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第六章 煤的物理性质和物理化学性质精品精编资料

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Coking Chemistry 第六章 煤的物理性质和物理化学性质 Chapter 6 Physical and physicochemical properties of coal 煤 化 学 1 煤的密度 煤的硬度 煤的热性质 煤的电性质 煤的光学性质 煤的磁性质 煤的润湿性 煤的孔隙率与比表面积 2 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。 3 ? 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*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。 4 3 影响煤真密度的因素 factors affecting the density of coal 成因类型genesic type 煤岩组成petrological constituents 矿物质minerals 煤化程度rank 5 成因类型的影响: 腐植煤humic coals的真密度一般不 低于0.25g/cm3,而腐泥煤sapropelite 仅为1.00g/cm3左右; 煤岩组成的影响: 惰质组inertinite的密度最大 镜质组vitrinite次之 壳质组exinite最低 随煤化程度的提高这种差别减小,到无烟煤阶段趋于一致 6 ? 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 C<87%的情况下, 镜质组的 密度反而随煤 化程度增 高而降低 。 在 C<87% 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)。 7 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。 8 煤真密度随煤化程度的变化是煤分子结构变化的 宏观表现。从化学结构的角度看,煤的真密度反 映了煤分子结构的紧密程度compactness和化学组 成的特点。其中分子结构的紧密程度是影响煤真 密度的关键因素。 (1)分子结构的影响 (2)化学组成的影响 9 ? 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*表面处 其灰分高达42.1%,密度相应由1.53增加到 2.07g/cm3. 10 二、煤的视(相对)密度 apparent relative density, ARD 2.1 视密度的概念:20℃时煤的质量与同体积(仅包 括煤粒的内部孔隙)水的质量之比。 2.2 视密度的用途 ●煤的视密度可用于计算煤的埋藏量。 ●计算煤的孔隙率 TRD ? ARD 孔隙度 ? ×100,% TRD 11 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 12 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 13 应用: 煤的开采、 破碎crushing、 燃烧combustion、 气化gasification 成型briqueting 14 一、煤的硬度 ●刻划硬度 scratch hardness/ Mohs hardness ●显微硬度 Microhardness 15 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。 16 表4-3 标准矿物的莫氏



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