煤的工藝性（一）煤的粘結(jié)性和煤的燃點(diǎn)及煤灰熔點(diǎn)

[煤的工藝性質(zhì)]煤的工藝性質(zhì)包括：

　　　　（1）煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性指數(shù)；

　　　　（2）煤的發(fā)熱量和煤的燃點(diǎn)；

　　　　（3）煤的反應(yīng)活性；

　　　　（4）煤灰熔融性（煤的灰熔點(diǎn)）和結(jié)渣性等

1、煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性

　　煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性，是兩個(gè)有聯(lián)系、有區(qū)別，又難以嚴(yán)格區(qū)別開來的概念。煤的粘結(jié)性是煤粒（d<0.2mm）在隔絕空氣受熱后能否粘結(jié)其本身或惰性物質(zhì)（即無粘結(jié)力的物質(zhì)）成焦塊的性質(zhì)；煤的結(jié)焦性是煤粒隔絕空氣受熱后能否生成優(yōu)質(zhì)焦炭的性質(zhì)。兩者都是煉焦煤的重要特性之一。

煤在干餾結(jié)焦過程中，一般要經(jīng)過軟化、熔合、膨脹、固化和收縮幾個(gè)階段，最后生成品質(zhì)不同的焦炭。當(dāng)溫度等于或高于煤的軟化點(diǎn)（一般為315～350c）時(shí)，煤都軟化成膠質(zhì)體。當(dāng)溫度等于或高于煤的固化點(diǎn)（一般為420c～450c）時(shí)，煤都結(jié)成半焦。從軟化到固化的時(shí)間愈長(zhǎng)，煤就熔化得愈好，焦炭結(jié)構(gòu)愈均勻。

　　為了了解煤的結(jié)焦性，人們?cè)O(shè)計(jì)了許多實(shí)驗(yàn)室方法，直接測(cè)試模擬工業(yè)焦化條件下所得焦炭品質(zhì)（2200Kg小焦?fàn)t試驗(yàn)）；或測(cè)試上述膠質(zhì)體的某一性質(zhì)也有的直接觀察實(shí)驗(yàn)室所得焦塊的性質(zhì)，表征煤的結(jié)焦性。本節(jié)只闡述與我國(guó)煤的現(xiàn)行分類有關(guān)的幾個(gè)測(cè)試指標(biāo)。

　　（1）煤的膠質(zhì)層指數(shù)

　　煤的膠質(zhì)層指數(shù)，又稱煤的膠質(zhì)層最大厚度，或Y值。它是原蘇聯(lián)、波蘭等國(guó)家煤的分類指標(biāo)之一，也是我國(guó)煤的現(xiàn)行分類中區(qū)分強(qiáng)粘結(jié)性的肥煤、氣肥煤的一個(gè)分類指標(biāo)。

　　煤的膠質(zhì)層指數(shù)，是原蘇聯(lián)列.姆.薩保什尼可夫和列.帕.巴齊列維奇提出的。它的測(cè)試要點(diǎn)是根據(jù)不同結(jié)焦性的煤在干餾過程中膠質(zhì)層的厚度、收縮情況和膨脹曲線的不同，測(cè)試膠質(zhì)層的最大厚度（Y值）、最終收縮度（X值）和體積曲線，來表征煤的結(jié)焦性。其中，Y值應(yīng)用的最廣。Y值是通過測(cè)試膠質(zhì)層的上部層面高度和下部層面高度得出的（一般出現(xiàn)在520～630C之間），X值是曲線終點(diǎn)與零點(diǎn)線間的距離。Y值、X值和體積曲線都是通過膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)試儀上的記錄轉(zhuǎn)筒和記錄筆記記錄下來的。膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)試曲線如圖30-11所示。膠質(zhì)層曲線類型如圖30-12所示。

  250 280 310 340 370 400 430 460 490 520 550 580 610 640 670 700 730

  0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

圖30-11　膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)試曲線

1  2 

3  4 

　　膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)試的允許誤差。同一煤樣平行測(cè)試結(jié)果的允許誤差為：

　　Y值≤20mm 誤差1mm；

　　Y值〉20mm 誤差2mm；

　　X值 誤差3mm。

膠質(zhì)層指數(shù)報(bào)出結(jié)果。應(yīng)選取在允許誤差范圍內(nèi)的各結(jié)果的平均值。

膠質(zhì)層指數(shù)表征煤的結(jié)焦性的最大優(yōu)點(diǎn)是Y值有可加性。這種可加性可以從單煤Y值計(jì)算到配煤Y值，可以估算配煤煉焦Y值的較佳方案。在地質(zhì)勘探中可以通過加權(quán)平均計(jì)算出幾個(gè)煤層的綜合Y值。它的缺點(diǎn)一是規(guī)范性強(qiáng)，煤樣粒度、升溫速度、壓力、煤杯材料、爐轉(zhuǎn)耐火材料等都能影響測(cè)試結(jié)果。所以必須使儀器、制樣和操作等都符合嚴(yán)格規(guī)定；二是用樣量大，一次平行測(cè)試需要煤樣200克，在地質(zhì)勘探中常常由于煤芯煤樣數(shù)量不足而無法測(cè)試；三是膠質(zhì)層指數(shù)能反映膠質(zhì)層的最大厚度，但不能反映出膠質(zhì)層的質(zhì)量。

　　（2）煤的羅加指數(shù)

羅加指數(shù)（R.1），是波蘭煤化學(xué)家羅加教授1949年提出的測(cè)試煙煤粘結(jié)力的指標(biāo)。

現(xiàn)已為國(guó)際硬煤分類方案所采用。我國(guó)1985年頒發(fā)了煙煤羅加指數(shù)測(cè)試的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB5549-85）,但在我國(guó)現(xiàn)行煤的分類中，羅加指數(shù)不作為分類指標(biāo)。

羅加指數(shù)的測(cè)試要點(diǎn)：將1克煤樣和5克標(biāo)準(zhǔn)無煙煤樣（寧夏汝箕溝礦專用無煙煤標(biāo)樣，下同）混合均勻，在規(guī)定的條件下焦化，然后把所得焦渣在特定的轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn)磨3次，測(cè)試焦塊的耐磨強(qiáng)度，規(guī)定為羅加指數(shù)。其計(jì)算公式如下：

　　　R.1=[(a+d)/2+b+c]/3Q×100

式中：

　　a——焦渣過篩，其中大于1mm焦渣的重量，g；

　　b——第一次轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)后過篩，其中大于1mm焦渣的重量，g;

　　c——第二次轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)后過篩，其中大于1mm焦渣的重量，g;

　　d——第三次轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)后過篩，其中大于1mm焦渣的重量，g;

　　Q——焦化后焦渣總量，g;

　　羅加指數(shù)是測(cè)試的允許誤差：每一測(cè)試煤樣要分別進(jìn)行二次重復(fù)測(cè)試。同一化驗(yàn)室平行測(cè)試誤差不得超過3，不同化驗(yàn)室測(cè)試誤差不得超過5。取平行測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值（取整數(shù)）報(bào)出。

　　羅加指數(shù)表征煤的粘結(jié)力的優(yōu)點(diǎn)是煤樣量少，方法簡(jiǎn)便易行。它的缺點(diǎn)是，規(guī)范性也很強(qiáng)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)無煙煤的要求很嚴(yán)。羅加指數(shù)區(qū)分強(qiáng)粘煤靈敏度不夠。

　　（3）煤的粘結(jié)指數(shù)

　　煤的粘結(jié)指數(shù)（G.R.I或G）,是我國(guó)現(xiàn)行煤的分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB5751-86）中代表煙煤粘結(jié)力的主要分類指標(biāo)之一。其方法測(cè)試要點(diǎn)是：將1克煤樣與5克標(biāo)準(zhǔn)無煙煤混合均勻，在規(guī)定條件下焦化，然后把 所得焦渣在特定的轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn)磨兩次，測(cè)試焦渣的耐磨強(qiáng)度，規(guī)定為煤的粘結(jié)指數(shù)，其計(jì)算公式如下：

　　G=10+(30m1+70m2)/m

式中：

　　m1——第一次轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)后過篩，其中大于10mm的焦渣重量，g;

　　m2——第二次轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)后過篩，其中大于10mm的焦渣重量，g ；

　　m——焦化后焦渣總重量，g。

　　當(dāng)測(cè)得的G<18時(shí)，需要重新測(cè)試，此時(shí)煤樣和標(biāo)準(zhǔn)無煙煤樣的比例為3：3，即3克煤樣和3克無煙煤，其余與上同，計(jì)算公式如下：

　　G=(30m1+70m2)/5m

　　煤的粘結(jié)指數(shù)測(cè)試的允許誤差：每一測(cè)試煤樣應(yīng)分別進(jìn)行二次重復(fù)測(cè)試，G≥18時(shí)，同一化驗(yàn)室兩次平行測(cè)試值之差不得超過3；不同化驗(yàn)室間報(bào)告值之差不得超過4。G<18時(shí)，同一化驗(yàn)室兩次平行測(cè)試值之差不得超過1；不同化驗(yàn)室間報(bào)告值之差不得超過2。以平行測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值為最終結(jié)果。

（4）煤的奧壓膨脹度

　　煤的奧壓膨脹度（b值，%），是1926～1929年由奧蒂伯爾特創(chuàng)立的，1933年又為亞紐所改進(jìn)，現(xiàn)在西歐各國(guó)廣泛采用。在國(guó)標(biāo)分類中，與葛金焦性并列作為硬煤分亞組的兩種方法之一。我國(guó)1985年以國(guó)標(biāo)GB5450-85發(fā)布，并與Y值并列作為我國(guó)煤炭現(xiàn)行分類中區(qū)分肥煤的指標(biāo)之一。

　　煤的奧亞膨脹度的測(cè)試要點(diǎn)，是將煤樣制成一定規(guī)格的煤筆，置入一根標(biāo)準(zhǔn)口徑的膨脹管內(nèi)，按規(guī)定的升溫速度加熱，壓在煤筆上的壓桿紀(jì)錄煤樣在管內(nèi)的體積變化，以體積曲線膨脹上升的最大距離占煤筆原始長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)，表示煤的膨脹度b值的大小。

奧壓膨脹度曲線如圖30-14所示。

　　T1——軟化點(diǎn)，體積曲線開始下降達(dá)0.5mm時(shí)的溫度，C；

　　T2——始膨點(diǎn)，體積曲線下降到最低點(diǎn)后開始膨脹上升的溫度，C；

　　T3——固化點(diǎn)，體積曲線膨脹上升達(dá)最大值時(shí)的溫度,C;

　　b——最大膨脹度，體積曲線上升的最大距離占煤筆長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)，%；

　　a——最大收縮度，體積曲線收縮下降的最大距離占煤筆長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)，%； 
有關(guān)國(guó)標(biāo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) GB 3715-91 　代替GB 3715-83

2、煤的燃點(diǎn)

煤的燃點(diǎn)時(shí)將煤加熱到開始燃燒時(shí)的溫度，叫做煤的燃點(diǎn)（也稱著火點(diǎn)，臨界溫度和發(fā)火溫度）。測(cè)定煤的燃點(diǎn)的方法很多，一般是將氧化劑加入或通入煤中，對(duì)煤進(jìn)行加熱，使煤發(fā)生爆燃或有明顯的升溫現(xiàn)象，然后求出煤爆燃或急劇升溫的臨界溫度，作為煤的燃點(diǎn)。我國(guó)測(cè)定燃點(diǎn)時(shí)采用亞硝酸鈉做氧化劑。在燃點(diǎn)測(cè)定儀中進(jìn)行測(cè)定。煤的燃點(diǎn)隨煤化度增加而增高，風(fēng)化煤的燃點(diǎn)明顯下降。

3、煤的反應(yīng)性

煤的反應(yīng)性又叫反應(yīng)活性，是指在一定溫度條件下，煤與不同的氣體介質(zhì)（CO2、O2和H2O蒸氣）相互作用的反應(yīng)能力。反應(yīng)性強(qiáng)的煤，在氣化燃燒過程中，反應(yīng)速度快、效率高。我國(guó)測(cè)定反應(yīng)性的方法是在高溫下煤或焦炭還原二氧化碳的性能，以CO2還原率表示煤或焦炭在燃燒、氣化和冶金中的重要指標(biāo)。反應(yīng)性強(qiáng)的煤，在汽化燃燒過程中，反應(yīng)速度快、效率高。

我國(guó)測(cè)定反應(yīng)性的方法是在高溫下煤或焦炭還原二氧化碳的性能，以CO2還原率表示煤或膠的反應(yīng)性。具體測(cè)定方法見GB220-89。

4、煤灰熔融性和結(jié)渣性

煤灰熔融性是動(dòng)力和氣化用煤的重要指標(biāo)。煤灰是由各種礦物質(zhì)組成的混合物，沒有一個(gè)固定的熔點(diǎn)，只有一個(gè)熔化溫度的范圍。煤灰熔融性又稱灰熔點(diǎn)。煤的礦物質(zhì)成分不同，煤的灰熔點(diǎn)比其某一單個(gè)成分灰熔點(diǎn)低。灰熔點(diǎn)的測(cè)定方法常用角錐法、見GB219-74。

將煤灰與糊精混合塑成三角錐體，放在高溫爐中加熱，根據(jù)灰錐形態(tài)變化確定DT（變形溫度）、ST（軟化溫度）和FT（熔化溫度）。一般用ST評(píng)定煤灰熔融性。

圖 30-13 奧亞膨脹曲線

由于煤灰熔融性不能反映煤在氣化爐中的結(jié)渣性，通常用測(cè)定煤的結(jié)渣性來判斷。

測(cè)定方法見GB1572-89。主要是將煤樣送入爐內(nèi)與空氣氣化，燃盡后冷卻稱重，用6mm篩分出大于6mm的渣塊占總重量的百分?jǐn)?shù)，稱做結(jié)渣率。

5.煤的工藝性試驗(yàn)

序號(hào)  術(shù)語(yǔ)名稱     英文名稱             定義              符號(hào)          允許使用

1.3.1  結(jié)焦性 Chking property 煤經(jīng)干餾結(jié)成焦炭的性能 mm 　mm 　mm

1.3.2  粘結(jié)性 Caking property 煤在干餾時(shí)粘結(jié)其本身或外加惰性物質(zhì)的能力 mm mm mm

1.3.3  塑性 Plastic property 煤在干餾時(shí)形成的膠質(zhì)體的粘稠、流動(dòng)、透氣等性能 mmmm mm 　mm

1.3.4  膨脹性 Swelling property 煤在干餾時(shí)體積發(fā)生膨脹或收縮的性能 mmmm 　mm 　mm

1.3.5  膠質(zhì)層指數(shù) (sapozhnikov)plastometer indices 由勒.姆.薩波日尼柯夫提出的一種表征煙煤結(jié)焦性的指標(biāo)，以膠質(zhì)層最大厚度Y值，最終收縮度X值等表示 mm 　mm 　mm

1.3.6  羅加指數(shù) ROGA INDEX 由布.羅加提出的一種表征煙煤粘結(jié)無煙煤能力的指標(biāo) R.I. mmmm 　mm

1.3.7  粘結(jié)指數(shù) Caking indexG 在規(guī)定條件下以煙煤在加熱后粘結(jié)專用無煙煤的能力表征煙煤粘結(jié)性的指標(biāo) Gr.i. mmmm G指數(shù)

1.3.8  坩堝膨脹序數(shù) Crucible swelling number;free swell-ngindex 以煤在坩堝中加熱所得焦塊膨脹程度的序號(hào)表征煤的膨脹性和粘結(jié)性的指標(biāo) CSN mm 自由膨脹指數(shù)

1.3.9  奧亞膨脹度 Audiberts arnu dilatation 由奧迪勃斯和亞尼二人提出的、以膨脹度（b）和收縮度（a）等參數(shù)表征煙煤膨脹性和粘結(jié)性的指標(biāo)   　mm 　mmmm

1.3.10  基氏流動(dòng)度 Giseeler fluidity 由基斯勒爾提出的以測(cè)得的最大流動(dòng)度表征煙煤塑性的指標(biāo) mm 　mm 　mm

1.3.11  葛金干餾試驗(yàn) Gray-King assay 由葛萊和金二人提出的煤低溫干餾試驗(yàn)方法，用以測(cè)定熱分解產(chǎn)物收率和焦型 mmmm 　mm 　mmmm

1.3.12  鉛甄干餾試驗(yàn) Fisher Schrader assay 由費(fèi)舍爾和史萊德二人提出的低溫干餾實(shí)驗(yàn)方法，用以測(cè)定焦油、半焦、熱解水收率 mm 　mm 　mm

1.3.13  抗碎強(qiáng)度 Resistance tobreakage 一定粒度的煤樣自由落下后抗破碎的能力 mmmm 　mm 機(jī)械強(qiáng)度

1.3.14  熱穩(wěn)定性 Thermal stability 一定粒度的煤樣受熱后保持規(guī)定粒度的性能 TS mmmm mm　

1.3.15  煤對(duì)二氧化碳的反應(yīng)性 Carboxyre activity 煤將二氧化碳還原為一氧化碳的能力 A mmm mm

1.3.16  結(jié)渣性 Clinkering property 在氣化或燃燒過程中，煤灰受熱、軟化、熔融而結(jié)渣的性質(zhì) Clin mmmmm mm

1.3.17  可磨性 Grindabili-ty 煤研磨成粉的難易程度 mm 　mm 　mm

1.3.18  哈氏可磨性指數(shù) Hardgrove grindability 用哈氏儀測(cè)定的可磨性表示硬煤被磨細(xì)的難易程度 HGI mmmm 　mm

1.3.19  磨損性 abrasiveness 煤磨碎時(shí)對(duì)金屬件的磨損能力 mmmm 　mm 　mm

1.3.20  灰渣融性 Ash fusibility 在規(guī)定條件下得到的隨加熱溫度而變化的煤灰變形、軟化和流動(dòng)特征物理狀態(tài) mmmm 　mm 灰熔點(diǎn)

1.3.21  灰粘度 Ash viscosity 灰在熔融狀態(tài)下的粘度 mmmm 　mm 　mm

1.3.22  灰的酸度 Sah acidity 灰中酸性組分（硅、鋁、鈦等的氧化物）與堿性組分（鐵、鈣、鎂、錳等的氧化物）之比 mmmm 　mm 　mm

1.3.23  灰的堿度 ash basicity 灰的堿性組分（鐵、鈣、鎂、錳等的氧化物）與堿性組分（硅、鋁、鈦等的氧化物）之比 mmmm 　mm 　mmmm

1.3.24  透光率 transmittance 褐煤、長(zhǎng)焰煤在規(guī)定條件下用硝酸與磷酸的混合液處理后所得溶液的透光率 Pm mm 　mm

1.3.25  酸性基 Acidic groups 煤中呈酸性的含氧官能團(tuán)的總稱，主要為羧基和酚涇基 mm 總酸性基 mmmm

1.3.26  腐植酸 Humic acid 煤中能溶于稀苛性堿和焦磷酸鈉溶液的一組多種縮合的酸性基的高分子化合物 HAt 總腐植酸 mm

1.3.27  游離腐植酸 Free humic acid 酸性基保持游離狀態(tài)的腐植酸，在實(shí)際測(cè)定中包括與鉀、鈉結(jié)合的腐植酸 mm 　mm 　mm

1.3.28 黑腐植酸 Pyrotomalenic acid 一組分子量較大的腐植酸，一般呈黑色，能溶于稀苛性堿溶液，不溶于稀酸的丙酮 mmmmmm 　mm mm

1.3.29 黃腐植酸 Fulvic acid 組分子量較小的腐植酸，一般呈黃色，能溶于水、稀酸和堿溶液 mmmm 　mm 　mm

1.3.30 綜腐植酸 Hymatomalenic acid 一組分子量中等的腐植酸，一般呈棕色，能溶于稀苛性堿溶液和丙酮，不溶于稀酸 mm mm mm

1.3.31 苯萃取物 Benzene extracts;benzene soluble extracts 褐煤中能溶于苯的部分，主要成分為蠟和樹脂 Eb 苯抽

煤灰熔融性  煤灰熔融性和煤灰粘度是動(dòng)力用煤的重重要指標(biāo)。煤灰熔融性習(xí)慣上稱作煤灰熔點(diǎn)，但嚴(yán)格來講，這是不確切的。因?yàn)槊夯沂嵌喾N礦物質(zhì)組成的混合物，這種混合物并沒有一個(gè)固定的溶點(diǎn)，而僅有一個(gè)熔化溫度的范圍。開始熔化的溫度遠(yuǎn)比其中任一組分純凈礦物質(zhì)熔點(diǎn)為低。這些組分在一定溫度下還會(huì)形成一種共熔體，這種共熔體在熔化狀態(tài)時(shí)，有熔解煤灰中其他高熔點(diǎn)物質(zhì)的性能，從而改變了熔體的成及其熔化溫度。煤灰的熔融性和煤灰的利用取決于煤灰的組成。煤灰成分十分復(fù)雜，主要有：SiO2,A12O3,Fe2,CaO,MgO,SO3等，如下表所示：

         我國(guó)煤灰成分的分析　　　

灰分成分

 SiO2

 Al2O3

 Fe2O3

 CaO

 MgO

 K20+Na20

含量（％）

 15-60

 15-40

 1-35

 1-20

 1-5

 1-5

　煤灰成分及其含量與層聚積環(huán)境有關(guān)。我國(guó)很多煤層的礦物質(zhì)以粘土為主，煤灰成分則為SiO2,Al2O3為主，兩者總和一般可達(dá)50─80％。在濱海沼澤中形成的煤層，如華北晚石紀(jì)煤層黃鐵礦含量高，煤灰中Fe2O3及SO3含量亦較高；在內(nèi)陸湖盆地中形成的某些第三紀(jì)褐煤的煤灰中CaO含量較高。

　大量試驗(yàn)資料表明,SiO2含量在45─60％時(shí)，灰熔點(diǎn)隨SiO2含量增加而降低；SiO2在其含量〈45％或〉60％時(shí)，與灰熔點(diǎn)的關(guān)系不夠明顯。Al2O3在煤灰中始終起增高灰熔點(diǎn)的作用。煤灰中Al2O3的含量超過期30％時(shí)，灰熔點(diǎn)1500灰成分中Fe2O3,CaO,MaO均為較易熔組分，這些組分含量越高，灰熔點(diǎn)就越低。灰熔點(diǎn)也可根據(jù)其組成用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。