1、第6章 煤的物理性質(zhì)和固態(tài)膠體性質(zhì) Physical and physicochemical properties of coal,第一節(jié) 煤的密度density,1.煤密度的幾個概念 1. 1 真(相對)密度 True Relative Density, TRD (真比重) 真密度的概念：20時煤的質(zhì)量與同體積(不包括煤中孔隙)水的質(zhì)量之比。 真密度的用途： 真密度是煤的主要物理性質(zhì)之一，在研究煤的分子結(jié)構(gòu)、確定煤化程度、制定煤的分選密度時，都會用到煤的真密度。,1.2 煤的視(相對)密度 apparent relative density, ARD 視密度的概念：20時煤的質(zhì)量與同體積（僅

2、包括煤粒的內(nèi)部孔隙）水的質(zhì)量之比。 視密度的用途煤的視密度可用于計算煤的埋藏量及煤的運輸、粉碎、燃燒等。計算煤的孔隙率,100，,第一節(jié) 煤的密度,1.3 煤的堆積密度(bulk relative density， BRD) 堆積密度的概念： 指用自由堆積方法裝滿容器的煤粒質(zhì)量與容器容積之比 (包括煤的內(nèi)外孔隙和煤粒間的空隙） ，用BRD表示。堆積密度的大小除了與煤的真密度有關(guān)外，主要決定于煤的粒度組成和堆積的密實度。堆積密度的用途：堆積密度對煤炭生產(chǎn)和加工利用部門在設(shè)計礦車、煤倉、估算煤堆重量、煉焦?fàn)t炭化室和氣化爐的裝煤量等都有很大的實用意義。,第一節(jié) 煤的密度,煤的真密度隨煤化程度的變化,

3、從低煤化度開始，隨煤化程度的提高，煤的真密度緩慢減小，到碳含量為8689之間的中等煤化程度時，煤的真密度最低，約為1.30g/cm3左右，此后，煤化程度再提高，煤的真密度急劇提高到1.90g/cm3左右。,殼質(zhì)組 鏡質(zhì)組 惰質(zhì)組,解釋圖3-4,為什么在Cdaf為87%時,d420出現(xiàn)最小值?,2 影響煤真密度的因素 factors affecting the density of coal 影響煤真密度的因素有成因類型genesic type、煤化程度rank、煤巖組成petrological constituents、礦物質(zhì)minerals等。 成因類型的影響： 腐植煤humic coals

4、的真密度一般不低于1.25g/cm3，而腐泥煤sapropelite 僅為1.00g/cm3左右；,第一節(jié) 煤的密度,煤巖組成petrological constituents的影響 顯微組成：惰質(zhì)組inertinite的密度最大，鏡質(zhì)組vitrinite次之，殼質(zhì)組exinite最低，隨煤化程度的提高這種差別減小，到無煙煤階段趨于一致； 宏觀煤巖成分：絲炭暗煤鏡煤亮煤,第一節(jié) 煤的密度,礦物質(zhì)的影響 礦物質(zhì)的密度較煤的有機質(zhì)高，因而，煤中礦物質(zhì)含量高則真密度大； 水分及風(fēng)化的影響 （1）水分和風(fēng)化使煤的密度增加 （2）煤層露頭水分和灰分增加，密度增加 對煤的真密度影響最大的是煤化程度,第一節(jié)

5、 煤的密度,煤化程度對煤的真密度的影響,煤真密度隨煤化程度的變化是煤分子結(jié)構(gòu)變化的宏觀表現(xiàn)。從化學(xué)結(jié)構(gòu)的角度看，煤的真密度反映了煤分子結(jié)構(gòu)的緊密程度compactness和化學(xué)組成的特點。其中分子結(jié)構(gòu)的緊密程度是影響煤真密度的關(guān)鍵因素。 （1）分子結(jié)構(gòu)的影響 （2）化學(xué)組成的影響,第二節(jié) 煤的機械性質(zhì)mechanical properties,機械性質(zhì)的概念：煤的機械性質(zhì)是指煤在機械力作用下，所表現(xiàn)的各種特性，如硬度hardness、脆度brittleness/frangibility/friability、可磨性grindability、彈性。 1. 煤的硬度 刻劃硬度 scratch ha

6、rdness/ Mohs hardness 顯微硬度 Microhardness,1.1 煤的刻劃硬度scratch hardness,1822 年Mohs 首先提出一個半定量概念：以滑石作為1 、金剛石作為10，采用一套具有標(biāo)準(zhǔn)硬度的礦物共分成10 個等級，稱為莫氏硬度Mohs hardness，也稱為刻劃硬度scratch hardness 。標(biāo)準(zhǔn)礦物的莫氏硬度見表43。,1.1 煤的刻劃硬度scratch hardness,1.1 煤的刻劃硬度scratch hardness,根據(jù)莫氏硬度的劃分，煤的硬度一般為14。煤的硬度與煤化程度有關(guān)，中等煤化程度的焦煤，硬度較小，約為22.5，此后

7、隨著煤化程度的提高，硬度增加，無煙煤的硬度最大，約為4左右。同一煤化程度的煤，惰質(zhì)組的硬度最大，殼質(zhì)組最小，鏡質(zhì)組居中?？虅澯捕鹊臏?zhǔn)確性較差，在科學(xué)研究上采用顯微硬度Microhardness的指標(biāo)。,1.2 煤的顯微硬度Microhardness,顯微硬度屬于壓入硬度indentation hardness的一種。一般采用特殊形狀（如角錐形、圓錐形等）而又非常堅硬的壓入器，施加一定的壓力，使壓入器壓入到樣品表面，形成壓痕，卸除壓力后用顯微鏡測量壓痕的大小，如用方形棱錐形金剛石壓入器時，測量壓痕對角線diagonal line的長度，即可計算出顯微硬度值：,1.2 煤的顯微硬度Microhar

8、dness,式中 H顯微硬度，MPa； P加在壓入器上的負荷，N； d壓痕對角線長度，mm； 方形棱錐體兩相對錐面的夾角，一般為136。,煤的顯微硬度與碳含量的關(guān)系,解釋靠背椅曲線 “椅背”, “椅面”, “椅腳”,顯微硬度隨煤化程度的變化,從褐煤開始，顯微硬度隨煤化程度提高而上升，在碳含量為75 % 80 %(長焰煤、氣煤)之間有一個極大值；此后，顯微硬度隨煤化程度提高而下降，在碳含量達到85%左右最低；煤化程度再提高，顯微硬度又開始上升，到無煙煤階段，顯微硬度幾乎隨煤化程度提高而直線增加。,1.3 脆度,抗壓強度法和抗碎強度法 煤的抗脆強度與煤化度的關(guān)系 呈拋物線變化趨勢 巖相組成的關(guān)系

9、絲炭最脆，鏡煤、亮煤居中而暗煤最韌,1.4 煤的可磨性 grindability,煤的可磨性是指煤磨碎成粉的難易程度。目前，國際上普遍采用哈特葛羅夫法評定煤的可磨性(Hardgrove grindability index , HGI )。其基本依據(jù)是磨碎定理：研磨煤粉所消耗的功與新產(chǎn)生的表面積成正比。 實際上是利用球磨法將一定粒度的煤在磨機中在給定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)數(shù)的情況下，測定物料粒度組成的變化。,1.3 煤的可磨性,哈特葛羅夫法Hardgrove test評定煤可磨性的測定要點是： 將美國某礦區(qū)的煙煤作為標(biāo)準(zhǔn)煤，其可磨性指數(shù)定為100。測定時，先將四個一組可磨性指數(shù)各不相同的標(biāo)準(zhǔn)煤樣，在哈氏可磨

10、儀上研磨，該標(biāo)準(zhǔn)煤樣在規(guī)定條件下，經(jīng)過一定破碎功的研磨，以標(biāo)準(zhǔn)煤的200目篩下物質(zhì)量為縱坐標(biāo)，相應(yīng)的可磨性指數(shù)為橫坐標(biāo)得一直線，此直線就是該哈氏可磨儀的校準(zhǔn)圖。,1.3 煤的可磨性,被測煤樣在哈氏可磨儀上研磨后，根據(jù)200目篩下物的質(zhì)量在校準(zhǔn)圖上即可查出相應(yīng)的可磨性指數(shù)，用HGI表示。HGI越大，表示煤的可磨性越好，煤越容易被磨碎。 可磨性與煤化程度的關(guān)系見下圖。,HGI,%,可磨性與煤化程度的關(guān)系,在低煤化度階段，隨煤化程度的增加，煤的可磨性緩慢增加，在碳含量為87%90%時，可磨性迅速增大，在碳含量為90%左右達到最大值，此后隨煤化程度的進一步提高而迅速下降。,1.4 彈性 1 測定方法：

11、靜態(tài)法和動態(tài)法 2 楊氏彈性模量、剛性模量與煤化度的關(guān)系 見圖6-5 3 煤的彈性與塑性,第三節(jié) 煤的熱性質(zhì),煤的熱性質(zhì)比熱，導(dǎo)熱性，熱穩(wěn)定性（已講） 比熱：單位質(zhì)量的煤溫度升高1K所需的熱量。 導(dǎo)熱性：熱擴散率a表示散熱能和蓄熱能之比。,第四節(jié) 煤的光學(xué)性質(zhì)optical properties,煤的光學(xué)性質(zhì)主要有可見光照射下的反射率、折射率和透光率以及不可見光照射下的X射線X-ray、紅外光譜infrared spectrum、紫外光譜Ultraviolet spectrum和熒光性質(zhì)等。,第四節(jié) 煤的光學(xué)性質(zhì)optical properties, 煤的透光率：是指煤樣在100的稀硝酸溶液中

12、處理90min，所得有色溶液對一定波長（475nm）的光的透過率。有色溶液透光率的測定有分光光度計法和目視比色法兩種。分光光度計法因其重現(xiàn)性差，一般用得不多，我國國家標(biāo)準(zhǔn)采用目視比色法測定有色溶液的透光率，用PM表示。 為什么用Romax作為煤分類中煤化度的指標(biāo)? 煤中哪些組分具有熒光性?,第四節(jié) 煤的光學(xué)性質(zhì)optical properties, PM的用途 ：年輕煤煤化程度指標(biāo)，用于區(qū)分褐煤和長焰煤。一般年輕褐煤的PM小于30，年老褐煤在3050之間；長焰煤的PM通常大于50；氣煤的PM一般大于90。,第五節(jié) 煤的電性質(zhì),煤的電性質(zhì)包括導(dǎo)電性和介電常數(shù)dielectric constant

13、。 1、煤的導(dǎo)電性electric conductivity/ conductivity 1.1煤的導(dǎo)電性的概念 煤的導(dǎo)電性是指煤傳導(dǎo)電流的能力。導(dǎo)電性常用電阻率；（即比電阻m）或?qū)щ娐剩娮杪实牡箶?shù)）表示。導(dǎo)電率越大，煤的導(dǎo)電能力越強。利用導(dǎo)電性可以進行選煤。 煤的導(dǎo)電有離子導(dǎo)電和電子導(dǎo)電兩種形式，無煙煤以電子導(dǎo)電為主，褐煤是離子導(dǎo)電為主。,1、煤的導(dǎo)電性 1.2 煤導(dǎo)電性的隨煤化程度的變化規(guī)律 褐煤的電阻率較低，隨著煤化程度的加深電阻率增加，到長焰煤時達到最大，此后煤化程度加深，煤的電阻率呈緩慢下降趨勢，到碳含量達到90以上的無煙煤時，電阻率迅速下降。 煤的導(dǎo)電性屬于半導(dǎo)體或?qū)w的范圍。,

14、第五節(jié) 煤的電性質(zhì)與磁性質(zhì),2、煤的介電常數(shù)dielectric constant 物質(zhì)的介電常數(shù)是指當(dāng)物質(zhì)介于電容器兩極板間的蓄電量和兩板間為真空時的蓄電量之比。 是綜合反映物質(zhì)極化行為的宏觀物理量。物質(zhì)在電場作用下極化能力越強，介電常數(shù)的值越大，導(dǎo)電性越好。,第五節(jié) 煤的電性質(zhì),第七節(jié) 煤的潤濕性Wettability,1、 煤的潤濕性Wettability 當(dāng)液體和固體接觸時，如果固體分子與液體間的作用力大于液體分子間的作用力，則固體可被液體潤濕，反之，則不能潤濕。通常采用接觸角Contact angle表示煤的潤濕性的大小，接觸角越大，煤的潤濕性越差。接觸角是指通過三相接觸周邊(三相接

15、觸點的連線)的任何一點，經(jīng)氣液界面作切線(即氣液界面張力)，構(gòu)成液體與固體表面的夾角，即為接觸角。,第七節(jié) 煤的潤濕性,cos=Pgr/2,2、 煤的潤濕性的隨煤化程度變化規(guī)律,對水而言：隨煤化程度加深，接觸角增大，潤濕性降低；對苯而言：隨煤化程度加深，接觸角減小，潤濕性提高。 通常，年輕煤對水介質(zhì)的親和性較強，中等以上煤化程度的煤對水的親和性較差。在煤的浮選脫灰過程中，就是利用煤與礦物質(zhì)親水性的差異進行分離的。礦物質(zhì)表現(xiàn)為親水性，而煤一般表現(xiàn)為疏水性，但年輕煤由于分子中含有大量的極性含氧官能團，表現(xiàn)為較強的親水性，因而其可浮性較差，不宜采用浮選工藝。,第七節(jié) 煤的潤濕性,煤的浮選示意圖,3、

16、 煤的潤濕熱 wetting heat,3.1 潤濕熱的概念：煤被液體潤濕時會釋放出熱量，通常用1g煤被潤濕時釋放出的熱量作為煤的潤濕熱。 3.2 潤濕熱的本質(zhì)：年輕煤的潤濕熱較高，但隨著煤化程度的提高而急劇下降，在碳含量為90左右達到最低值，以后又有所上升。潤濕熱的產(chǎn)生實際上是液體在煤的孔隙內(nèi)表面上發(fā)生吸附作用的結(jié)果。吸附作用越強，比表面積越大，潤濕熱就越高。,第七節(jié) 煤的潤濕性,3.3 潤濕熱的影響因素 介質(zhì)的種類、礦物質(zhì)的含量等均有影響，但主要與比表面積有關(guān)。試驗表明，煤的潤濕熱大致為0.390.42J/m2。利用潤濕熱可以大致估計煤的比表面積，但不準(zhǔn)確。,第七節(jié) 煤的潤濕性,3、煤的潤濕熱 wetting heat,1 煤的比表面積specific surface area： 單位質(zhì)量的煤內(nèi)部孔隙的面積，m2/g。 煤的比表面積是煤內(nèi)部孔隙的表面積的反映。測定煤比表面積最簡單的方法是甲醇潤濕熱法，但這一方法誤差較大，已不再使用，現(xiàn)在多用吸附法測定煤的比表面積，常用的吸附介質(zhì)是氮、氦、氪、氙和二氧化碳。吸附介質(zhì)不同時，測定結(jié)果差別很大。 煤的比表面積與煤化度的關(guān)系,第八節(jié) 煤的孔隙度和比表面積,第八節(jié) 煤的比表面積和孔隙率Sur