第六章 煤的物理性质和物理化学性质.ppt

煤 化 学Coking Chemistry 第一节 煤的密度density 一、真(相对)密度 True Relative Density, TRD (真比重) 1 真密度的概念：真密度是指在 20 ℃ 时， 单位体积（不包括煤中所有孔隙） 煤的质量， 用 TRD 表示。 2 真密度的测定：用不同物质（例如氦、甲醇、水、正己烷和苯等） 作为置换物质测定煤的密度时所得的结果是不同的。通常以氦作为置换物质所测得的结果叫煤的真密度。因为煤中的最小气孔的直径约为 0.5 ～ 1 nm ， 而氦分子直径为 0.178 nm ， 因此氦能完全进入煤的孔隙内。 另外， 由于煤不能将氦吸附在其表面上， 因此吸附对于密度测定的影响也就被排除了。 在研究煤质时， 为了排除煤中矿物质的影响， 有时用到纯煤真密度的概念， 它是指煤的有机质的真密度， 用（TRD）daf 表示。 可从 TRD 和煤的灰分等进行计算， 公式如下： A ———灰的平均真密度， 无数据时可取为 3.0 g/cm3 d ———干燥基灰分产率， % 。 3 真密度的用途：真密度是煤的主要物理性质之一，在研究煤的分子结构、确定煤化程度、制定煤的分选密度时，都会用到煤的真密度。 成因类型genesic type 煤岩组成petrological constituents 矿物质minerals 煤化程度rank 一般来说，随着煤化程度的提高，煤的结构越趋紧密化，因而煤的密度也应不断增加。然而，实际上如图 6-1 所示，在煤化程度较低时，即镜质组的 C87%的情况下，镜质组的密度反而随煤化程度增高而降低。在C87% 之前, H/C 、O/C 、N/C 的变化幅度，以 O 减少的幅度最大。由于氧的迅速减少，且氧的原子量又较碳的原子量为大， 因而碳的相对增长率低于氧的减少速度，这使煤的密度相对地降低了，C=87% 时，密度达极小值（1.274g/cm3）。 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； 煤化程度的影响： 对煤的真密度影响最大的是煤化程度。 从低煤化度开始，随煤化程度的提高，煤的真密度缓慢减小，到碳含量为86％～89％之间的中等煤化程度时，煤的真密度最低，约为1.30g/cm3左右，此后，煤化程度再提高，煤的真密度急剧提高到1.90g/cm3左右。 水分及风化的影响： 水分: 水分越高的煤的密度越大，但这个因素的影响较为次要。 风化: 煤风化作用使煤的密度增加，因为煤风化后灰分和水分都相对增加。特别是煤层露出地面之处，灰分增加的特别快。例如：某矿区在06m深处煤的灰分为3.8%，而在煤层露头附近表面处其灰分高达42.1%，密度相应由1.53增加到2.07g/cm3. 三、 煤的堆积密度 bulk relative density， BRD 1 堆积密度的概念： 煤的堆积密度是指20℃下煤的质量与同体积(包括煤的内外孔隙和煤粒间的空隙） 水的质量之比。 堆积密度的大小除了与煤的真密度有关外，主要决定于煤的粒度组成和堆积的密实度。 2 堆积密度的用途： 设计矿车、煤仓、估算煤堆重量、炼焦炉炭化室和气化炉的装煤量 第二节 煤的机械性质 mechanical properties 机械性质的概念：煤的机械性质是指煤在机械力作用下，所表现的各种特性。 如硬度 脆度 可磨性 弹性 应用： 煤的开采、 破碎crushing、 燃烧combustion、 气化gasification 成型briqueting ●刻划硬度 scratch hardness/ Mohs hardness ●显微硬度 Microhardness 刻划硬度 scratch hardness/ Mohs hardness 1822 年Mohs 首先提出一个半定量概念：以滑石作为1 、金刚石作为10，采用一套具有标准硬度的矿物共分成10 个等级，称为莫氏硬度Mohs hardness，也称为刻划硬度scratch hardness 。标准矿物的莫氏硬度见表4－3。 对于图 6-2所示煤的显微硬度与碳含量的关系可以从煤的结构和组成加以解释。（ 1 ） 无烟煤具有高度芳香缩合结构，其机械性质由组成高聚物空间结构链的数量及坚固性所决定。随着相邻碳网的结合、增大及碳网序理性（排列的整齐程度）的加强， 硬度必随之增大。因而碳含量大于 87% 后，显微硬度急剧增大，这是煤分子中芳香碳网的增大及分子排列的序理性的加强所致。 （ 2 ） 碳含量大于 78%