煤化学 第六章 煤的物理性质和物理化学性质.doc

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1、第六章煤的物理性质和物理化学性质煤是我国的主要能源，又是冶金和化工等行业的重要原材料。煤的物理性质和物理化学性质是确定煤炭加工利用途径的重要依据。煤的物理性质主要包括:煤的密度，煤的硬度，煤的热性质，煤的电磁性质，煤的光学性质等;煤的物理化学性质主要指煤的润湿性、润湿热和孔隙率等。煤的物理性质和物理化学性质与下面几个主要因素有关:①煤的成因因素，即原始物料及其堆积条件;②煤化程度或变质程度;③灰分(数量、性质与分布)、水分和风化程度等。一般来说，煤的成因因素与煤化程度是独立起作用的因素。但是变质程度愈深，用显微镜所观察到的各种成因上的区别则

2、变得愈小，并且这些区别对于物理与物化性质的影响也愈小。因此，在煤化作用的低级阶段，成因因素对煤的物理和物化性质的影响起主要作用;在煤化作用的中级阶段，变质作用成为主要因素;而在煤化作用的高级阶段，成因上的区别变得很小，变质作用成为唯一决定煤的物理及物化性质的因素。研究煤的物理和物理化学性质首先是生产实践的需要，因为它们与煤的各种用途有密切的关系，了解煤的物理与物化性质对煤的开采、破碎、分选、型煤制造、热加工等工艺也有很大的实际意义，同时也是煤化学理论的需要，因为这些性质与煤的成因、组成和结构有内在的联系，可以提供重要的信息。第一节煤的密度煤

3、的密度因研究目的和用途不同，可分为真相对密度、视相对密度和散密度。一、煤的真相对密度(一)真相对密度的基本概念在20℃时，单位体积(不包括煤中所有孔隙)煤的质量与同体积水的质量之比，叫做煤的真相对密度，用TRD表示。真相对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，都会用到煤的真相对密度。用不同物质(例如氮、甲醇、水、正己烧和苯等)作为置换物质测定煤的密度时所得的结果是不同的。通常以氮作为置换物所测得的结果叫煤的真相对密度。因为煤中的最小气孔的直径约为O.5～1nm，而氮分子直径为0.178nm，因此氮

4、能完全进入煤的孔隙内。另外.由于煤不能将氮吸附在其表面上，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，有时用到纯煤真相对密度的概念。它是指煤的有机质的真相对密度，用(TRD)daf表示。可从TRD和煤的灰分等进行计算，公式如下:式中dA——灰的平均真相对密度，无数据时可取为3.0;Ad——干燥基灰分产率，%。有时用下式估算纯煤的真相对密度:(二)真相对密度的影响因素影响煤真相对密度的因素有成因类型、煤岩组成、矿物质、煤化程度等。l.成因因素的影响不同成因的煤真相对密度是不同的，腐植煤的真相对密度总比腐泥煤

5、大。例如除去矿物质的纯腐植煤的真相对密度在l.25以上，而纯腐泥煤的真相对密度一般小于1.2。2.煤化程度的影响自然状态下的煤成分比较复杂，因各种因素的综合影响使其真相对密度大体上随煤化程度的加深而增加。煤化程度较低时，真相对密度增加较慢。接近无烟煤时，真相对密度增加很快。各类型煤的真相对密度范围大致如下:褐煤为O.8～l.35，烟煤为l.25～l.50，无烟煤为l.3～l.90。从低煤化程度煤开始，随煤化程度的提高，煤的真相对密度缓慢减小，到碳含量为86%～89%之间的中等煤化程度时，煤的真相对密度最低，约为l.30左右，此后，煤化程度再

6、提高，煤的真相对密度急剧提高到l.90左右。煤的真相对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，煤的真相对密度反映了煤分子结构的紧密程度和化学组成的特点，其中分子结构的紧密程度是影响煤真相对密度的关键因素。年轻褐煤分子结构上有较多的侧链和官能团，在空间形成较大空隙，难以形成致密的结构，所以密度较低;随煤化程度的提高，分子上的侧链和官能团呈减少趋势，同时，分子上的氧元素也迅速减少，虽然侧链和官能团的减少有利于密度的提高，但氧的相对原子质量较碳大，氧的减少造成密度下降占优势，总体上使煤的真相对密度有所下降;到无烟煤阶段

7、后，煤分子结构上的侧链和官能团迅速减少，使煤分子缩聚成为非常致密的芳香结构，从而煤的真相对密度也随之迅速增大。采用氨和水测得的真相对密度见表6-1。3.煤岩组成的影响如图6-1所示，惰质组、微粒体的真相对密度最高，镜质组其次，壳质组最低，当C＞90%后，三者的真相对密度逐渐趋于一致，并且急剧上升，表明其结构发生深度的变化，到无烟煤阶段趋于一致。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＞8

8、7%之前，H/C、O/C、N/C的变化幅度，以氧减少的幅度最大。由于氧的迅速减少，且氧的相对原子质量又较碳的相对原子质量为大，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