔绝空气条件下热解后的残留物，从元素组成看，固定碳除主要含碳外，还有少量的氢、氧、氮、硫等元素；而煤中的碳元素几乎都是以有机物形式存在的，只有微量的碳以碳酸盐形式存在于煤的无机矿物质中。因此，就数量上讲

41、，煤的固定碳含量小于煤中有机质的碳含量。干燥无灰基固定碳（FCdaf）（1）用来衡量煤的煤化程度，其含量随煤化程度的增高而增大。一般褐煤的60，烟煤的为6090，而无烟煤的90；（2）工业用煤的一项质量指标；（3）计算煤的发热量的主要参数。本讲稿第四十六页，共一百零七页电子分析天平电子分析天平本讲稿第四十七页，共一百零七页干燥箱干燥箱本讲稿第四十八页，共一百零七页称量瓶称量瓶本讲稿第四十九页，共一百零七页马弗炉马弗炉本讲稿第五十页，共一百零七页灰皿灰皿本讲稿第五十一页，共一百零七页挥发分甘埚挥发分甘埚本讲稿第五十二页，共一百零七页5.2 5.2 煤中矿物质的组成及煤灰成分煤中矿物质的组成及煤灰

42、成分一、煤中矿物质种类一、煤中矿物质种类煤中矿物质煤中矿物质(mineral matter,(mineral matter,MMMM)是煤中除水分外是煤中除水分外所有无机物的总称，所有无机物的总称，既包括在煤中独立存在的矿物质，也包既包括在煤中独立存在的矿物质，也包括与煤的有机质结合的无机元素，它们以羰基盐的形式存在。括与煤的有机质结合的无机元素，它们以羰基盐的形式存在。此外煤中还有许多微量元素。此外煤中还有许多微量元素。煤中的矿物质种类十分复杂，性质差异很大。一般煤中的矿物质种类十分复杂，性质差异很大。一般只测定矿物质的总含量只测定矿物质的总含量，而不测定各组分的含量。国际上，而不测定各组分

43、的含量。国际上测定方法一般有测定方法一般有酸抽提法酸抽提法和和低温灰化法。低温灰化法。本讲稿第五十三页，共一百零七页矿矿 物物 质质黏土矿物黏土矿物石英石英碳酸盐矿物碳酸盐矿物硫化物和硫酸盐矿物硫化物和硫酸盐矿物1 1、按、按矿物质组成矿物质组成分类分类 煤中最主要的矿物质，常见的有高岭石、伊煤中最主要的矿物质，常见的有高岭石、伊利石、蒙脱石等。利石、蒙脱石等。煤中常见的矿物之一，煤中含量最多的矿煤中常见的矿物之一，煤中含量最多的矿物。物。煤中较常见的矿物，主要有方解石、煤中较常见的矿物，主要有方解石、白云石、菱铁矿等。白云石、菱铁矿等。硫化物主要以黄铁矿为主，还有少量硫化物主要以黄铁矿为主，

44、还有少量的其他硫化物和硫酸盐矿物。的其他硫化物和硫酸盐矿物。本讲稿第五十四页，共一百零七页矿矿 物物 质质原生矿物原生矿物同生矿物同生矿物后生矿物后生矿物外来矿物外来矿物2 2、按矿物质的、按矿物质的成因成因分类分类在采煤过程中混入煤层的顶、底板岩石和夹矸层中的矸在采煤过程中混入煤层的顶、底板岩石和夹矸层中的矸石。外来矿物的密度越大，块度越大，越易与煤分离，用一般石。外来矿物的密度越大，块度越大，越易与煤分离，用一般选煤方法即可除去。选煤方法即可除去。煤层形成固结后，由于地下水的活动，溶解于地下煤层形成固结后，由于地下水的活动，溶解于地下水中的矿物质，因物理化学条件的变化而沉淀于煤的裂水中的矿

45、物质，因物理化学条件的变化而沉淀于煤的裂隙、层面、风化溶洞中或胞腔内。隙、层面、风化溶洞中或胞腔内。主要指成煤过程中，由风和流水带到泥炭沼泽中和植主要指成煤过程中，由风和流水带到泥炭沼泽中和植物残体一起堆积下来的碎屑物质。同生矿物是煤中灰分的主物残体一起堆积下来的碎屑物质。同生矿物是煤中灰分的主要来源。要来源。指存在于成煤植物中的矿物。主要是碱金属和碱指存在于成煤植物中的矿物。主要是碱金属和碱土金属的盐类。原生矿物质和有机质紧密地结合在一土金属的盐类。原生矿物质和有机质紧密地结合在一起，在煤中细分散分布，用机械方法很难选出。原生起，在煤中细分散分布，用机械方法很难选出。原生矿物质燃烧后的灰分，

46、一般为内在灰分。矿物质燃烧后的灰分，一般为内在灰分。本讲稿第五十五页，共一百零七页二、煤灰成分二、煤灰成分煤灰是煤中矿物质在煤燃烧后形成的残渣，煤灰是煤中矿物质在煤燃烧后形成的残渣，化学组成十分复杂。化学组成十分复杂。煤煤灰灰中中的的元元素素有有几几十十种种，地地球球上上所所有有天天然然存存在在的的元元素素几几乎乎在在煤煤灰灰中中均均可可发发现现，但但常常见见的的只只有有硅硅、铝铝、铁铁、钙钙、镁镁、钛钛、钾钾、钠钠、硫硫、磷磷等等，在一般的灰成分测定中也只分析这几种。，在一般的灰成分测定中也只分析这几种。煤煤灰灰化化学学组组成成十十分分复复杂杂，很很难难测测定定其其中中的的化化合合物物，一一

47、般般用用主主要要元元素素的的氧氧化化物物形形式式表表示示，如如SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、FeFe2 2O O3 3、TiOTiO2 2、K K2 2O O、NaNa2 2O O、SOSO3 3、P P2 2O O5 5。其其中中，最最主主要要的的是是SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、FeFe2 2O O3 3几几种种。灰分中各成分的含量取决于原始的矿物组成。灰分中各成分的含量取决于原始的矿物组成。我我国国煤煤中中的的矿矿物物组组分分大大多多以以黏黏土土类类矿矿物物为为主主，因因此此煤煤灰灰中中SiOSi

48、O2 2含含量最大，其次是量最大，其次是AlAl2 2O O3 3。本讲稿第五十六页，共一百零七页煤灰熔融性的定义和测定煤灰熔融性的定义和测定煤煤灰灰熔熔融融性性是是指指煤煤灰灰在在高高温温条条件件下下软软化化、熔熔融融、流流动动时时的的温温度度特特性性。通通常常，煤煤灰灰熔熔融融性性采采用用角角锥锥法法进进行行测测定定，即即将将煤煤灰灰制制成成三三棱棱锥锥形形状状的的灰灰锥锥，放放入入高高温温炉炉，在在一一定定气气氛氛下下加加热热，观观察察在在加加热热过过程程中中灰灰锥锥的的变变形形情情况况，依依此此确确定定煤煤灰灰熔融性。如下图所示。熔融性。如下图所示。本讲稿第五十七页，共一百零七页测定煤

49、灰熔融性的仪器测定煤灰熔融性的仪器本讲稿第五十八页，共一百零七页煤灰熔融性的表示：煤灰熔融性的表示：变形温度变形温度(Deformation temperature,DT)(Deformation temperature,DT)煤灰锥体煤灰锥体尖端开始弯曲或变圆时的温度。尖端开始弯曲或变圆时的温度。软化温度软化温度(Softening temperature,ST)(Softening temperature,ST)煤灰锥体弯曲至煤灰锥体弯曲至锥尖触及底板变成球形。锥尖触及底板变成球形。半球温度半球温度(Half ball temperature,HT)(Half ball temperatu

50、re,HT)煤灰锥体熔融煤灰锥体熔融变成半球状时的温度变成半球状时的温度 流动温度流动温度(Flow temperature,FT)(Flow temperature,FT)煤灰锥体完全熔煤灰锥体完全熔化展开成高度小于化展开成高度小于1.5 mm1.5 mm薄层时的温度。薄层时的温度。本讲稿第五十九页，共一百零七页三、煤中的微量元素三、煤中的微量元素在煤的矿物质和有机质中，除了上述较高的在煤的矿物质和有机质中，除了上述较高的元素之外，还含有元素之外，还含有为数众多的含量较少的元素，即微为数众多的含量较少的元素，即微量元素量元素。到目前为止，已发现的与煤伴生的微量元素。到目前为止，已发现的与煤伴