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基础:煤的物理与化学性质!

国际煤炭网  来源:56选煤服务中心  日期:2017-02-22

一、煤的物理性质

(一)煤的密度

煤的密度有3种表示方法:真密度、视密度、堆密度。物理意义上都是单位体积煤的质量,以g/cm3为单位,工业上以t/m3为单位。而相对密度(真相对密度、视相对密度)和密度在数值上虽然相等,但物理意义不同。

1.真密度

真密度是指20C时单位体积煤(不包括煤的孔隙)的质量;真相对密度是指该质量与同体积水的质量之比,表示符号为TRD。真密度是研究煤的性质和计算煤层平均质量的重要指标之一。在选煤时也需要根据煤的真相对密度来确定重液的相对密度。

(1)煤炭成因类型。腐泥煤的真相对密度比腐植煤的真相对密度小。一般腐泥煤为1.00,腐植煤为1.25以上。

(2)煤的变质程度。随着煤变质程度的增加,纯煤的真相对密度也随之增大。如褐煤一般<1.30,烟煤多为1.30-1.40,无烟煤则为1.40-1.90。

(3)煤岩成分。煤岩成分不同,其真相对密度也不同。如丝炭最大为1.39-1.52,暗煤为1.30-1.37,亮煤为1.27-1.29,镜煤为1.28-1.30。随着煤化程度的增加,各种煤岩成分的真相对密度逐渐接近。

(4)矿物质。煤中矿物质的真相对密度比有机质的真相对密度大。如石英为2.65,黏土矿物为2.40-2.60,黄铁矿为5.00,菱铁矿为3.80。因此,煤的真相对密度随着矿物质含量的增加而增大。根据经验,煤的灰分每增减1%,其平均真相对密度增减0.01。

(5)其他因素。煤中水分增大或煤受到风化,都会使真相对密度变化。

2.视密度

视密度是指20C时单位体积煤(包括煤的孔隙)的质量;视相对密度是指该质量与同体积水的质量之比,表示符号为ARD。视密度用于煤的埋藏量的计算,以及煤的破碎、磨碎、燃烧等过程的计算。此外还用于计算煤的孔隙率,作为煤层气计量基准。不同煤阶的煤,其视密度相差很大。如褐煤为1.05-1.30g/cm3,烟煤为1.15-1.50g/cm3,无烟煤为1.40-1.70g/cm3。

3.堆密度(或称散密度)

在规定条件下,容器中单位体积散状煤的质量称为堆密度。堆密度用于煤仓设计、煤堆质量估算、带式输送机运输量和车船装载量的计算,以及焦炉、气化炉装煤量的计算。堆密度是条件性的指标,测定值受容器大小、容器形状、装煤方法、煤的水分、煤的粒度等条件的影响。在生产实际中,煤的堆密度数值可参考下表。

(二)煤的机械性质

1.煤的摩擦角

将煤堆放在一块平板上,使平板逐渐倾斜,直到煤开始向下滑动,这时平板的倾斜角就是煤的摩擦角。在设计选煤厂带式输送机倾斜角、中部槽角度和煤仓下部锥体角度时需用摩擦角。

2.煤的安息角(休止角)

散状物料堆的表面与水平面所夹的最大锐角就是煤的安息角。在设计计算选煤厂带式输送机运输量和煤仓、储煤场、矸石堆等的有效容积时需用安息角。不同产品的安息角见下表。

3.煤的硬度

煤的硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力。煤化程度低的褐煤和焦煤的刻划硬度最小(2-2.5),无烟煤最大(接近4)。

4.煤的脆度

煤的脆度是指煤受外力作用而破碎的性质,表征煤被破碎或粉碎的难易程度,即可碎性。主要表现为抗压强度和抗剪强度,强度小者,煤易破碎,脆度大;反之,脆度小。煤的脆度与岩相组成、煤化程度有关。丝炭最脆,镜煤、亮煤居中,暗煤最韧。所以粉煤中丝炭成分居多。在选煤工艺设计中,对利用煤与矸石可碎性的差异,进行选择性破碎分选。

二、煤的化学性质

(一)煤的氧化

自燃对煤存在危害,所以,在选煤厂的设计中对煤的堆存方式、堆存数量和储存时间方面都应该充分考虑防止煤被风化和自燃的措施。例如:

(1)储煤场、煤仓应尽量减少死角煤。

(2)存煤应循化使用。

(3)一般煤储存的安全温度界限为50-800C,炼焦煤不超过500C,故储煤设施应充分考虑通风散热或换气措施。

(4)高硫煤要及时选除黄铁矿。

(5)储煤量适中合理,储存时间不宜过长。

不同季节、不同煤类允许的储存期见下表。

(二)煤的氢化

煤的氢化(加氢)是研究煤的化学结构和煤的性质的主要方法。

1.轻度加氢

轻度加氢在较低的氢分压和不超过煤分解温度的情况下进行,经过加氢的煤可以提高黏结性,但煤的外形不变,元素组成也无显著变化。

2.深度加氢(或称破坏加氢)

深度加氢在高温、高压条件下,借助催化剂的作用,将煤与氢反应,增加煤的氢含量,降低氧、硫、氮含量,将煤全部转化为液态烃类产物和少量气态烃。这就叫做煤的直接液化,其工艺、设备比较复杂,是投资昂贵的煤炭转化工艺。

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