第六章-煤的物理性质和物理化学性质ppt课件

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1、煤煤 化化 学学Coking Chemistry第六章第六章 煤的物理性质和物理化学性质煤的物理性质和物理化学性质 Chapter 6 Physical and physicochemical properties of coal1煤 化 学Coking Chemistry第六章 煤煤的密度煤的密度 煤的光学性质煤的光学性质煤的硬度煤的硬度 煤的磁性质煤的磁性质煤的热性质煤的热性质 煤的润湿性煤的润湿性煤的电性质煤的电性质 煤的孔隙率与比表面积煤的孔隙率与比表面积2煤的密度 煤的光学性质2第一节 煤的密度density一、真一、真(相对相对)密度密度 True Relative Density

2、,TRD(真比重真比重)1 真真密密度度的的概概念念：真真密密度度是是指指在在 20 时时，单单位位体体积积（不包括煤中所有孔隙）（不包括煤中所有孔隙）煤的质量，煤的质量，用用 TRD 表示。表示。3第一节 煤的密度density一、真(相对)密度 3z2 真密度的真密度的测定测定：用不同物质（例如氦、甲醇、水、正己烷和苯等）：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换物质所测得的结果叫煤的真密度。因为煤中的最小

3、气孔的直径约为 0.5 1 nm，而氦分子直径为而氦分子直径为 0.178 nm，因此氦能完全进入煤的孔因此氦能完全进入煤的孔隙内。隙内。另外，另外，由于煤不能将氦吸附在其表面上，由于煤不能将氦吸附在其表面上，因此吸附对于密度因此吸附对于密度测定的影响也就被排除了。测定的影响也就被排除了。z在研究煤质时，在研究煤质时，为了排除煤中矿物质的影响，为了排除煤中矿物质的影响，有时用到纯煤真密度的有时用到纯煤真密度的概念，概念，它是指煤的有机质的真密度，它是指煤的有机质的真密度，用（用（TRD）daf 表示。表示。可从可从 TRD 和煤的灰分等进行计算，和煤的灰分等进行计算，公式如下：公式如下：zA

4、灰的平均真密度，灰的平均真密度，无数据时可取为无数据时可取为 3.0 g/cm3 zd 干燥基灰分产率，干燥基灰分产率，%。z3 真真密密度度的的用用途途：真真密密度度是是煤煤的的主主要要物物理理性性质质之之一一，在在研研究究煤煤的的分分子子结构、确定煤化程度、制定煤的分选密度时，都会用到煤的真密度。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。42 真密度的测定：用不同物质（例如氦、甲醇、水、正己烷和苯等 成因类型成因类型genesic type 煤岩组成煤岩组成petrological constituents 矿物质矿物质minerals 煤化程度煤化程度rank3 影响影

5、响煤真密度的煤真密度的因素因素 factors affecting the density of coal5 成因类型genesic type3 影响煤真密度的成因类型的影响：成因类型的影响：腐植煤腐植煤humic coals的真密度一般不的真密度一般不低于低于0.25g/cm3，而腐泥煤，而腐泥煤sapropelite 仅为仅为1.00g/cm3左右；左右；煤岩组成的影响：煤岩组成的影响：惰质组惰质组inertinite的密度最大的密度最大 镜质组镜质组vitrinite次之次之壳质组壳质组exinite最低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随煤化程度的提高这种差别减小，

6、到无烟煤阶段趋于一致6成因类型的影响：腐植煤humic coals的真密度z一一般般来来说说，随随着着煤煤化化程程度度的的提提高高，煤煤的的结结构构越越趋趋紧紧密密化化，因因而而煤煤的的密密度度也也应应不不断断增增加加。然然而而，实实际际上上如如图图 6-1 所所示示，在在煤煤化化程程度度较较低低时时，即即镜镜质质组组的的 C87%的的情情况况下下，镜镜质质组组的的密密度度反反而而随随煤煤化化程程度度增增高高而而降降低低。在在C87%之之前前,H/C、O/C、N/C 的的变变化化幅幅度度，以以 O 减减少少的的幅幅度度最最大大。由由于于氧氧的的迅迅速速减减少少，且且氧氧的的原原子子量量又又较较

7、碳碳的的原原子子量量为为大大，因因而而碳碳的的相相对对增增长长率率低低于于氧氧的的减减少少速速度度，这这使使煤煤的的密密度度相相对对地地降降低低了了，C=87%时时，密密度度达达极极小小值值（1.274g/cm3）。）。7一般来说，随着煤化程度的提高，煤的结构越趋紧密化，因而煤的密矿物质的影响：矿物质的影响：矿物质的密度较煤的有机质高，因而，煤中矿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；物质含量高则真密度大；煤化程度的影响：煤化程度的影响：对煤的真密度影响最大的是煤化程度。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，煤的真密度从低煤化度开始，随煤化

8、程度的提高，煤的真密度缓慢减小，到碳含量为缓慢减小，到碳含量为8689之间的中等煤之间的中等煤化程度时，煤的真密度最低，约为化程度时，煤的真密度最低，约为1.30g/cm3左右，左右，此后，煤化程度再提高，煤的真密度急剧提高到此后，煤化程度再提高，煤的真密度急剧提高到1.90g/cm3左右。左右。8矿物质的影响：8煤真密度随煤化程度的变化是煤分子结构变化的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映了煤分子结构的紧密程度compactness和化学组和化学组成的特点。其中分子结构的紧密程

9、度是影响煤真成的特点。其中分子结构的紧密程度是影响煤真密度的关键因素。密度的关键因素。（1）分子结构的影响）分子结构的影响（2）化学组成的影响）化学组成的影响 9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z水分及风化的影响：水分及风化的影响：z水分水分:水分越高的煤的密度越大，但这个因素的水分越高的煤的密度越大，但这个因素的影响较为次要。影响较为次要。z风化风化:煤风化作用使煤的密度增加，因为煤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：某矿区在之处，灰分增加的特别快

10、。例如：某矿区在06m深处煤的灰分为深处煤的灰分为3.8%，而在煤层露头附近表面处，而在煤层露头附近表面处其灰分高达其灰分高达42.1%，密度相应由，密度相应由1.53增加到增加到2.07g/cm3.10水分及风化的影响：10 2.1 视密度的概念：视密度的概念：20时煤的质量与同体积（仅包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。括煤粒的内部孔隙）水的质量之比。2.2 视密度的用途视密度的用途煤的视密度可用于计算煤的埋藏量。煤的视密度可用于计算煤的埋藏量。计算煤的孔隙率计算煤的孔隙率100，二、煤的视煤的视(相对相对)密度密度 apparent relative density

11、,ARD11 2.1 视密度的概念：20时煤的质量与同体积（仅包括煤1 堆积密度的堆积密度的概念：概念：煤的堆积密度是指煤的堆积密度是指20下煤的质量与同体积下煤的质量与同体积(包括包括煤的内外孔隙和煤粒间的空隙）煤的内外孔隙和煤粒间的空隙）水的质量之比。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。定于煤的粒度组成和堆积的密实度。2 堆积密度的堆积密度的用途：用途：设计矿车、煤仓、估算煤堆重量、炼焦炉炭化室和设计矿车、煤仓、估算煤堆重量、炼焦炉炭化室和气化炉的装煤量气化炉的装煤量三、三、煤的堆积密度煤的堆

12、积密度 bulk relative density，BRD121 堆积密度的概念：三、煤的堆积密度 bulk 第二节 煤的机械性质 mechanical properties 机械性质的概念：机械性质的概念：煤的机械性质是指煤在机械力作用下，所煤的机械性质是指煤在机械力作用下，所表现的各种特性。表现的各种特性。如硬度如硬度 脆度脆度 可磨性可磨性 弹性弹性13第二节 煤的机械性质 mechan应用：应用：煤的开采、煤的开采、破碎破碎crushingcrushing、燃烧燃烧combustioncombustion、气化气化gasificationgasification 成型成型briquet

13、ingbriqueting1414刻划硬度刻划硬度 scratch hardness/Mohs hardness 显微硬度显微硬度 Microhardness一、煤的硬度一、煤的硬度15刻划硬度 scratch hardness/Mohs h刻划硬度刻划硬度 scratch hardness/Mohs hardnessz1822 年年Mohs 首先提出一个半定量概念：以滑石首先提出一个半定量概念：以滑石作为作为1、金刚石作为、金刚石作为10，采用一套具有标准硬度，采用一套具有标准硬度的矿物共分成的矿物共分成10 个等级，称为莫氏硬度个等级，称为莫氏硬度Mohs hardness，也称为刻划硬度

14、，也称为刻划硬度scratch hardness。标。标准矿物的莫氏硬度见表准矿物的莫氏硬度见表43。16刻划硬度 scratch hardness/Mohs ha表表43 标准矿物的莫氏硬度标准矿物的莫氏硬度矿矿 物物硬度级别硬度级别矿矿 物物硬度级别硬度级别滑滑 石石1长长 石石6石石 膏膏2石石 英英7方解石方解石3黄黄 晶晶8氟氟 石石4刚刚 玉玉9磷灰石磷灰石5金刚石金刚石1017表43 标准矿物的莫氏硬度矿 物硬度级别矿 物硬度级 根根据据莫莫氏氏硬硬度度的的划划分分，煤煤的的硬硬度度一一般般为为14。煤煤的的硬硬度度与与煤煤化化程程度度有有关关，中中等等煤煤化化程程度度的的焦焦煤

15、煤，硬硬度度较较小小，约约为为22.5，此此后后随随着着煤煤化化程程度度的的提提高高，硬硬度度增增加加，无无烟烟煤煤的的硬硬度度最最大大，约约为为4左左右右。同同一一煤煤化化程程度度的的煤煤，惰惰质质组组的的硬硬度度最最大大，壳壳质质组组最最小小，镜镜质质组组居居中中。刻刻划划硬硬度度的的准准确确性性较较差差，在在科科学学研研究究上上采用显微硬度采用显微硬度Microhardness的指标。的指标。18 根据莫氏硬度的划分，煤的硬度一般为14。煤显微硬度显微硬度Microhardness 显微硬度属于压入硬度显微硬度属于压入硬度indentation hardness的一种。一般的一种。一般采

16、用特殊形状（如角锥形、圆锥形等）而又非常坚硬的压入采用特殊形状（如角锥形、圆锥形等）而又非常坚硬的压入器，施加一定的压力，使压入器压入到样品表面，形成压痕，器，施加一定的压力，使压入器压入到样品表面，形成压痕，卸除压力后用显微镜测量压痕的大小，如用方形棱锥形金刚卸除压力后用显微镜测量压痕的大小，如用方形棱锥形金刚石压入器时，测量压痕对角线石压入器时，测量压痕对角线diagonal line的长度，即可计算的长度，即可计算出显微硬度值。出显微硬度值。19显微硬度Microhardness 显微硬度中国煤科院北京煤化所中国煤科院北京煤化所对中国对中国50多个主要矿区多个主要矿区的的400多个煤样进

17、行过多个煤样进行过显微硬度的研究，得出显微硬度的研究，得出显微硬度与煤化关系如显微硬度与煤化关系如图所示：图所示：20中国煤科院北京煤化所对中国50多个主要矿区的400多个煤样进显微硬度随煤化程度的变化显微硬度随煤化程度的变化 从褐煤开始，显微硬度随煤化程度提高而上升，从褐煤开始，显微硬度随煤化程度提高而上升，在碳含量为在碳含量为75%80%(长焰煤、气煤长焰煤、气煤)之间有之间有一个极大值一个极大值maximum；此后，显微硬度随煤化；此后，显微硬度随煤化程度提高而下降，在碳含量达到程度提高而下降，在碳含量达到85%左右最低左右最低minimum；煤化程度再提高，显微硬度又开始；煤化程度再提

18、高，显微硬度又开始上升，到无烟煤阶段，显微硬度几乎随煤化程度上升，到无烟煤阶段，显微硬度几乎随煤化程度提高而直线增加。提高而直线增加。21显微硬度随煤化程度的变化 从褐煤开始，显微硬度随煤化程z对于图对于图 6-2所示煤的显微硬度与碳含量的关系可以从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。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。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（排列的随着相邻碳网的结合、增大及碳网序理性（排列的整齐程度

19、）的加强，整齐程度）的加强，硬度必随之增大。因而碳含量硬度必随之增大。因而碳含量大于大于 87%后，显微硬度急剧增大，这是煤分子中芳后，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。香碳网的增大及分子排列的序理性的加强所致。22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z（2）碳含量大于碳含量大于 78%的烟煤阶段，其硬度变的烟煤阶段，其硬度变化与化与 O/C 和和 C 的关系相似（图的关系相似（图 6-3）。煤中氧的）。煤中氧的存在形式及多少，存在形式及多少，使煤的性质发生巨大的改变。使煤的性质发生巨大的改变。随着氧原子数的减少，氧桥（随着氧原子

20、数的减少，氧桥（O）的减少，的减少，煤分子间结合力降低。反映在硬度上就出现了自煤分子间结合力降低。反映在硬度上就出现了自不粘煤转为粘结煤的硬度的渐次降低。不粘煤转为粘结煤的硬度的渐次降低。z（3）至于褐煤阶段，）至于褐煤阶段，由于褐煤富有高塑性的腐由于褐煤富有高塑性的腐植酸及沥青质植酸及沥青质(一般含量约达一般含量约达 50%)，这些成分的这些成分的硬度值很小。因此，硬度值很小。因此，褐煤的低显微硬度可能与这褐煤的低显微硬度可能与这些高塑性物质的数量有关。些高塑性物质的数量有关。23（2）碳含量大于 78%的烟煤阶段，其硬度变化与 O二、煤的可磨性二、煤的可磨性 grindability 煤煤

21、的的可可磨磨性性是是指指煤煤磨磨碎碎成成粉粉的的难难易易程程度度。可可磨磨性性指指数数越越大大，煤煤越越易易被被磨磨碎碎。目目前前，国国际际上上普普遍遍采采用用哈哈特特葛葛罗罗夫夫法法评评定定煤煤的的可可磨磨性性(Hardgrove grindability index,HGI)。其其基基本本依依据据是是破破碎碎定定律律，也也就就是是研研磨磨煤煤粉粉所所消消耗耗的的功功与与煤煤磨磨碎碎后后的的新新的总表面积成正比。的总表面积成正比。24二、煤的可磨性 grindability 煤的 哈特葛罗夫法哈特葛罗夫法Hardgrove test 评定煤可磨性的测定要点是：评定煤可磨性的测定要点是：将将美

22、美国国某某矿矿区区的的烟烟煤煤作作为为标标准准煤煤，其其可可磨磨性性指指数数定定为为100。测测定定时时，选选择择四四个个可可磨磨性性指指数数不不同同的的标标准准煤煤样样，然然后后经经哈哈氏氏可可磨磨仪仪研研磨磨后后，用用200目目筛筛筛筛出出煤煤样样直直径径小小于于0.071mm的的筛筛下下物物，以以该该筛筛下下物物质质量量为为纵纵坐坐标标，相相应应的的可可磨磨性性指指数数为为横横坐坐标得一直线，此直线就是该哈氏可磨仪的校准图。标得一直线，此直线就是该哈氏可磨仪的校准图。25 哈特葛罗夫法Hardgrove test252626 被被测测煤煤样样在在哈哈氏氏可可磨磨仪仪上上研研磨磨后后，根根

23、据据200目目筛筛下下物物的的质质量量在在校校准准图图上上即即可可查查出出相相应应的的可可磨磨性性指指数数，用用HGI表表示示。HGI越越大大，表表示示煤煤的的可磨性越好，煤越容易被磨碎。可磨性越好，煤越容易被磨碎。可磨性与煤化程度可磨性与煤化程度的关系见下图。的关系见下图。27 被测煤样在哈氏可磨仪上研磨后，根据200目筛HGI,%在低煤化度阶段，在低煤化度阶段，随煤化程度的增加，随煤化程度的增加，煤的可磨性缓慢增煤的可磨性缓慢增加，在碳含量为加，在碳含量为87%90%时，可时，可磨性迅速增大，在磨性迅速增大，在碳含量为碳含量为90%左右左右达到最大值，此后达到最大值，此后随煤化程度的进一随

24、煤化程度的进一步提高而迅速下降。步提高而迅速下降。28HGI,%在低煤化度阶段，随煤化程度的增加，煤的可磨性缓慢增三、煤的弹性和塑性 z弹性：弹性：煤的弹性是指外力下所产生的形变，以及外煤的弹性是指外力下所产生的形变，以及外力除去后形变的复原程度。力除去后形变的复原程度。z煤的弹性越大，越难加压成型，成型后得到的型块煤的弹性越大，越难加压成型，成型后得到的型块越松散，机械强度越低，甚至在脱模时，常因弹性越松散，机械强度越低，甚至在脱模时，常因弹性膨胀而膨裂或胀碎。因此研究煤的弹性对煤的成型膨胀而膨裂或胀碎。因此研究煤的弹性对煤的成型工艺有十分重要的意义。工艺有十分重要的意义。29三、煤的弹性和

25、塑性 弹性：煤的弹性是指外力下所产生的形变，z影响煤弹性的因素影响煤弹性的因素：z煤的弹性常与煤的种类、粒度组成、矿物质的组成以及含煤的弹性常与煤的种类、粒度组成、矿物质的组成以及含量等多种因素有关。量等多种因素有关。z煤化程度煤化程度：通常煤化程度：通常煤化程度越高越高的煤，其的煤，其弹性越大弹性越大，成型性，成型性越差。越差。z粒度粒度：对同一种煤，粒度：对同一种煤，粒度越细弹力越大越细弹力越大，其成型性差。，其成型性差。z矿物质矿物质：煤中矿物质：煤中矿物质越多越多，弹性越大弹性越大，而且密度大的矿物，而且密度大的矿物质越多，弹性越大。例如：黄铁矿的密度大，其含量多时质越多，弹性越大。例

26、如：黄铁矿的密度大，其含量多时煤的弹性大。煤的弹性大。z水分水分：煤中水分：煤中水分越大越大其其弹性越大弹性越大。30影响煤弹性的因素：30z塑性：塑性：是一种在某种给定载荷下是一种在某种给定载荷下，材料产生永久变材料产生永久变形的材料特性形的材料特性。z塑性和弹性的区别塑性和弹性的区别：z从能量角度看，塑性是将压缩的能量吸收起来，使从能量角度看，塑性是将压缩的能量吸收起来，使颗粒靠紧；弹性是把能量暂时储存起来，当外力消颗粒靠紧；弹性是把能量暂时储存起来，当外力消失后又释放出来。因此，失后又释放出来。因此，塑性与弹性相反塑性与弹性相反，塑性越，塑性越大，成型越容易。大，成型越容易。z要提高型块

27、的质量就是要减小煤料的弹性而增加其要提高型块的质量就是要减小煤料的弹性而增加其塑性。塑性。31塑性：是一种在某种给定载荷下，材料产生永久变形的材料特性。3第三节 煤的热性质 煤的热性质煤的热性质:比热比热specific heat导热性导热性heat conductivity热稳定性热稳定性thermal stability重点讲热稳定性和比热容，其他自学。重点讲热稳定性和比热容，其他自学。32第三节 煤的热性质 煤的热性质:32z煤煤的的热热稳稳定定性性的的概概念念：煤煤的的热热稳稳定定性性是是指指块块煤煤 Lump Coal 在在高高温温下下保保持持原原来来粒粒度度的的能能力力，即即块块煤

28、煤在在高高温温汽汽化化或或燃燃烧烧过过程程中中对对热热的的稳稳定定程程度度，用用TS（Thermal Stability）表示。）表示。z热热稳稳定定性性好好的的煤煤在在气气化化或或燃燃烧烧过过程程中中能能保保持持原原来来的的粒粒度度，而而不不碎碎成成小小块块或或破破碎碎较较少少。热热稳稳定定性性差差的的煤煤则则在在气气化化或或燃燃烧烧时时迅迅速速爆爆裂裂成成小小块块或或煤煤粉粉，造造成成炉炉内内气气流流阻阻力力增增加加，轻轻则则降降低低气气化化或或燃燃烧烧效效率率，严严重重则则破破坏坏整整个个气气化化过过程程，甚甚至至造造成成停停炉炉事事故故。因因此此，块煤气化或燃烧要求煤有足够的热稳定性。

29、块煤气化或燃烧要求煤有足够的热稳定性。33煤的热稳定性的概念：煤的热稳定性是指块煤 Lump Coal煤的热稳定性测定方法：煤的热稳定性测定方法：取取613mm的的煤煤样样在在850下下加加热热并并保保温温15min，取取出出冷冷却却后后用用6mm的的筛筛子子筛筛分分，计计算算筛筛上上物物质质量量占占焦焦渣渣总总质质量量的的百百分分数数，用用TS+6表表示示，TS+6值越大，则煤的热稳定性越好。值越大，则煤的热稳定性越好。一一般般褐褐煤煤的的热热稳稳定定性性最最差差，其其次次是是无无烟烟煤煤，烟烟煤煤则较好。则较好。原因？原因？褐褐煤煤含含水水多多，受受热热后后水水分分蒸蒸发发，使使煤煤变变碎

30、碎。无无烟烟煤煤结结构构致致密密，受受热热后后内内外外温温差差较较大大，膨膨胀胀不不均均，产生应力使煤破碎。产生应力使煤破碎。34煤的热稳定性测定方法：34二、二、煤的比热容煤的比热容 z煤的比热容：在一定温度范围内，单位质量的煤，温度升高煤的比热容：在一定温度范围内，单位质量的煤，温度升高 1所需要的热量，用所需要的热量，用C表示。表示。z煤的比热容与煤化程度、水分含量、灰分和温度的变化等因煤的比热容与煤化程度、水分含量、灰分和温度的变化等因素有关。素有关。z煤化程度的影响煤化程度的影响：煤的比热容一般随煤化程度的提高而减小。：煤的比热容一般随煤化程度的提高而减小。z水分含量的影响水分含量的

31、影响：煤的比热容随水分增大而提高，这是因为：煤的比热容随水分增大而提高，这是因为水的比热容较大之故。水的比热容较大之故。z灰分的影响灰分的影响：煤的灰分较多时，：煤的灰分较多时，比热容则减小，比热容则减小，因为灰分因为灰分的比热容一般小于的比热容一般小于 0.72J/(g)。35二、煤的比热容 煤的比热容：在一定温度范围内，单位质量的煤z温温度度变变化化的的影影响响：煤煤的的比比热热随随着着温温度度的的增增高高成成抛抛物物线线型型变变化化。当当温温度度低低于于 350，煤煤的的比比热热容容随随温温度度升升高高而而增增大大，在在 270350时时达达到到最最大大值值，这这是是由由于于煤煤大大分分

32、子子中中的的原原子子和和原原子子团团振振动动吸吸收收能能量量所所致致；温温度度大大于于350时时，比比热热容容随随温温度度升升高高而而下下降降，当当温温度度增增加加到到1000时时，比比热热降降至至与与石石墨墨的的比比热热容容0.82J/(g)接近。接近。36温度变化的影响：煤的比热随着温度的增高成抛物线型变化。当温度第四节第四节 煤的电性质煤的电性质 煤的电性质主要包括：煤的电性质主要包括：导电性导电性 介电常数介电常数37第四节 煤的电性质 煤的电性质主要包括：37一、煤的导电性一、煤的导电性 electric conductivity/conductivity1 煤的导电性的概念煤的导电

33、性的概念 煤的导电性是指煤传导电流的能力。即煤在煤的导电性是指煤传导电流的能力。即煤在电场中导电的难易程度。导电性常用电场中导电的难易程度。导电性常用电阻率电阻率resistivity；（即比电阻（即比电阻m）或）或导电率导电率（电阻（电阻率的倒数）表示。率的倒数）表示。导电率等于电阻率的倒数。煤的导电能力越强，导电率等于电阻率的倒数。煤的导电能力越强，其导电率越大，电阻率越小。反之，导电能力越其导电率越大，电阻率越小。反之，导电能力越弱的煤，其导电率越小，而电阻率越大。弱的煤，其导电率越小，而电阻率越大。38一、煤的导电性 electric conductivity 根据导电率大小将物质分为

34、导体、半导体和绝缘根据导电率大小将物质分为导体、半导体和绝缘体。煤是一种导体或半导体。根据煤导电性质不体。煤是一种导体或半导体。根据煤导电性质不同，分为离子导电和电子导电两种形式。电子导同，分为离子导电和电子导电两种形式。电子导电性依靠组成煤的基本物质成分中的自由电子导电性依靠组成煤的基本物质成分中的自由电子导电。离子导电是依靠煤的孔隙中水溶液的离子导电。离子导电是依靠煤的孔隙中水溶液的离子导电。煤的无烟煤以电子电。煤的无烟煤以电子electron导电为主，褐煤是导电为主，褐煤是离子离子ion导电为主。导电为主。39 根据导电率大小将物质分为导体、半导体和绝缘体。煤是一2 煤的导电性随煤化程度

35、的煤的导电性随煤化程度的变化规律变化规律 导电率随着煤化程度的加深而增加，煤的含导电率随着煤化程度的加深而增加，煤的含碳量达到碳量达到87%以后，导电率急剧增加，因当含碳以后，导电率急剧增加，因当含碳量高于量高于87%以后，芳香层片迅速增大，分子内以后，芳香层片迅速增大，分子内轨轨道彼此重叠，故电子活动范围扩大，并有可能在道彼此重叠，故电子活动范围扩大，并有可能在一定范围内转移，从而电阻率增大。一定范围内转移，从而电阻率增大。402 煤的导电性随煤化程度的变化规律40 物物质质的的介介电电常常数数 是是指指当当物物质质介介于于电电容容器器两两极极板板间间的蓄电量和两板间为真空时的蓄电量之比。的

36、蓄电量和两板间为真空时的蓄电量之比。是是综综合合反反映映物物质质极极化化行行为为的的宏宏观观物物理理量量。物物质质在在电电场场作作用用下下极极化化能能力力越越强强，介介电电常常数数 的的值值越越大大，导导电电性越好。性越好。介电常数的影响因素：介电常数的影响因素：包括水分影响，煤化程度影响（主要因素）包括水分影响，煤化程度影响（主要因素）二、煤的介电常数二、煤的介电常数 dielectric constantdielectric constant41 物质的介电常数是指当物质介于电容器两极板间的蓄电量z水水分分影影响响：对对煤煤的的介介电电常常数数影影响响很很大大，其其原原因因是是水水的的极极

37、性性大大。测定煤的介电常数时，必须用完全干燥的煤样。测定煤的介电常数时，必须用完全干燥的煤样。z煤煤化化程程度度的的影影响响（主主要要因因素素）：随随煤煤化化程程度度的的加加深深，煤煤的的介介电电常常数数减减小小，在在含含碳碳87%左左右右达达到到最最小小，然然后后又又急急剧剧增增大大。原因？原因？z因因为为年年轻轻煤煤的的极极性性含含氧氧官官能能团团多多，极极性性大大，所所以以较较大大；随随煤煤化化程程度度的的加加深深，含含氧氧官官能能团团减减少少，介介电电常常数数也也减减少少；当当含含碳碳大大于于87%以以后后，尽尽管管极极性性官官能能团团继继续续减减少少，但但介介电电常常数数却却急急剧增

38、加，这是由于高煤化程度煤导电率增大的缘故。剧增加，这是由于高煤化程度煤导电率增大的缘故。z因因此此煤煤化化程程度度对对介介电电常常数数的的影影响响可可归归纳纳成成：含含碳碳小小于于87%的的煤煤，介介电电常常数数的的减减少少是是由由于于煤煤的的结结构构单单元元逐逐渐渐丧丧失失其其极极性性官官能能团团所所致致。含含碳碳大大于于87%的的煤煤，介介电电常常数数增增大大是是因因为为其其导导电电性增大之故。性增大之故。42水分影响：对煤的介电常数影响很大，其原因是水的极性大。测定煤第五节 煤的光学性质optical properties 煤煤的的光光学学性性质质主主要要有有可可见见光光照照射射下下的的

39、反反射射率率reflectance、折折射射率率refractive index和和透透光光率率以以及及不不可可见见光光照照射射下下的的X射射线线X-ray、红红外外光光谱谱infrared spectrum、紫紫外外光光谱谱Ultraviolet spectrum和荧光性质等。这里只介绍煤的透光率。和荧光性质等。这里只介绍煤的透光率。43第五节 煤的光学性质optical properti 煤煤的的透透光光率率：是是指指煤煤样样和和稀稀硝硝酸酸溶溶液液，在在100（沸沸腾腾）的的温温度度下下，加加热热90min后后，所所产产生生的的有有色色溶溶液液，对对一一定定波波长长（475nm）的的光光

40、，透透过过的的百百分分率率。透光率是区分褐煤和长焰煤的指标。透光率是区分褐煤和长焰煤的指标。有有 色色 溶溶 液液 透透 光光 率率 的的 测测 定定 有有 分分 光光 光光 度度 计计 法法spectrophotometry和和目目视视比比色色法法visual colorimetry两两种种。分分光光光光度度计计法法因因其其重重现现性性差差，一一般般用用得得不不多多，我我国国国国家家标标准准采采用用目目视视比比色色法法测测定定有有色色溶溶液液的的透透光光率，用率，用PM表示。表示。44 煤的透光率：是指煤样和稀硝酸溶液，在100（沸腾）的温z透光率的测定方法：透光率的测定方法：z年轻褐煤与混

41、合酸中的稀硝酸，在规定条件下年轻褐煤与混合酸中的稀硝酸，在规定条件下反应，生成浅黄色到棕红色的溶液。用目视比反应，生成浅黄色到棕红色的溶液。用目视比色法测定煤的透光率。混合酸由色法测定煤的透光率。混合酸由1份浓硝酸（体份浓硝酸（体积），浓磷酸积），浓磷酸1份和份和9份水配制而成，其中磷酸份水配制而成，其中磷酸主要起隐蔽三价铁对比色液颜色的干扰。主要起隐蔽三价铁对比色液颜色的干扰。45透光率的测定方法：45 透光率与煤化程度的关系：透光率与煤化程度的关系：研究表明：煤的透光率与煤化程度关系密切，褐煤研究表明：煤的透光率与煤化程度关系密切，褐煤与稀硝酸反应后产生红棕色的溶液、其透光率低，与稀硝酸反

42、应后产生红棕色的溶液、其透光率低，长焰煤与稀硝酸反应后产生浅黄色至黄色溶液，透长焰煤与稀硝酸反应后产生浅黄色至黄色溶液，透光率比褐煤高。气煤和稀硝酸反应后产生极浅的黄光率比褐煤高。气煤和稀硝酸反应后产生极浅的黄色甚至无色的溶液，透光率比长焰煤高。色甚至无色的溶液，透光率比长焰煤高。肥煤至贫肥煤至贫煤及无烟煤与稀硝酸反应生成无色溶液，透光率煤及无烟煤与稀硝酸反应生成无色溶液，透光率100%。透光率能够较好地区分年轻煤的煤化程度。透光率能够较好地区分年轻煤的煤化程度。46 透光率与煤化程度的关系：46z PM的的用途用途：透光率在反映年轻煤的煤化程度时非常：透光率在反映年轻煤的煤化程度时非常灵敏，

43、灵敏，特别是在煤样受到轻微氧化时，其测值不受影响。特别是在煤样受到轻微氧化时，其测值不受影响。原因？原因？z煤样与稀硝酸的反应是在煤的缩合芳香结构之间进行，煤样与稀硝酸的反应是在煤的缩合芳香结构之间进行，而煤受轻度氧化作用是在芳香核的侧链上进行，因此煤而煤受轻度氧化作用是在芳香核的侧链上进行，因此煤的轻度氧化后仍不影响透光率的测定。的轻度氧化后仍不影响透光率的测定。z因此，煤的透光率在中国煤炭分类因此，煤的透光率在中国煤炭分类(GB5751)中是划分长中是划分长焰煤和褐煤的主要指标以及褐煤划分小类的指标。在我焰煤和褐煤的主要指标以及褐煤划分小类的指标。在我国煤炭分类中一般年轻褐煤的国煤炭分类中

44、一般年轻褐煤的PM小于小于 30%，年老褐煤，年老褐煤的的PM在在 30%50%之间；长焰煤的之间；长焰煤的PM通常大于通常大于 50%；气煤的；气煤的PM一般大于一般大于 90%。47 PM的用途：透光率在反映年轻煤的煤化程度时非常灵敏，第六节第六节 煤的磁性质煤的磁性质自学自学48第六节 煤的磁性质自学48第七节第七节 煤的润湿性煤的润湿性Wettability 一、煤的润湿性一、煤的润湿性Wettability煤煤的的润润湿湿性性是是指指液液体体与与固固体体接接触触时时，固固体体被被液液体体所所润润湿湿的的程程度。用润湿程度表示液体与固体接触时它们之间的相互关系。度。用润湿程度表示液体与

45、固体接触时它们之间的相互关系。当当液液体体和和煤煤接接触触时时，如如果果固固体体煤煤的的分分子子与与液液体体分分子子间间的的作作用用力力大大于于液液体体分分子子间间的的作作用用力力，则则固固体体煤煤可可被被液液体体润润湿湿，煤煤的的表表面面粘粘附附该该液液体体。相相反反，如如果果固固体体煤煤的的分分子子与与液液体体分分子子间间的的作用力小于液体分子间的作用力，则固体煤不能被液体润湿。作用力小于液体分子间的作用力，则固体煤不能被液体润湿。煤煤的的润润湿湿性性可可应应用用于于选选煤煤：因因为为煤煤易易被被油油类类润润湿湿而而不不易易被被水水润润湿湿，但但矸矸石石相相反反。故故在在粉粉煤煤浮浮选选时

46、时加加入入矿矿物物油油用用空空气气鼓鼓泡泡，此此时时精精煤煤被被油油膜膜包包围围而而上上浮浮，而而矸矸石石被被水水包包围围而而下下沉沉，从从而而达到分离目的。达到分离目的。49第七节 煤的润湿性Wettability 一、煤的润湿g-sg-sl-s通常采用接触角通常采用接触角Contact angle表示煤的润湿性的大小，表示煤的润湿性的大小，接触角越大，煤的润湿性越差。接触角越大，煤的润湿性越差。接触角是指通过三相接触周边接触角是指通过三相接触周边(三相接触点的连线三相接触点的连线)的的任何一点，经气液界面作切线任何一点，经气液界面作切线(即气液界面张力即气液界面张力)，构成液体与固体表面的

47、夹角，即为接触角，构成液体与固体表面的夹角，即为接触角。50g-sg-sl-s通常采用接触角Contact ang二、二、煤的润湿性随煤化程度变化规律煤的润湿性随煤化程度变化规律 煤煤的的润润湿湿性性取取决决于于煤煤表表面面的的分分子子结结构构特特点点。通通常常分分别别用用水水和和苯苯作作为为液液体体介介质质测测定定煤煤的的接接触触角角，来来反反映映煤煤的的亲亲水水性性和和亲油性。亲油性。日日本本学学者者太太刀刀川川等等人人用用氮氮-水水或或氮氮-苯苯系系统统作作为为测测定定介介质质，不同煤化程度煤采用粉末法测定不同煤化程度煤采用粉末法测定cos，发现：，发现：对对于于氮氮-水水系系统统，随随

48、着着煤煤化化程程度度的的加加深深，接接触触角角增增大大，表表明明年轻煤易被水润湿，年老煤不易润湿。年轻煤易被水润湿，年老煤不易润湿。对对于于氮氮-苯苯系系统统，随随着着煤煤化化程程度度的的加加深深，接接触触角角减减小小，表表明明年老煤煤比年轻煤易被苯润湿。年老煤煤比年轻煤易被苯润湿。51二、煤的润湿性随煤化程度变化规律 煤的润湿性取决三、煤的润湿热三、煤的润湿热 wetting heat 1 润湿热的润湿热的概念概念：煤被液体润湿时，放出的热量称为润湿热。：煤被液体润湿时，放出的热量称为润湿热。通常用通常用1g煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。润湿热的

49、大小与液体种类和煤化程度有关。常用的润湿剂润湿热的大小与液体种类和煤化程度有关。常用的润湿剂是甲醇，甲醇能够在数分钟内释放出全部润湿热。是甲醇，甲醇能够在数分钟内释放出全部润湿热。52三、煤的润湿热 wetting heat 1 润湿热的z2 润湿热的润湿热的本质本质：润湿热的产生实际上是：润湿热的产生实际上是液体在煤的孔隙内表面上发生吸附作用的液体在煤的孔隙内表面上发生吸附作用的结果。吸附作用越强，比表面积越大，润结果。吸附作用越强，比表面积越大，润湿热就越高。湿热就越高。532 润湿热的本质：润湿热的产生实际上是液体在煤的孔隙内表面第八节第八节 煤的孔隙度和比表面积煤的孔隙度和比表面积Po

50、rosity and Surface Area 一、煤的一、煤的孔隙度孔隙度Porosity：煤是一种固态胶体物质，：煤是一种固态胶体物质，其内部存在着很多毛细管其内部存在着很多毛细管capillary和孔隙。和孔隙。煤内部煤内部孔隙的体积占煤的总体积的百分数，称为孔隙率孔隙的体积占煤的总体积的百分数，称为孔隙率。二、孔隙度与煤化程度关系：二、孔隙度与煤化程度关系：煤煤化化程程度度低低的的煤煤，其其孔孔隙隙度度基基本本在在10%以以上上，中中等等煤煤化化程程度度的的煤煤（C为为90%附附近近）其其孔孔隙隙度度最最低低，约约3%。当煤化程度进一步加深，孔隙度则增加。当煤化程度进一步加深，孔隙度则

51、增加。54第八节 煤的孔隙度和比表面积Porosity and Sz三、孔径分布z煤中孔隙的孔径并不均匀，通常根据孔径大小将煤中孔隙的孔径并不均匀，通常根据孔径大小将其划分为大孔其划分为大孔macropore、中孔、中孔mesopore和微孔和微孔micropore，分别用，分别用Vmac、Vmes和和Vmic表示，总孔表示，总孔容用容用Vt表示。表示。55三、孔径分布55z根据研究表明：根据研究表明：z年年轻轻煤煤中中的的孔孔隙隙主主要要是是由由胶胶体体孔孔隙隙转转化化而而来来的的，由由于于成成煤煤作作用用中中受受到到的的压压力力较较小小，孔孔径径也也就就较较大大；到到了了中中等等煤煤化化程

52、程度度的的煤煤，由由于于煤煤化化作作用用，分分子子结结构构的的变变化化会会使使分分子子趋趋于于紧紧密密，因因而而孔孔隙隙会会减减小小；到到了了高高煤煤化化程程度度的的无无烟烟煤煤，煤煤分分子子缩缩聚聚加加剧剧，使使煤煤的的体体积积收收缩缩，由由于于收收缩缩不不均均，产产生生的的内内应应力力大大于于煤煤的的强强度度时时，就就会会在在局局部部形形成成裂裂隙隙，这这些些裂裂隙隙基本以基本以微孔微孔为主。为主。56根据研究表明：56 煤是多孔物质，因此其表面包括内表面积和外表面积两部煤是多孔物质，因此其表面包括内表面积和外表面积两部分。煤的表面积主要是内表面积，外表面积所占比例较小。分。煤的表面积主要

53、是内表面积，外表面积所占比例较小。煤的比表面积：煤的比表面积：是煤内部孔隙的表面积的反映。是煤内部孔隙的表面积的反映。测定煤比表面积方法测定煤比表面积方法：吸附法。：吸附法。吸附法原理是在一定条件下测定被吸附的气体重量。假定被吸附法原理是在一定条件下测定被吸附的气体重量。假定被吸附的气体分子在煤表面成单分子层分布，根据吸附的气体吸附的气体分子在煤表面成单分子层分布，根据吸附的气体重量和气体分子的截面积计算煤的表面积。重量和气体分子的截面积计算煤的表面积。常用的吸附介质是氮、氦、氪、氙和二氧化碳。吸附介质不常用的吸附介质是氮、氦、氪、氙和二氧化碳。吸附介质不同时，测定结果差别很大。大多数人认为同

54、时，测定结果差别很大。大多数人认为-78下用二氧化碳下用二氧化碳测定的结果较为可靠。测定的结果较为可靠。三、煤的三、煤的比表面积比表面积specific surface area57 煤是多孔物质，因此其表面包括内表面积和外表面积两z煤的比表面积与煤化程度的关系：煤的比表面积与煤化程度的关系：z煤化程度低的煤（褐煤）与煤化程度高的煤（无烟煤）其煤化程度低的煤（褐煤）与煤化程度高的煤（无烟煤）其比表面积大，中等程度的煤（烟煤），比表面积小。这比表面积大，中等程度的煤（烟煤），比表面积小。这一规律反映了煤化过程中分子空间结构的变化。也就是一规律反映了煤化过程中分子空间结构的变化。也就是说煤内表面积

55、的变化反映了煤内部结构的变化。说煤内表面积的变化反映了煤内部结构的变化。z煤化程度低的煤侧链及官能团较多，空间结构松散故比表煤化程度低的煤侧链及官能团较多，空间结构松散故比表面积大。随煤化程度的增加，煤在变质作用下结构渐趋面积大。随煤化程度的增加，煤在变质作用下结构渐趋紧密（也反映在胶粒的毛细管空间结构上），因此表现紧密（也反映在胶粒的毛细管空间结构上），因此表现为烟煤比表面积小。但当煤化程度较高（一般碳含量超为烟煤比表面积小。但当煤化程度较高（一般碳含量超过过 90%）接近无烟煤阶段时，则由于煤结构的变化、分）接近无烟煤阶段时，则由于煤结构的变化、分子排列趋向规则化甚至开始趋向于石墨晶体，而使煤的子排列趋向规则化甚至开始趋向于石墨晶体，而使煤的内表面积呈现增大的趋势。内表面积呈现增大的趋势。58煤的比表面积与煤化程度的关系：58