煤样品的工业分析测定

李冬梅

摘 要：本文浅谈了煤的工业分析的原理，方法及方法，并简单的介绍了其在实际生活工作中的应用。

关键词：水分；分析测定；灰分；固定碳；工业分析

煤的工业分析测定指标主要包括水分、灰分、挥发分、固定碳、发热量和全硫分。煤的工业分析一般是指半工业分析，半工业分析包括水分、灰分、挥发分和固定碳这四个项目的测定。

1 煤的水分

煤的水分含量直接影响了煤的工业用途、使用、运输和储存。水分的增多能够使煤的发热量降低，与此同时还会与SO2等作用产生H2SO3使设备被腐蚀。所以煤的水分是评价煤炭质量的一个基本指标，其也被被列为低阶煤质编码参数。商品煤中的水也是煤炭生产和流通领域中一个计价因数，煤炭供需双方所签的合同中一般会规定煤的最高水分以及水分超量的扣款方式。煤的水分虽然称不上有害，可也属于无效物质，对炼焦煤来说，每提高1%的水分，结焦时间便会随之增加十多分钟，以后作为燃料的话，发热量也会降低；煤的水分增加还增加运输中的无效运输；在冬季还冷时期易冻车造成卸车困难；有些用煤设备，对煤的水分有明确的严格要求，一旦超标将会降低设备的运行效率。煤的水分从结合状态来分的话可分为游离水和化结合水两类。

1.1 化合水

以化合的方式同煤中的矿物质结合的水称为化合水，也称作结晶水。例如硫酸钙（CaSO4·2H2O），高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）中的结晶水。化合水是煤的固有组分，在煤中的比例极小，一般可忽略，化合水只能在高于煤的分解温度才能完全脱除，所以工业上一般不测结晶水。

1.2 游离水

游离水就是以物理吸附或附着方式与煤结合的水分，分为外在水分和内在水分。外在水分是在开采、储存、运输及洗煤时带入的，是附着在煤颗粒表面的水分，在常温下的干燥空气中易于蒸发，因此外在水分又被叫作风干水分，除去外在水分的煤叫风干煤；内在水分则是指吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔中难于蒸发除去的水分，其必须在高于水的正常沸点的温度才能除尽，所以也称为烘干水分，除去内在水分的煤叫干燥煤。

2 灰分的测定及应用

2.1 灰分测定

煤的灰分是煤中所有可燃物经过完全燃烧之后的残留物，是煤中矿物质（除水分以外的所有无机质的总称）在一定温度下，通过一系列复杂的化学反应后剩下的残渣。是煤中矿物质的衍生物。煤中矿物质有几种不同来源，包括原生矿物质，次生矿物质和外来快物质，其中原生矿物质和次生矿物质统称为内在矿物质，有内在矿物质形成的灰分称为内在灰分，外来矿物质形成的灰分称为外在灰分。高温燃烧测煤中灰分产率时，其矿物质在燃烧过程中发生一系列物理化學反应，主要反应如下：

400℃以上时，盐类脱水如：

CaSO4·2H2O=CaSO4+2H2O ↑

Al2SO3·2SiO2·2H2O=Al2SO3·2SiO2+2H2O↑

500℃以上时，碳酸盐分解如：

CaCO3=CaO+CO2↑

FeCO3=Fe2O3+CO2↑

400℃-600℃时，由于空气中氧气的存在，发生氧化反应：

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2↑

2CaO+2SO2+O2=2CaSO4

4FeO+O2=2Fe2O3

高于700℃时，其中的碱金属氧化物和氮化物部分会发生挥发，以上物质在温度为800℃左右基本完成，所以测定灰分温度控制在温度为（815±10）℃。煤中灰分测定有两种方法，分别为：缓慢灰化法，用于仲裁分析；另一种是快速灰化法，适用于日常分析。

2.2 灰分测定的应用

灰分是进行煤质评价、加工利用、贸易计价等最基础的指标。但它对煤的加工利用会产生负面影响，同时使得环境被污染。灰分的存在不仅会影响煤在燃烧时发出的热量，而且也影响煤灰的熔融特性和对炉膛表面的腐蚀及灰沉积的情况。但是煤灰也通过利用产生新用途，例如用煤灰生产水泥和砖瓦或轻骨料等建筑材料；还可以在农业上用作土壤改良剂等用途。

3 挥发分的测定

当煤在隔绝空气下加热，温度低于100℃时，煤中吸附的气体和部分水逸出；当温度升高至200℃时，化合水逸出；当温度达到250℃时，开始第一次热分解，同时有气体逸出；当温度超过350℃时，焦油便产生；500-600℃时焦油逸尽；当温度超过600℃时，便开始第二次热分解，气体又一次逸出，待气体冷凝后得到高焦；温度到900-1000℃时，分解停止，残留即为焦炭。煤的挥发分的测定结果取决于盛放器皿的材料、大小、形状、加热温度、加热时间和隔绝空气等实验条件，其中加热时间和温度最为重要。我国规定采用带严密增锅盖的特质瓷增锅，在（900±10）℃温度下，隔绝空气加热7min的测定方法来进行测定。

根据挥发分产率的大小，能够初步判断煤的变质程度、发热量和焦油产率等各种性质，在工业生产方面用煤也都先要了解挥发分是否符合要求，因此煤的挥发分是了解煤性质和用途的最基本也是最重要的指标。

4 煤的固定碳

煤中除掉水分、灰分和挥发分，就剩下固定碳了。固定碳就是指除去水分、灰分和挥发分后的残留物。固定碳是煤发热量的重要来源，固定碳含量越高，发热量越好。煤的固定碳和挥发分一样，是表征煤变质程度的一个指标，固定碳计算公式为：FCad=100%- Mad-Aad-Vad，因此有些国家把固定碳作为煤分类的一个指标。固定碳也是合成氨用煤的重要指标。