煤樣品的工業分析測定

李冬梅

摘 要：本文淺談了煤的工業分析的原理，方法及方法，并簡單的介紹了其在實際生活工作中的應用。

關鍵詞：水分；分析測定；灰分；固定碳；工業分析

煤的工業分析測定指標主要包括水分、灰分、揮發分、固定碳、發熱量和全硫分。煤的工業分析一般是指半工業分析，半工業分析包括水分、灰分、揮發分和固定碳這四個項目的測定。

1 煤的水分

煤的水分含量直接影響了煤的工業用途、使用、運輸和儲存。水分的增多能夠使煤的發熱量降低，與此同時還會與SO2等作用產生H2SO3使設備被腐蝕。所以煤的水分是評價煤炭質量的一個基本指標，其也被被列為低階煤質編碼參數。商品煤中的水也是煤炭生產和流通領域中一個計價因數，煤炭供需雙方所簽的合同中一般會規定煤的最高水分以及水分超量的扣款方式。煤的水分雖然稱不上有害，可也屬于無效物質，對煉焦煤來說，每提高1%的水分，結焦時間便會隨之增加十多分鐘，以后作為燃料的話，發熱量也會降低；煤的水分增加還增加運輸中的無效運輸；在冬季還冷時期易凍車造成卸車困難；有些用煤設備，對煤的水分有明確的嚴格要求，一旦超標將會降低設備的運行效率。煤的水分從結合狀態來分的話可分為游離水和化結合水兩類。

1.1 化合水

以化合的方式同煤中的礦物質結合的水稱為化合水，也稱作結晶水。例如硫酸鈣（CaSO4·2H2O），高嶺土（Al2O3·2SiO2·2H2O）中的結晶水。化合水是煤的固有組分，在煤中的比例極小，一般可忽略，化合水只能在高于煤的分解溫度才能完全脫除，所以工業上一般不測結晶水。

1.2 游離水

游離水就是以物理吸附或附著方式與煤結合的水分，分為外在水分和內在水分。外在水分是在開采、儲存、運輸及洗煤時帶入的，是附著在煤顆粒表面的水分，在常溫下的干燥空氣中易于蒸發，因此外在水分又被叫作風干水分，除去外在水分的煤叫風干煤；內在水分則是指吸附或凝聚在煤粒內部的毛細孔中難于蒸發除去的水分，其必須在高于水的正常沸點的溫度才能除盡，所以也稱為烘干水分，除去內在水分的煤叫干燥煤。

2 灰分的測定及應用

2.1 灰分測定

煤的灰分是煤中所有可燃物經過完全燃燒之后的殘留物，是煤中礦物質（除水分以外的所有無機質的總稱）在一定溫度下，通過一系列復雜的化學反應后剩下的殘渣。是煤中礦物質的衍生物。煤中礦物質有幾種不同來源，包括原生礦物質，次生礦物質和外來快物質，其中原生礦物質和次生礦物質統稱為內在礦物質，有內在礦物質形成的灰分稱為內在灰分，外來礦物質形成的灰分稱為外在灰分。高溫燃燒測煤中灰分產率時，其礦物質在燃燒過程中發生一系列物理化學反應，主要反應如下：

400℃以上時，鹽類脫水如：

CaSO4·2H2O=CaSO4+2H2O ↑

Al2SO3·2SiO2·2H2O=Al2SO3·2SiO2+2H2O↑

500℃以上時，碳酸鹽分解如：

CaCO3=CaO+CO2↑

FeCO3=Fe2O3+CO2↑

400℃-600℃時，由于空氣中氧氣的存在，發生氧化反應：

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2↑

2CaO+2SO2+O2=2CaSO4

4FeO+O2=2Fe2O3

高于700℃時，其中的堿金屬氧化物和氮化物部分會發生揮發，以上物質在溫度為800℃左右基本完成，所以測定灰分溫度控制在溫度為（815±10）℃。煤中灰分測定有兩種方法，分別為：緩慢灰化法，用于仲裁分析；另一種是快速灰化法，適用于日常分析。

2.2 灰分測定的應用

灰分是進行煤質評價、加工利用、貿易計價等最基礎的指標。但它對煤的加工利用會產生負面影響，同時使得環境被污染。灰分的存在不僅會影響煤在燃燒時發出的熱量，而且也影響煤灰的熔融特性和對爐膛表面的腐蝕及灰沉積的情況。但是煤灰也通過利用產生新用途，例如用煤灰生產水泥和磚瓦或輕骨料等建筑材料；還可以在農業上用作土壤改良劑等用途。

3 揮發分的測定

當煤在隔絕空氣下加熱，溫度低于100℃時，煤中吸附的氣體和部分水逸出；當溫度升高至200℃時，化合水逸出；當溫度達到250℃時，開始第一次熱分解，同時有氣體逸出；當溫度超過350℃時，焦油便產生；500-600℃時焦油逸盡；當溫度超過600℃時，便開始第二次熱分解，氣體又一次逸出，待氣體冷凝后得到高焦；溫度到900-1000℃時，分解停止，殘留即為焦炭。煤的揮發分的測定結果取決于盛放器皿的材料、大小、形狀、加熱溫度、加熱時間和隔絕空氣等實驗條件，其中加熱時間和溫度最為重要。我國規定采用帶嚴密增鍋蓋的特質瓷增鍋，在（900±10）℃溫度下，隔絕空氣加熱7min的測定方法來進行測定。

根據揮發分產率的大小，能夠初步判斷煤的變質程度、發熱量和焦油產率等各種性質，在工業生產方面用煤也都先要了解揮發分是否符合要求，因此煤的揮發分是了解煤性質和用途的最基本也是最重要的指標。

4 煤的固定碳

煤中除掉水分、灰分和揮發分，就剩下固定碳了。固定碳就是指除去水分、灰分和揮發分后的殘留物。固定碳是煤發熱量的重要來源，固定碳含量越高，發熱量越好。煤的固定碳和揮發分一樣，是表征煤變質程度的一個指標，固定碳計算公式為：FCad=100%- Mad-Aad-Vad，因此有些國家把固定碳作為煤分類的一個指標。固定碳也是合成氨用煤的重要指標。