1、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学成分复杂，分离鉴定不可能化学成分复杂，分离鉴定不可能工业分析工业分析元素分析元素分析灰分分析灰分分析溶剂萃取溶
5、隙越发达，煤中吸附的水分就越高吸附的水分就越高一、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严格地说，严格地说，外在水分外在水分是指煤放置在大气中使水分是指煤放置在大气中使水分不断蒸发，当煤中水的蒸气压与大气中水蒸气分压达不断蒸发，当煤中水的蒸气压与大气中水蒸气分压达到平衡时，煤中水分不再变化。这时所失去的水分占到平衡时，煤中水分不再变化。这时所失去的水分占
6、煤样质量的百分数就是煤样质量的百分数就是外在水分，用外在水分，用MMff表示。表示。而残留而残留在煤内部孔隙中没有蒸发出来的水分称为在煤内部孔隙中没有蒸发出来的水分称为内在水分，内在水分，用用MMinhinh表示表示。按照一定的采样标准从商品煤堆、商品煤运输工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，称为具或用户煤场等处所采煤样，称为应用煤样应用煤样，将应用，将应用煤样送到化验室后称为煤样送到化验室后称为收到煤样收到煤样，它含有的水分占收，它含有的水分占收到煤样质量的百分数称为到煤样质量的百分数称为收到基收到基(asreceivedbasi
7、s)(asreceivedbasis)水分，也称全水分，用水分，也称全水分，用MMtt或或MMarar表示表示。外在水分和内在外在水分和内在水分构成了收到基水分水分构成了收到基水分，它们的关系可用下式表示：，它们的关系可用下式表示：finhft100100MMMM，%煤失去外在水分后所处的状态称为风干状态或空气煤失去外在水分后所处的状态称为风干状态或空气干燥状态，干燥状态，失去外在水分的煤样称为风干煤样或空气干失去外在水分的煤样称为风干煤样或空气干燥煤样。燥煤样。风干煤中水分占风干煤样质量的百分数称为风干煤中水分占风干煤样质量的百分数称为内内在水分在
8、水分。通常，煤质分析化验采用的煤样均是粒度小于通常，煤质分析化验采用的煤样均是粒度小于0.2mm0.2mm的空气干燥煤样（又称分析煤样），的空气干燥煤样（又称分析煤样），空气干燥煤样空气干燥煤样的水分也可称为空气干燥基的水分也可称为空气干燥基(airdriedbasis)(airdriedbasis)水分，用水分，用MMadad表示，它的大小与表示，它的大小与MMinhinh相同。相同。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%的条件下吸附水分达到饱和时测得的水分，用符号
9、的条件下吸附水分达到饱和时测得的水分，用符号MHCMHC(moistureholdingcapacity)(moistureholdingcapacity)表示。这一指标反映了年青表示。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。煤的煤化程度，用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饱浸水分的煤样用恒湿纸处理，以除去大部分外在将饱浸水分的煤样用恒湿纸处理，以除去大部分外在水分并使煤团水分并使煤团分散开，然后放在温度为分散开，然后放在温度为3030，相对湿度为，相对湿度为96%(96%(硫酸钾结晶及其饱和溶液硫酸钾结晶及其
10、饱和溶液))的充氮调湿器内，在常压和的充氮调湿器内，在常压和不断不断搅动气氛的情况下使其达到湿度平衡，然后在搅动气氛的情况下使其达到湿度平衡，然后在105105110110的温度下烘干，以其减量的重量百分数表示最高内在的温度下烘干，以其减量的重量百分数表示最高内在水分。水分。一般需要一般需要24244848小时小时。充氮常压法最高充氮常压法最高内在水分测定仪内在水分测定仪充氮烘箱充氮烘箱1烘箱；烘箱；2金属金属盒；盒；3干燥塔；干燥塔；4氮气瓶；氮气瓶；5硅硅胶管；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氮气出口；氮气出口；9样样皿
11、；皿；10氮气入口氮气入口22、测定煤中水分的基本原理、测定煤中水分的基本原理测定煤中水分含量的方法很多，如蒸馏法、电解法、测定煤中水分含量的方法很多，如蒸馏法、电解法、烘烤失重法等，本课要求烘烤失重法等，本课要求掌握干燥掌握干燥失重法失重法的基本原理，其的基本原理，其他方法可参阅有关专门书籍。他方法可参阅有关专门书籍。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：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的表面或孔隙中，只要将煤加热到高于100100，即可使煤，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，中的水分析出。在加热
12、过程中，煤本身不发生任何变化，煤的失重即认为是水分失去所引起的。煤的失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。即为煤样在干燥中失去的水分。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、干干燥箱燥箱、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。22、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析中测定的水分是指用粒
13、度小于0.2mm0.2mm的空气干燥煤样测得的水分，称为空的空气干燥煤样测得的水分，称为空气干燥基水分气干燥基水分。33、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,%年轻褐煤的最高内在年轻褐煤的最高内在水分多在水分多在25%25%以上，少数以上，少数的如云南弥勒褐煤最高内的如云南弥勒褐煤最高内在水分达在水分达31%31%。最高内在。最高内在水分小于水分小于2%2%的烟煤，几乎的烟煤，几乎都是强粘结性和高发热量都是强粘结性和高发热量的肥煤和主焦煤。无烟煤的肥煤和主焦煤。无烟煤的最高内在水分比烟煤有的最高内在水分比烟煤有所提高。所提高。煤的外在水分与煤
14、化程度没有煤的外在水分与煤化程度没有规律可循。规律可循。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，到中高，煤的内在水分逐渐下降，到中等煤化程度的焦煤和肥煤，内在水等煤化程度的焦煤和肥煤，内在水分最低，此后随煤化程度的提高，分最低，此后随煤化程度的提高，内在水分又有所上升。内在水分又有所上升。原因：煤的孔隙内表面，分子原因：煤的孔隙内表面，分子上的极性含氧官能团上的极性含氧官能团44、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煤中的水分对煤加工利用过程是有害的煤中的水分对煤
16、等化学反应之后才转化为灰分。化学反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，首先是灰分的产灰分的产率比相应的矿物质含量要低，率比相应的矿物质含量要低，其次是在成分上有很大的其次是在成分上有很大的变化。变化。矿物质转化为灰分的过程中发生的有代表性的反应矿物质转化为灰分的过程中发生的有代表性的反应是：是：CaCOCaCO33CaO+COCaO+CO22FeSFeS22+O+O22SOSO22+Fe+Fe22OO33CaSOCaSO44.H.H22OOCaSOCaSO44+H+H22OO22、灰分
17、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空气充足的条件下完全燃烧后得到的残渣作为煤的灰空气充足的条件下完全燃烧后得到的残渣作为煤的灰分，分，称量并计算其占煤样质量的百分数，称为煤的灰称量并计算其占煤样质量的百分数，称为煤的灰分产率，用分产率，用AA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的空气的空气干燥煤样，因此，测定结果是空气干燥基的灰分产率，干燥煤样，因此，测定结果是空气干燥基的灰分产率，用用AAadad表示。测定灰分用的仪器设备有表示
18、。测定灰分用的仪器设备有马弗炉马弗炉、分析天、分析天平和平和灰皿灰皿等。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。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也随之发生变化。但就变化的，因而造成灰分的测值也随之发生变化。但就绝绝对干燥的煤样来说，其灰分产率是不变的。对干燥的煤样来说，其灰分产率是不变的。所以，在实所以，在实用上空气干燥基用上空气干燥基(drybasis)(drybasis)的灰分产率只是个中间数的灰分产率只是个中间数据，一般还需换
19、算为据，一般还需换算为干燥基的灰分产率干燥基的灰分产率AAdd。换算公式如。换算公式如下：下：adadd100100AMA，%实际使用中无特别指明，灰分的表示基实际使用中无特别指明，灰分的表示基准应是干燥基础。准应是干燥基础。33、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AA、煤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
21、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来。体形式残留下来。呈气态析出的小分子化合物称为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。挥发分，以固体形式残留下来的有机质称为固定碳。实际上，固定碳不能单独存在，实际上，固定碳不能单独存在，它与煤中的灰分一它与煤中的灰分一起形成焦渣，起形成焦渣，从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。挥从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。挥发分用发分用VV表示表示，固定碳用，固定碳用FCFC表示表示。11、挥发分的测定要点、挥发分的测定要点称取称取1g1g空气
22、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的马弗的马弗炉内隔绝空气加热炉内隔绝空气加热7min7min取出，在干燥器中冷却后称量焦渣取出，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，的质量，认为失重由挥发分和水分蒸发所致，因此，按下按下式计算挥发分式计算挥发分：，ad1ad100MmmmV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：FCFCadad100100MMadadAAadadVVadad，，挥发分的测定仪器挥发分的测定仪器22、VVadad的校
23、正的校正在煤隔绝空气加热的情况下，煤中的矿物质也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，主要是发生分解反应，产生一些气态产物逸出，主要是碳碳酸盐分解产生酸盐分解产生COCO22，影响到挥发分测定的准确性，需影响到挥发分测定的准确性，需校正。校正。当碳酸盐当碳酸盐COCO22含量含量22时，时，VVadad校正校正VVadad(CO(CO22))adad式中式中(CO(CO22))adad空气干燥基碳酸盐空气干燥基碳酸盐COCO22的含量，的含量，33、挥发分的基准换算、挥发分的基准换算挥发分是由
24、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时，既不能正确反映这种特性，由于水分和灰分的影响，表示时，既不能正确反映这种特性，由于水分和灰分的影响，也不能准确表达挥发分的大小。因此，排除水分和灰分，采也不能准确表达挥发分的大小。因此，排除水分和灰分，采用无水无灰的基准（用无水无灰的基准（dryashfreebasisdryashfreebasis）表示，）表示，无水无无水无灰基也称干燥无灰基灰基也称干燥无灰基。在实际使
25、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挥发分的基准均是干燥无灰基。干燥无灰基挥发分用灰基。干燥无灰基挥发分用VVdafdaf表示，表示，由空气干燥基挥发分由空气干燥基挥发分换算而得：换算而得：adadaddaf100100VAMV，这时，这时，干燥无灰基的固定碳干燥无灰基的固定碳FCFCdafdaf100100VVdafdaf。。44、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。留物。它是由固定碳和灰分构成的。焦渣特征：指焦渣的形
26、态（粉状、块状）、光焦渣特征：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，把焦渣泽、强度、形状等特点，并根据这些特点，把焦渣特征划分为特征划分为88种，用以种，用以粗略判断煤的粘结性强弱粗略判断煤的粘结性强弱，号号数越大，表明粘结性越强。数越大，表明粘结性越强。焦渣特征号如下：焦渣特征号如下：11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22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33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44号不熔融
27、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55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清，表面有银白色金属光泽66号微膨胀熔融粘结：号微膨胀熔融粘结：焦渣用手指压不碎，表面有银白色金焦渣用手指压不碎，表面有银白色金属光泽和较小的膨胀泡属光泽和较小的膨胀泡77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15mm15mm88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
29、生成的氢气。大类别大类别小类别小类别分类指标分类指标名称名称名称名称Vdaf（%）Y（mm）无烟煤无烟煤010贫煤贫煤10200（粉状）（粉状）瘦煤瘦煤1号瘦煤号瘦煤2号瘦煤号瘦煤142014200（成块）（成块）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26372637262637253030253030
30、25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（成块）（成块）80（成块）（成块）9不粘煤不粘煤20370（粉状）（粉状）长焰煤长焰煤3705褐煤褐煤40（33）成因类型和煤岩组分的影响）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，但成因类型和但成因类型和煤岩组分也有影响。煤岩组分也有影响。腐植煤的挥发分低于腐泥煤。腐植煤
31、的挥发分低于腐泥煤。这是因为成煤原始植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，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，而腐泥煤则以脂肪族为主，受热易裂解受热不易分解，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。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，惰煤岩组分中壳质组的挥发分最高，镜质组次之，惰质组最低。质组最低。腐植煤镜质组的挥发分随煤化程度的提高而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，较为均匀的下降，所以一般用挥发分作为表示煤化程度所以一般用挥发分作为表示煤化程度
33、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
34、煤分类上应用。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
35、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”。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（AA）（一）煤中的矿
37、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（VV）（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去空气干燥基水分的百分含量即为该煤样的挥
38、发分产率（Vad）。adadMV%100煤样质量挥发分质量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：adadaddafVAMV100100(4-10)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挥发分产率分级煤的干燥无灰基挥发分产率分级（MT/T849-
39、2000MT/T849-2000）序号序号级别名称级别名称代号代号分级范围分级范围（Vdaf%）试验方法试验方法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
40、受多种因素影响，主要有：煤的成因类型、煤化程度、煤岩成分、矿物质含量、测试条件等。（）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）)(100adadadadVAMFCdafdafVFC100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，
41、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，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。电子分析天平电子分析天平干燥箱干燥箱称量瓶称量瓶马弗炉马弗炉灰皿灰皿挥发分甘埚挥发分甘埚5.25.2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一、煤中矿物质种类一、
42、煤中矿物质种类煤中矿物质煤中矿物质(mineralmatter,(mineralmatter,MMMM))是煤中除水分是煤中除水分外所有无机物的总称，外所有无机物的总称，既包括在煤中独立存在的矿物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。此外煤中还有许多微量元素。基盐的形式存在。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。煤中的矿物质种类十分复杂，性质差异很大。一般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。，而不测定各组分的含量。国际上
43、测定方法一般有国际上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。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11、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、煤中最主要的矿物质，常见的有高岭石、伊利石、蒙脱石等。伊利石、蒙脱石等。煤中常见的矿物之一，煤中含量煤中常见的矿物之一，煤中含量最多的矿物。最多的矿物。煤中较常见的矿物，主要有方解煤中较常见的矿物，主要有方解石、白云石、菱铁矿等。石、白云石、菱铁矿等。硫化物主要以黄铁矿为主，还硫化物主要以黄铁矿为主，还有少量的其他
44、硫化物和硫酸盐矿物。有少量的其他硫化物和硫酸盐矿物。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22、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，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，用一般选煤方法即可除去。越易与煤分离，用一般选煤方法即可除去。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于地下水中的矿物质，因物理化学条件的变
46、一般为内在灰分。原生矿物质燃烧后的灰分，一般为内在灰分。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，化学组成十分化学组成十分复杂。复杂。煤灰中的元素煤灰中的元素有几十种，地球上所有天然存在的元素几乎有几十种，地球上所有天然存在的元素几乎在煤灰中均可发现，但在煤灰中均可发现，但常见的只有硅、铝、铁、钙、镁、钛、常见的只有硅、铝、铁、钙、镁、钛、钾、钠、硫、磷等钾、钠、硫、磷等，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。煤灰煤灰化学组成十分复杂，很难测定其中的化学组成十分复杂，很难测定其中的化合物
47、化合物，一般用，一般用主要元素的氧化物形式表示，如主要元素的氧化物形式表示，如SiOSiO22、AlAl22OO33、CaOCaO、MgOMgO、FeFe22OO33、TiOTiO22、KK22OO、NaNa22OO、SOSO33、PP22OO55。其中，。其中，最主要的是最主要的是SiOSiO22、AlAl22OO33、CaOCaO、MgOMgO、FeFe22OO33几种。几种。灰分中各成分的含量取决于原始的矿物灰分中各成分的含量取决于原始的矿物组成。组成。我国煤中的矿物组分大多以黏土类矿物为主，因此我国煤中的矿物组分大多以黏土类矿
48、物为主，因此煤灰中煤灰中SiOSiO22含量最大，其次是含量最大，其次是AlAl22OO33。。煤灰熔融性的定义和测定煤灰熔融性的定义和测定煤灰熔融性是指煤灰在高温条件下软化、熔融、煤灰熔融性是指煤灰在高温条件下软化、熔融、流动时的温度特性。流动时的温度特性。通常，煤灰熔融性采用通常，煤灰熔融性采用角锥法角锥法进进行测定，即将煤灰制成三棱锥形状的灰锥，放入高温行测定，即将煤灰制成三棱锥形状的灰锥，放入高温炉，在一定气氛下加热，观察在加热过程中灰锥的变炉，在一定气氛下加热，观察在加热过程中灰锥的变形情况，依此确定煤灰熔融性。如下图所示。形情况，依此确定煤灰熔融性。如下图所
49、示。测定煤灰熔融性的仪器测定煤灰熔融性的仪器煤灰熔融性的表示：煤灰熔融性的表示：变形温度变形温度(Deformationtemperature,DT)(Deformationtemperature,DT)煤灰煤灰锥体尖端开始弯曲或变圆时的温度。锥体尖端开始弯曲或变圆时的温度。软化温度软化温度(Softeningtemperature,ST)(Softeningtemperature,ST)煤灰锥煤灰锥体弯曲至锥尖触及底板变成球形。体弯曲至锥尖触及底板变成球形。半球温度半球温度(Halfballtemperature,HT)(Halfballtempera
50、ture,HT)煤灰锥煤灰锥体熔融变成半球状时的温度体熔融变成半球状时的温度流动温度流动温度(Flowtemperature,FT)(Flowtemperature,FT)煤灰锥体完煤灰锥体完全熔化展开成高度小于全熔化展开成高度小于1.5mm1.5mm薄层时的温度。薄层时的温度。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，还含有的元素之外，还含有为数众多的含量较少的元为数众多的含量较少的元素，即微量元素素，即微量元素。到目前为止，已发现的与煤。到目前为止，已发现的与煤伴生的微量元素有几十种
51、，分为常见的和不常伴生的微量元素有几十种，分为常见的和不常见的。见的。常见的微量元素常见的微量元素有：有：锗、镓、铀、钒、锗、镓、铀、钒、铍、铼、钍、钛铍、铼、钍、钛等。等。四、煤中的有害元素四、煤中的有害元素煤中的有害元素主要有硫、磷、氯、砷、煤中的有害元素主要有硫、磷、氯、砷、氟、汞、铍、镉、铅等氟、汞、铍、镉、铅等。这里说的有害是指在煤的利用过程中，对这里说的有害是指在煤的利用过程中，对工艺、设备、产品、人体、环境等会产生危害。工艺、设备、产品、人体、环境等会产生危害。如果这些元素达到工业提取品位，能提取出来，如果这些元素达到工业提取品位，能提取出来，将是有用的原料。将
52、是有用的原料。5.35.3煤中煤中有机质有机质的元素组成的元素组成煤的元素分析是对组成煤的元素分析是对组成煤有机质煤有机质的的主要元素主要元素的化验分析，的化验分析，煤的元素组成煤的元素组成也就是指也就是指煤有机质的煤有机质的元素组成元素组成。大量的研究表明，。大量的研究表明，煤的有机质主要是煤的有机质主要是由碳、氢、氧、氮和硫由碳、氢、氧、氮和硫等等五种元素组成五种元素组成的。的。一、构成煤有机质的主要元素一、构成煤有机质的主要元素11、煤中的碳元素、煤中的碳元素碳碳是构成是构成煤大分子骨架煤大分子骨架最重要的元素，主要存在于最重要的元素，主要存在于缩合芳香核上，也是
53、煤缩合芳香核上，也是煤燃烧过程中放出热能燃烧过程中放出热能最主要的元素最主要的元素之一。之一。（11）煤化程度：煤化程度：煤化程度提高，煤中的碳元素逐煤化程度提高，煤中的碳元素逐渐增加，渐增加，从褐煤的从褐煤的6060左右一直增加到年老无烟煤的左右一直增加到年老无烟煤的9898。（22）煤岩组成：在煤化程度相同的煤中，）煤岩组成：在煤化程度相同的煤中，惰质组镜质组壳质组惰质组镜质组壳质组（33）成因类型：）成因类型：腐植煤腐泥煤腐植煤腐泥煤22、煤中的氢元素、煤中的氢元素氢氢元素是煤中元素是煤中第二重要的元素第二重要的元素，主要存在于煤分子的，主要存在于煤分子的侧链
54、和官能团上侧链和官能团上，在有机质中的含量约为，在有机质中的含量约为2.0%2.0%6.56.5左右。左右。氢元素的发热量约为碳元素的氢元素的发热量约为碳元素的44倍，氢元素的变化对煤的发倍，氢元素的变化对煤的发热量的影响很大。热量的影响很大。（11）煤化程度：）煤化程度：随煤化程度的提高而呈下降趋势。随煤化程度的提高而呈下降趋势。从低煤化度到中等煤化程度阶段，氢元素的含量变化不十从低煤化度到中等煤化程度阶段，氢元素的含量变化不十分明显，但在高变质的无烟煤阶段，氢元素的降低较为明分明显，但在高变质的无烟煤阶段，氢元素的降低较为明显而且均匀，从年轻无烟煤的显而且均匀，从年轻无烟煤
55、的44下降到年老无烟煤的下降到年老无烟煤的2%2%左左右，因此无烟煤分类采用氢元素作为指标。右，因此无烟煤分类采用氢元素作为指标。（22）煤岩组成：）煤岩组成：在煤化程度相同的煤中，煤岩组成在煤化程度相同的煤中，煤岩组成中的氢含量中的氢含量壳质组镜质组惰质组壳质组镜质组惰质组（33）成因类型：）成因类型：腐泥煤腐植煤的氢含量腐泥煤腐植煤的氢含量33、煤中的氧元素、煤中的氧元素氧氧也是组成煤有机质的也是组成煤有机质的重要元素重要元素，主要存在于煤分子，主要存在于煤分子的的含氧官能团上含氧官能团上，如，如OCHOCH33、COOHCOOH、OHOH、=C=O=C=O等基
56、团等基团上均含有氧原子。氧元素在上均含有氧原子。氧元素在煤燃烧时不产生热量煤燃烧时不产生热量，在煤液，在煤液化时要消耗氢气，化时要消耗氢气，对于煤的利用不利对于煤的利用不利。（11）煤化程度：）煤化程度：随煤化程度的提高，煤中的氧元素迅随煤化程度的提高，煤中的氧元素迅速下降，速下降，从褐煤的从褐煤的2323左右下降到中等变质程度肥煤的左右下降到中等变质程度肥煤的6%6%左左右，此后氧含量下降速度趋缓，到无烟煤时大约只有右，此后氧含量下降速度趋缓，到无烟煤时大约只有2%2%左右。左右。（22）风化：风化：风化后煤的氧含量急剧增大风化后煤的氧含量急剧增大。（33）煤岩组成：）
57、煤岩组成：在煤化程度相同的煤中，煤岩组成在煤化程度相同的煤中，煤岩组成中的氧含量：中的氧含量：镜质组惰质组壳质组镜质组惰质组壳质组（44）成因类型：）成因类型：腐植煤腐泥煤腐植煤腐泥煤44、煤中的氮元素、煤中的氮元素氮氮也是组成煤有机质的元素之一，来自于成煤植也是组成煤有机质的元素之一，来自于成煤植物的蛋白质，主要存在于物的蛋白质，主要存在于煤分子的杂环和氨基上煤分子的杂环和氨基上。煤中。煤中的的氮元素含量较少氮元素含量较少，一般为，一般为0.50.51.81.8。煤中的氮在。煤中的氮在煤燃烧时也不放热煤燃烧时也不放热，通常以，通常以NN22的形式进入废气。当煤在的形式
58、进入废气。当煤在炼焦时，煤中的氮部分形成炼焦时，煤中的氮部分形成NHNH33，HCNHCN及其它有机含氮化及其它有机含氮化合物，其余的则留在焦炭中。合物，其余的则留在焦炭中。煤中的煤中的氮对煤的加工利氮对煤的加工利用影响不大。用影响不大。硫是煤中的主要有害元素之一。在各种类型煤中都含有数量不等的硫分，少的在1左右，高者可达10以上。五、煤中的硫元素（五、煤中的硫元素（SSt,dt,d%%））（一）煤中硫的分类煤中的硫（St）无机硫（Si）：是指存在于煤的矿物质中的硫硫化物硫（Sp）：是煤中硫化物硫的总称，以硫化铁硫为主。硫酸盐硫（Ss）：
59、是煤中硫酸盐硫的总称，主要是石膏、绿矾。有机硫（So）：是指与煤有机质相结合的硫。含量一般小于0.5%，目前还不能用机械方法除去。按存在状态St=Sp+Ss+So（11）煤中的）煤中的有机硫有机硫一般煤中一般煤中有机硫含量较低有机硫含量较低，组成复杂。低煤化程度，组成复杂。低煤化程度煤以低相对分子质量的脂肪族有机硫为主，高煤化程度的煤以低相对分子质量的脂肪族有机硫为主，高煤化程度的煤以高相对分子质量的环状有机硫为主，如噻吩等。煤以高相对分子质量的环状有机硫为主，如噻吩等。（22）煤中的）煤中的无机硫无机硫煤中的无机硫主要以煤中的无机硫主要以硫铁矿硫铁矿、硫酸盐