第五章 煤的化學組成課件

第五章煤的化學組成

第五章煤的化學組成第五章煤的化學組成主要內容

5.1煤的工業(yè)分析5.2煤中礦物質的組成及煤灰成分5.3煤中有機質的元素組成5.4煤中有機質的族組成5.5煤質分析指標的基準及換算第五章煤的化學組成

引言煤無機組分（有害）有機組分：高分子有機化合物的混合物（主要部分）礦物質水化學成分復雜，分離鑒定不可能工業(yè)分析元素分析灰分分析溶劑萃取第五章煤的化學組成第一節(jié)煤的工業(yè)分析

1、煤的工業(yè)分析是確定煤化學組成最基本的方法。2、工業(yè)分析可以將煤的組成分為：水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳。3、工業(yè)分析的特點：工業(yè)分析是一種條件試驗，除了水分以外，灰分、揮發(fā)分和固定碳都是煤中的原始組分在一定條件下的轉化產物?；曳謥碓从诿褐械牡V物質；揮發(fā)分和固定碳來源于煤中的有機質。測定結果依測定條件變化而變化。4、測定方法：（GB/T212-2008）第五章煤的化學組成一、煤中的水分

1、煤中水分的狀態(tài)水分是煤中的重要組成部分，是煤炭質量的重要指標。（1）成煤過程中，環(huán)境中的水隨著成煤過程進入煤中；

（2）煤層形成后，地下水進入煤層的裂隙、孔隙中；

（3）開采、洗選、運輸、儲存過程中進入煤中。煤中水分的來源：第五章煤的化學組成水分游離水化合水與煤呈物理態(tài)結合，吸附在煤的外表面和內部孔隙中結晶水熱解水煤中含結晶水的礦物質具有，通常含量不大；高溫熱解條件下，煤中的氧和氫結合生成的水，它取決于熱解的條件和煤中的氧含量煤中的水分均是指煤中的物理吸附態(tài)的水。顆粒越細、內部孔隙越發(fā)達，煤中吸附的水分就越高一、煤中的水分

外在水分內在水分第五章煤的化學組成一、煤中的水分

游離水外在水分內在水分（常溫大氣中易失去的水分）（常溫大氣中不易失去的水分）全水分嚴格地說，外在水分是指煤放置在大氣中使水分不斷蒸發(fā)，當煤中水的蒸氣壓與大氣中水蒸氣分壓達到平衡時，煤中水分不再變化。這時所失去的水分占煤樣質量的百分數(shù)就是外在水分，用Mf表示。而殘留在煤內部孔隙中沒有蒸發(fā)出來的水分稱為內在水分，用Minh表示。第五章煤的化學組成按照一定的采樣標準從商品煤堆、商品煤運輸工具或用戶煤場等處所采煤樣，稱為應用煤樣，將應用煤樣送到化驗室后稱為收到煤樣，它含有的水分占收到煤樣質量的百分數(shù)稱為收到基(asreceivedbasis)水分，也稱全水分，用Mt或Mar表示。外在水分和內在水分構成了收到基水分，它們的關系可用下式表示：，%第五章煤的化學組成煤失去外在水分后所處的狀態(tài)稱為風干狀態(tài)或空氣干燥狀態(tài)，失去外在水分的煤樣稱為風干煤樣或空氣干燥煤樣。風干煤中水分占風干煤樣質量的百分數(shù)稱為內在水分。通常，煤質分析化驗采用的煤樣均是粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣（又稱分析煤樣），空氣干燥煤樣的水分也可稱為空氣干燥基(airdriedbasis)水分，用Mad表示，它的大小與Minh相同。第五章煤的化學組成煤的最高內在水分

煤的最高內在水分是指煤樣在30℃，相對濕度達到96%的條件下吸附水分達到飽和時測得的水分，用符號MHC(moistureholdingcapacity)表示。這一指標反映了年青煤的煤化程度，用于煤質研究和年青煤的分類。

煤的最高內在水分的測定

將飽浸水分的煤樣用恒濕紙?zhí)幚?，以除去大部分外在水分并使煤團分散開，然后放在溫度為30℃，相對濕度為96%(硫酸鉀結晶及其飽和溶液)的充氮調濕器內，在常壓和不斷攪動氣氛的情況下使其達到濕度平衡，然后在105～110℃的溫度下烘干，以其減量的重量百分數(shù)表示最高內在水分。一般需要24～48小時。第五章煤的化學組成充氮常壓法最高內在水分測定儀

第五章煤的化學組成充氮烘箱1—烘箱；2—金屬盒；3—干燥塔；4—氮氣瓶；5—硅膠管；6—孔徑0.25mm的銅網；7—金屬托盤；8—氮氣出口；9—樣皿；10—氮氣入口第五章煤的化學組成2、測定煤中水分的基本原理測定煤中水分含量的方法很多，如蒸餾法、電解法、烘烤失重法等，本課要求掌握干燥失重法的基本原理，其他方法可參閱有關專門書籍。干燥失重法的原理是：煤中水分是以物理態(tài)吸附在煤的表面或孔隙中，只要將煤加熱到高于100℃，即可使煤中的水分析出。在加熱過程中，煤本身不發(fā)生任何變化，煤的失重即認為是水分失去所引起的。通常是將煤加熱到105～110℃并保持恒溫，直至煤處于恒重時，煤樣的失重即為煤樣在干燥中失去的水分。第五章煤的化學組成自動水分測定儀水分測定時使用的儀器設備有分析天平、干燥箱、稱量瓶等。還有自動化的儀器設備。第五章煤的化學組成2、測定煤中水分的基本原理工業(yè)分析中測定的水分是指用粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣測得的水分，稱為空氣干燥基水分。第五章煤的化學組成3、煤中水分與煤化程度的關系MHC,%

年輕褐煤的最高內在水分多在25%以上，少數(shù)的如云南彌勒褐煤最高內在水分達31%。最高內在水分小于2%的煙煤，幾乎都是強粘結性和高發(fā)熱量的肥煤和主焦煤。無煙煤的最高內在水分比煙煤有所提高。第五章煤的化學組成煤的外在水分與煤化程度沒有規(guī)律可循。煤的內在水分呈規(guī)律性變化。從褐煤開始，隨煤化程度的提高，煤的內在水分逐漸下降，到中等煤化程度的焦煤和肥煤，內在水分最低，此后隨煤化程度的提高，內在水分又有所上升。原因：煤的孔隙內表面，分子上的極性含氧官能團第五章煤的化學組成4、煤中水分對煤加工利用的影響

煤中的水分對煤加工利用過程是有害的。（1）運輸浪費。（2）熱效率降低。（3）降低環(huán)境污染。第五章煤的化學組成二、煤的灰分煤的灰分：煤樣在規(guī)定條件下完全燃燒后所得的殘渣。該殘渣的質量占測定煤樣質量的百分數(shù)稱為灰分產率，簡稱為灰分。第五章煤的化學組成1、煤灰分的來源煤的灰分不是煤中的固有組成，而是由煤中的礦物質轉化而來的。礦物質在高溫下經分解、氧化、化合等化學反應之后才轉化為灰分。煤的灰分與礦物質有很大的區(qū)別，首先是灰分的產率比相應的礦物質含量要低，其次是在成分上有很大的變化。礦物質轉化為灰分的過程中發(fā)生的有代表性的反應是：CaCO3CaO+CO2

FeS2+O2SO2+Fe2O3

CaSO4.H2OCaSO4+H2O

……第五章煤的化學組成2、灰分產率的測定要點在灰皿中稱量1g左右的分析煤樣，然后在815℃空氣充足的條件下完全燃燒后得到的殘渣作為煤的灰分，稱量并計算其占煤樣質量的百分數(shù)，稱為煤的灰分產率，用A表示。測定灰分時所用的煤樣是粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣，因此，測定結果是空氣干燥基的灰分產率，用Aad表示。測定灰分用的儀器設備有馬弗爐、分析天平和灰皿等。測定煤灰分的方法：慢速法和快速法。第五章煤的化學組成連續(xù)快速灰分測定儀第五章煤的化學組成連續(xù)快速灰分測定儀第五章煤的化學組成灰分產率的計算：由于空氣干燥煤樣中的水分是隨空氣濕度的變化而變化的，因而造成灰分的測值也隨之發(fā)生變化。但就絕對干燥的煤樣來說，其灰分產率是不變的。所以，在實用上空氣干燥基(drybasis)的灰分產率只是個中間數(shù)據，一般還需換算為干燥基的灰分產率Ad。換算公式如下：，%實際使用中無特別指明，灰分的表示基準應是干燥基礎。第五章煤的化學組成3、煤中礦物質和灰分對煤利用的影響

A、煤中礦物質或灰分的不利影響

(1)增加運輸負荷；(2)增加煤炭消耗；(3)影響煉焦生產操作條件和產品質量；

(4)腐蝕設備和裝置；(5)造成環(huán)境污染。第五章煤的化學組成

B、煤中礦物質或煤灰的利用途徑

(1)作為煤轉化過程的催化劑。(2)生產建筑材料。(3)制成環(huán)保制劑與材料。(4)回收稀有金屬和共他有用成分。(5)用做化肥和土壤改良劑。第五章煤的化學組成三、揮發(fā)分和固定碳

在高溫條件下，將煤隔絕空氣加熱一定時間，煤的有機質發(fā)生熱解反應，形成部分小分子的化合物，在測定條件下呈氣態(tài)析出，其余有機質則以固體形式殘留下來。呈氣態(tài)析出的小分子化合物稱為揮發(fā)分，以固體形式殘留下來的有機質稱為固定碳。實際上，固定碳不能單獨存在，它與煤中的灰分一起形成焦渣，從焦渣中扣除灰分就是固定碳了。揮發(fā)分用V表示，固定碳用FC表示。第五章煤的化學組成第五章煤的化學組成1、揮發(fā)分的測定要點稱取1g空氣干燥煤樣放入揮發(fā)分坩堝，在900℃的馬弗爐內隔絕空氣加熱7min取出，在干燥器中冷卻后稱量焦渣的質量，認為失重由揮發(fā)分和水分蒸發(fā)所致，因此，按下式計算揮發(fā)分：，％

空氣干燥基的固定碳FCad按下式計算：

FCad＝100－Mad－Aad－Vad，％第五章煤的化學組成揮發(fā)分的測定儀器第五章煤的化學組成2、Vad的校正在煤隔絕空氣加熱的情況下，煤中的礦物質也發(fā)生分解反應，產生一些氣態(tài)產物逸出，主要是碳酸鹽分解產生CO2，影響到揮發(fā)分測定的準確性，需校正。當碳酸鹽CO2含量≧2％時，

Vad校正＝Vad–(CO2)ad式中(CO2)ad–空氣干燥基碳酸鹽CO2的含量，％

第五章煤的化學組成3、揮發(fā)分的基準換算揮發(fā)分是由煤的有機質熱解而產生的，揮發(fā)分的高低反映了煤的有機質的特性。但揮發(fā)分的測定結果用空氣干燥基表示時，既不能正確反映這種特性，由于水分和灰分的影響，也不能準確表達揮發(fā)分的大小。因此，排除水分和灰分，采用無水無灰的基準（dryashfreebasis）表示，無水無灰基也稱干燥無灰基。在實際使用中除非特別指明，揮發(fā)分的基準均是干燥無灰基。干燥無灰基揮發(fā)分用Vdaf表示，由空氣干燥基揮發(fā)分換算而得：第五章煤的化學組成，％這時，干燥無灰基的固定碳FCdaf＝100－Vdaf。

第五章煤的化學組成4、焦渣特征焦渣的定義：煤樣在測定完揮發(fā)分后的固體殘留物。它是由固定碳和灰分構成的。焦渣特征：指焦渣的形態(tài)（粉狀、塊狀）、光澤、強度、形狀等特點，并根據這些特點，把焦渣特征劃分為8種，用以粗略判斷煤的粘結性強弱，號數(shù)越大，表明粘結性越強。焦渣特征號如下：第五章煤的化學組成1號粉狀：全部是粉末，沒有相互粘著的顆粒

2號粘著：顆粒粘著，但用手輕壓即碎成粉狀

3號弱粘結：已經成塊，但手指輕壓即碎成小塊

4號不熔融粘結：用手指用力壓才裂成小塊

5號不膨脹熔融粘結：角質呈扁平的餅狀，煤粒界面不易分清，表面有銀白色金屬光澤

6號微膨脹熔融粘結：焦渣用手指壓不碎，表面有銀白色金屬光澤和較小的膨脹泡

7號膨脹熔融粘結：焦渣表面有銀白色金屬光澤，明顯膨脹，但高度不超過15mm

8號強膨脹熔融粘結：同上，但高度超過15mm。4、焦渣特性第五章煤的化學組成5、影響揮發(fā)分的因素（1）測定條件：加熱溫度、時間和速度。（2）煤化程度的影響：揮發(fā)分隨煤化程度的提高而下降。褐煤最高（通常大于40％），無煙煤最低（通常小于10％）。煤的揮發(fā)分主要來自于煤分子上的脂肪側鏈、含氧官能團斷裂后形成的小分子化合物和煤有機質高分子縮聚時生成的氫氣。第五章煤的化學組成大類別小類別分類指標名稱名稱Vdaf（%）Y（mm）無煙煤0～10貧煤>10～200（粉狀）瘦煤1號瘦煤2號瘦煤>14～20>14～200（成塊）～8>8～12焦煤瘦焦煤主焦煤焦瘦煤1號肥焦煤2號肥焦煤>14～18>18～26>20～26>26～30>26～30>12～25>12～25>8～12>9～14>14～25肥煤1號肥煤2號肥煤1號焦肥煤2號焦肥煤氣肥煤>26～37>26～37≤26≤26>37>25～30>30>25～30>30>25氣煤1號肥氣煤2號肥氣煤1號氣煤2號氣煤3號氣煤>30～37>30～37>37>37>37>9～14>14～25>5～9>9～14>14～25弱粘煤1號弱粘煤2號弱粘煤>20～26>26～370（成塊）～80（成塊）～9不粘煤>20～370（粉狀）長焰煤>370～5褐煤>40－第五章煤的化學組成（3）成因類型和煤巖組分的影響煤的揮發(fā)分主要決定于其煤化程度，但成因類型和煤巖組分也有影響。腐植煤的揮發(fā)分低于腐泥煤。這是因為成煤原始植物和結構的差異引起的。腐植煤以稠環(huán)芳香族物質為主，受熱不易分解，而腐泥煤則以脂肪族為主，受熱易裂解為小分子化合物成為揮發(fā)分。煤巖組分中殼質組的揮發(fā)分最高，鏡質組次之，惰質組最低。腐植煤鏡質組的揮發(fā)分隨煤化程度的提高而較為均勻的下降，所以一般用揮發(fā)分作為表示煤化程度的指標。第五章煤的化學組成第一節(jié)煤的工業(yè)分析一、煤中的水分（M）煤加熱揮發(fā)部分不揮發(fā)部分水分（M）煤中無機質熱解生成的氣體煤中有機質熱解生成的氣體（V）煤中無機質熱解形成的殘渣（A）煤中有機質產生熱量的部分（FC）＜2%，不計＞2%，減去∴煤的化學組成≈M+A+V+FC（一）煤中水分的來源

煤中的水分來源于成煤過程中、煤形成后及在開采、洗選和運輸過程中等。煤的工業(yè)分析：是指測定煤中M、A、V、FC的過程。重點、難點內容注意第五章煤的化學組成（二）煤中水分的種類煤中的水分按水分在煤中的存在狀態(tài)分按測定煤中水分時的操作條件分游離水：是吸附在煤表面和存在于煤內部毛細管中的水分。化合水：是指煤中礦物質的結晶水。在煤的工業(yè)分析中不考慮這種水分。自由水分：是附著在煤表面和內部大毛細管（半徑大于10-5cm）中的水分濕存水分：是存在于煤內部小毛細管（半徑小于10-5cm）中的水分。外在水分（Mf）:是指在40～50℃的測定條件下，煤樣與周圍空氣達到濕度平衡時失去的水分。內在水分（Minh）:是指在100℃～110℃測定條件下，煤樣達到干燥狀態(tài)時所失去的水分。

煤的最高內在水分（MHC）：是指煤在溫度30℃、相對濕度為96％～97％的條件下達到吸濕平衡的內在水分。以最高內在水分狀態(tài)的煤樣為基準即為恒濕基，其分析結果數(shù)據多在煤理論研究和煤分類上應用。第五章煤的化學組成

煤的全水分是煤的外在水分和內在水分之和。即：Mt,ar=Mf,ar+Minh,ar

煤的工業(yè)分析中，煤的外在水分（Mf,ar）是以收到基為基準、煤的內在水分（Minh,ad）又是以空氣干燥基為基準測定的。由于它們之間的基準不同，因此煤的全水分不能直接用它們相加得到，而必須用全水分計算公式（式4-6）經過換算得到。收到基全水分（Mt,ar）表示的是煤中的實際含水量。（三）煤中的全水分（Mt，ar）（四）煤水分指標的使用意義1.收到基全水分（Mt,ar）：它是衡量煤炭經濟價值最基本的質量指標之一，也是商品煤計價的重要依據，在工業(yè)上全水分可用來計算熱平衡、物料平衡和煤的發(fā)熱量等。

2.空氣干燥基水分（Mad）：主要用于煤質分析中各項指標的計算和基準換算。*煤水分指標符號的簡寫：Mt,ar簡寫MtMarMf，ar簡寫MfMinhMinhMad簡寫簡寫Minh，arMinh，ad第五章煤的化學組成

煤中的礦物質是煤中除了水分以外的無機物。煤的灰分不是煤中固有的成分，而是煤中的礦物質在煤燃燒時經過失水、分解、氧化、化合等變化而產生的固態(tài)混合物，因此，嚴格地講不能叫“煤中的灰分”，而應叫“煤的灰分產率”。二、煤中的礦物質（MM）和煤的灰分產率（A）（一）煤中的礦物質（MM）煤中礦物質的劃分及來源原生礦物質次生礦物質外來礦物質來源于來源于來源于成煤植物本身所含的礦物質，一般為1％～2％。不能用機械方法除去。在成煤過程中，從外界進入成煤沼澤中以后保留于煤中的的礦物質，含量不高。較難與煤分離。在采煤過程中，煤層的頂板、底板、夾矸等混入煤中的礦物質?？捎靡话愕倪x煤方法除去。內在礦物質內在灰分外在礦物質外在灰分形成形成

煤中礦物質的含量變化很大，一般為2%～40%；其化學組成又極為復雜，主要有氧化物、硫化物、硅酸鹽、碳酸鹽和硫酸鹽類等。第五章煤的化學組成煤中的有機質=100-水分-礦物質煤中有機質的真正含量不易測定，主要是由于煤中礦物質很難測定。常用煤中的灰分產率（Aad%）近似地表示煤中礦物質的含量，即：煤中的有機質≈100-Mad-Aad=可燃質。三、煤中的有機質和煤的揮發(fā)分產率（V）（一）煤中的有機質（二）煤的揮發(fā)分產率（V）

1.煤的揮發(fā)分

煤的揮發(fā)分是煤樣在一定條件下隔絕空氣加熱，煤中的有機物在特定條件下熱分解“揮發(fā)”出來的產物。

2.煤的揮發(fā)分產率（V）

煤的揮發(fā)分產率是將l±0.01g空氣干燥基煤樣，置于帶蓋的瓷坩堝中，在隔絕空氣和900±10℃的溫度下加熱7min，以煤樣失去的質量占煤樣質量的百分數(shù)減去空氣干燥基水分的百分含量即為該煤樣的揮發(fā)分產率（Vad％）。

第五章煤的化學組成3.煤揮發(fā)分產率（Vad%）的換算

由于空氣干燥基揮發(fā)分（Vad％）是用含有水分和礦物質的空氣干燥基煤樣測得的，因此煤樣Mad％和Aad％的不同，必然要導致Vad％的不同。為了消除水分和灰分對揮發(fā)分的影響，準確地反映不同煤的揮發(fā)分產率的大小，必須將空氣干燥基揮發(fā)分（Vad％）換算成干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf％）。其換算公式為：

(4-10)第五章煤的化學組成4.根據煤的干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf%）對煤的分級煤的干燥無灰基揮發(fā)分產率分級（MT/T849-2000）

序號級別名稱代號分級范圍（Vdaf%）試驗方法1特低揮發(fā)分煤SLV≤10.00GB/T2122低揮發(fā)分煤LV＞10.00～20.003中等揮發(fā)分煤MV＞20.00～28.004中高揮發(fā)分煤MHV＞28.00～37.005高揮發(fā)分煤HV＞37.00～50.006特高揮發(fā)分煤SHV＞50.005.煤干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf%）的使用意義（1）我國煤炭分類的重要指標之一；（2）工業(yè)上在選擇氣化、液化、動力和煉焦用煤時，都要首先考慮揮發(fā)分是否符合要求。6.影響煤干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf%）的因素煤的揮發(fā)分產率受多種因素影響，主要有：煤的成因類型、煤化程度、煤巖成分、礦物質含量、測試條件等。（①）第五章煤的化學組成

煤的固定碳是指從煤中除去水分、灰分和揮發(fā)分后的殘留物。從煤的工業(yè)分析角度出發(fā)，空氣干燥基煤樣的質量近似等于它的水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳的質量之和，即煤的固定碳可按下式計算：

四、煤的固定碳（FC）在用固定碳表示煤的有機質特征時，其固定碳應按下式計算：

煤的固定碳與煤有機質中的碳含量是兩個不同的概念。固定碳實際上是煤的有機質在隔絕空氣條件下熱解后的殘留物，從元素組成看，固定碳除主要含碳外，還有少量的氫、氧、氮、硫等元素；而煤中的碳元素幾乎都是以有機物形式存在的，只有微量的碳以碳酸鹽形式存在于煤的無機礦物質中。因此，就數(shù)量上講，煤的固定碳含量小于煤中有機質的碳含量。干燥無灰基固定碳（FCdaf

％）（1）用來衡量煤的煤化程度，其含量隨煤化程度的增高而增大。一般褐煤的≤60％，煙煤的為60％～90％，而無煙煤的＞90％；（2）工業(yè)用煤的一項質量指標；（3）計算煤的發(fā)熱量的主要參數(shù)。第五章煤的化學組成電子分析天平第五章煤的化學組成干燥箱第五章煤的化學組成稱量瓶第五章煤的化學組成馬弗爐第五章煤的化學組成灰皿第五章煤的化學組成揮發(fā)分甘堝第五章煤的化學組成5.2煤中礦物質的組成及煤灰成分一、煤中礦物質種類煤中礦物質(mineralmatter,MM)是煤中除水分外所有無機物的總稱，既包括在煤中獨立存在的礦物質，也包括與煤的有機質結合的無機元素，它們以羰基鹽的形式存在。此外煤中還有許多微量元素。煤中的礦物質種類十分復雜，性質差異很大。一般只測定礦物質的總含量，而不測定各組分的含量。國際上測定方法一般有酸抽提法和低溫灰化法。第五章煤的化學組成礦

物質黏土礦物石英碳酸鹽礦物硫化物和硫酸鹽礦物1、按礦物質組成分類煤中最主要的礦物質，常見的有高嶺石、伊利石、蒙脫石等。煤中常見的礦物之一，煤中含量最多的礦物。煤中較常見的礦物，主要有方解石、白云石、菱鐵礦等。硫化物主要以黃鐵礦為主，還有少量的其他硫化物和硫酸鹽礦物。第五章煤的化學組成礦

物質原生礦物同生礦物后生礦物外來礦物2、按礦物質的成因分類在采煤過程中混入煤層的頂、底板巖石和夾矸層中的矸石。外來礦物的密度越大，塊度越大，越易與煤分離，用一般選煤方法即可除去。煤層形成固結后，由于地下水的活動，溶解于地下水中的礦物質，因物理化學條件的變化而沉淀于煤的裂隙、層面、風化溶洞中或胞腔內。主要指成煤過程中，由風和流水帶到泥炭沼澤中和植物殘體一起堆積下來的碎屑物質。同生礦物是煤中灰分的主要來源。指存在于成煤植物中的礦物。主要是堿金屬和堿土金屬的鹽類。原生礦物質和有機質緊密地結合在一起，在煤中細分散分布，用機械方法很難選出。原生礦物質燃燒后的灰分，一般為內在灰分。第五章煤的化學組成二、煤灰成分煤灰是煤中礦物質在煤燃燒后形成的殘渣，化學組成十分復雜。煤灰中的元素有幾十種，地球上所有天然存在的元素幾乎在煤灰中均可發(fā)現(xiàn)，但常見的只有硅、鋁、鐵、鈣、鎂、鈦、鉀、鈉、硫、磷等，在一般的灰成分測定中也只分析這幾種。煤灰化學組成十分復雜，很難測定其中的化合物，一般用主要元素的氧化物形式表示，如SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2、K2O、Na2O、SO3、P2O5。其中，最主要的是SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3幾種?；曳种懈鞒煞值暮咳Q于原始的礦物組成。我國煤中的礦物組分大多以黏土類礦物為主，因此煤灰中SiO2含量最大，其次是Al2O3。第五章煤的化學組成煤灰熔融性的定義和測定煤灰熔融性是指煤灰在高溫條件下軟化、熔融、流動時的溫度特性。通常，煤灰熔融性采用角錐法進行測定，即將煤灰制成三棱錐形狀的灰錐，放入高溫爐，在一定氣氛下加熱，觀察在加熱過程中灰錐的變形情況，依此確定煤灰熔融性。如下圖所示。第五章煤的化學組成測定煤灰熔融性的儀器第五章煤的化學組成煤灰熔融性的表示：變形溫度(Deformationtemperature,DT)－煤灰錐體尖端開始彎曲或變圓時的溫度。

軟化溫度(Softeningtemperature,ST)－煤灰錐體彎曲至錐尖觸及底板變成球形。半球溫度(Halfballtemperature,HT)－煤灰錐體熔融變成半球狀時的溫度

流動溫度(Flowtemperature,FT)－煤灰錐體完全熔化展開成高度小于1.5mm薄層時的溫度。第五章煤的化學組成三、煤中的微量元素在煤的礦物質和有機質中，除了上述較高的元素之外，還含有為數(shù)眾多的含量較少的元素，即微量元素。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的與煤伴生的微量元素有幾十種，分為常見的和不常見的。常見的微量元素有：鍺、鎵、鈾、釩、鈹、錸、釷、鈦等。第五章煤的化學組成四、煤中的有害元素煤中的有害元素主要有硫、磷、氯、砷、氟、汞、鈹、鎘、鉛等。這里說的有害是指在煤的利用過程中，對工藝、設備、產品、人體、環(huán)境等會產生危害。如果這些元素達到工業(yè)提取品位，能提取出來，將是有用的原料。第五章煤的化學組成5.3煤中有機質的元素組成

煤的元素分析是對組成煤有機質的主要元素的化驗分析，煤的元素組成也就是指煤有機質的元素組成。大量的研究表明，煤的有機質主要是由碳、氫、氧、氮和硫等五種元素組成的。第五章煤的化學組成一、構成煤有機質的主要元素

1、煤中的碳元素碳是構成煤大分子骨架最重要的元素，主要存在于縮合芳香核上，也是煤燃燒過程中放出熱能最主要的元素之一。第五章煤的化學組成（1）煤化程度：煤化程度提高，煤中的碳元素逐漸增加，從褐煤的60％左右一直增加到年老無煙煤的98％。（2）煤巖組成：在煤化程度相同的煤中，

惰質組＞鏡質組＞殼質組（3）成因類型：腐植煤＞腐泥煤第五章煤的化學組成2、煤中的氫元素氫元素是煤中第二重要的元素，主要存在于煤分子的側鏈和官能團上，在有機質中的含量約為2.0%～6.5％左右。氫元素的發(fā)熱量約為碳元素的4倍，氫元素的變化對煤的發(fā)熱量的影響很大。第五章煤的化學組成（1）煤化程度：隨煤化程度的提高而呈下降趨勢。從低煤化度到中等煤化程度階段，氫元素的含量變化不十分明顯，但在高變質的無煙煤階段，氫元素的降低較為明顯而且均勻，從年輕無煙煤的4％下降到年老無煙煤的2%左右，因此無煙煤分類采用氫元素作為指標。（2）煤巖組成：在煤化程度相同的煤中，煤巖組成中的氫含量殼質組＞鏡質組＞惰質組（3）成因類型：腐泥煤＞腐植煤的氫含量第五章煤的化學組成3、煤中的氧元素氧也是組成煤有機質的重要元素，主要存在于煤分子的含氧官能團上，如–OCH3、－COOH、－OH、=C=O等基團上均含有氧原子。氧元素在煤燃燒時不產生熱量，在煤液化時要消耗氫氣，對于煤的利用不利。第五章煤的化學組成（1）煤化程度：隨煤化程度的提高，煤中的氧元素迅速下降，從褐煤的23％左右下降到中等變質程度肥煤的6%左右，此后氧含量下降速度趨緩，到無煙煤時大約只有2%左右。（2）風化：風化后煤的氧含量急劇增大。（3）煤巖組成：在煤化程度相同的煤中，煤巖組成中的氧含量：鏡質組＞惰質組＞殼質組（4）成因類型：腐植煤＞腐泥煤第五章煤的化學組成

4、煤中的氮元素

氮也是組成煤有機質的元素之一，來自于成煤植物的蛋白質，主要存在于煤分子的雜環(huán)和氨基上。煤中的氮元素含量較少，一般為0.5％～1.8％。煤中的氮在煤燃燒時也不放熱，通常以N2的形式進入廢氣。當煤在煉焦時，煤中的氮部分形成NH3，HCN及其它有機含氮化合物，其余的則留在焦炭中。煤中的氮對煤的加工利用影響不大。第五章煤的化學組成

硫是煤中的主要有害元素之一。在各種類型煤中都含有數(shù)量不等的硫分，少的在1％左右，高者可達10％以上。五、煤中的硫元素（St,d%）（一）煤中硫的分類煤中的硫（St）無機硫（Si）：是指存在于煤的礦物質中的硫硫化物硫（Sp

）：是煤中硫化物硫的總稱，以硫化鐵硫為主。硫酸鹽硫（Ss

）：是煤中硫酸鹽硫的總稱，主要是石膏、綠礬。有機硫（So）：是指與煤有機質相結合的硫。含量一般小于0.5%，目前還不能用機械方法除去。按存在狀態(tài)St=Sp+Ss+So第五章煤的化學組成（1）煤中的有機硫一般煤中有機硫含量較低，組成復雜。低煤化程度煤以低相對分子質量的脂肪族有機硫為主，高煤化程度的煤以高相對分子質量的環(huán)狀有機硫為主，如噻吩等。（2）煤中的無機硫煤中的無機硫主要以硫鐵礦、硫酸鹽等形式存在，以硫鐵礦硫居多。一般煤中的硫酸鹽硫是黃鐵礦氧化所致，因而未經氧化的煤中硫酸鹽硫很少。煤中的有機硫和硫鐵礦硫稱為可燃硫，燃燒后形成SO2等有害氣體。第五章煤的化學組成煤中硫的來源原生硫（成煤植物本身含有）次生硫（成煤環(huán)境和過程）低硫煤中的煤來自淡水硫酸鹽和成煤植物，高硫煤中的硫來自于海水硫酸鹽，在次生硫的生成過程中，硫酸鹽還原菌起到了非常重要的作用。第五章煤的化學組成（1）煤中有機硫的來源現(xiàn)代研究表明，除了成煤植物提供煤中的硫，古泥炭沼澤的水介質也是一個重要來源。煤中硫的富集，即使成煤原始植物沒有供給沼澤中大量的硫，但堆積后的泥炭在被海水淹沒浸泡以及掩埋條件下，最終在煤中吸附了大量海水中的硫，使煤中硫含量較高。（2）煤中黃鐵礦的來源黃鐵礦的形成主要受控于可被還原菌利用的有機質含量、活性鐵的含量和硫酸根離子的豐度，這些因素也同樣決定著有機硫的形成。第五章煤的化學組成二、煤中各元素含量隨煤化程度的變化規(guī)律

表4－1煤中元素隨煤化程度的變化規(guī)律煤種Cdaf，%Hdaf，％Odaf，％Ndaf，％泥炭55～625.3～6.527～341～3.5年輕褐煤60～705.5～6.620～231.5～2.5年老褐煤70～76.54.5～6.015～201～2.5長焰煤77～814.5～6.010～150.7～2.2氣煤79～855.4～6.88～121～1.2肥煤82～894.8～6.04～91～2焦煤86.5～914.5～5.53.5～6.51～2瘦煤88～92.54.3～5.03～50.9～2貧煤88～92.74.0～4.72～50.7～1.8無煙煤189～933.3～4.02～40.8～1.5無煙煤293～952.0～3.22～30.6～1.0無煙煤395～980.8～2.01～20.3～1.0腐泥煤75～806.5～7.0––第五章煤的化學組成三、煤中有機質元素的測定對于空氣干燥煤樣，下式成立：

Mad+Aad+SO,ad+Cad+Had+Oad+Nad=100%在一般的應用中，用全硫含量來代替有機硫，因此，變?yōu)橄率剑?/p>

Mad+Aad+St,ad+Cad+Had+Oad+Nad=100%對煤的有機質元素組成的測定，通常是測定C、H、N、S，O是通過上述公式由差減法獲得。第五章煤的化學組成1、碳、氫元素的測定燃燒法測定煤中碳、氫元素基本原理：將盛有定量分析煤樣的瓷舟放入燃燒管內，通入氧氣，在800℃的溫度下使煤樣充分燃燒。煤中的碳和氫分別生成二氧化碳和水，分別用吸水劑和二氧化碳吸收劑吸收，根據吸收劑的增重計算出碳和氫的百分含量。三節(jié)爐法是以氧化銅作催化刑，用鉻酸鉛和銀絲卷除去硫、氯的干擾，用二氧化錳除去氮的干擾。第五章煤的化學組成煤中碳、氫元素的測定三節(jié)爐法第五章煤的化學組成

電量-重量法是我國獨有的碳氫測定方法，它以電量法（即庫侖法）測氫，重量法測碳。具有測定速度快，準確度、精密度高，取樣量少等特點。煤中的碳、氫元素的測定電量-重量法第五章煤的化學組成煤中的碳氫元素的測定電量法

煤樣經高溫燃燒，氫生成水，碳生成的二氧化碳與氫氧化鋰反應后也生成水，分別送入相應的電解池電解，測量電解所消耗的電量，依照法拉第電解定律計算出樣品中氫和碳的含量。第五章煤的化學組成2、氮元素的測定煤中氮元素的測定方法世界各國基本上采用開氏法，基本原理和步驟：取一定量的空氣干燥煤樣在催化劑作用下，將煤在沸騰的濃硫酸中進行硝化反應，氮的極大部分被轉化成氨并與硫酸反應生成硫酸氫銨，加入過量的氫氧化鈉中和硫酸，并使銨鹽轉化為氫氧化銨，然后用水蒸氣加熱，將氫氧化銨分解為氨，并被氣體蒸餾出來，在另一個有吸收劑（硼酸溶液或稀硫酸溶液）的三角瓶中被吸收，最后通過酸堿滴定，計算出氨的含量。第五章煤的化學組成第五章煤的化學組成3、氧元素的測定迄今為止，煤中氧元素的測定方法較可靠的是舒茲法?；驹硎牵河袡C物在純氮氣流中于1120℃高溫下裂解，純碳與析出產物中有機結合態(tài)的氧和部分可能存在于水中的氧反應生成CO，CO與五氧化二碘反應，析出當量的碘，此時CO轉化為CO2，根據析出的碘量或CO2量即可計算出試樣中原有的氧含量。實際上氧元素含量一般采用“差減法”獲得，即：第五章煤的化學組成4、硫元素的測定

煤中硫的測定，分為全硫測定和各種形態(tài)硫測定兩類，我國相應地制定了兩個國家標準。以下簡要介紹煤中全琉的測定。國家標準GB/T214—1996規(guī)定了全硫的三種測定方法，即艾氏法、庫侖滴定法和高溫燃燒中和法。第五章煤的化學組成（1）艾氏卡法測定煤中的全硫含量艾氏法又稱重量法，在測定過程中將空氣干燥煤樣與艾氏混合劑(由兩份輕質氧化鎂和一份無水碳酸鈉配制而成)混勻，緩慢燃燒加熱到850℃，使煤中的硫都轉化為可溶于水的硫酸鈉和硫酸鎂，再加入熱水使之全部浸取出來，在一定酸度(pH值約1.3)下，加入氯化鋇溶液，使可溶性硫酸鹽全部轉變?yōu)榱蛩徜^沉淀，過濾灼燒后稱出硫酸鋇的質量。即可算出煤中的全琉含量。第五章煤的化學組成（2）高溫燃燒中和法-----快速測定煤中全硫含量其測定包括煤的燃燒、氧化硫的吸收和中和滴定等步驟。首先將煤樣加入催化劑三氧化鎢或二氧化硅，置于氧氣流中在1200℃的高溫下燃燒。使煤中的可燃硫氧化，不可燃硫分解，生成三氧化硫和二氧化硫。然后用過氧化氫吸收硫的氧化物使之生成硫酸，再用標準氫氧化鈉滴定，根據氫氧化鈉的消耗量，計算出煤中硫的含量。測定結果計算：

當氯含量大于0.02%時第五章煤的化學組成(3)庫侖滴定法測定煤中全硫含量這是一種儀器分析法?？諝飧稍锩簶釉诓坏陀?150℃高溫和催化劑三氧化鎢作用下，于凈化的空氣中燃燒分解。煤中各種形態(tài)硫都被氧化為二氧化硫和少量的三氧化硫，進入電解池中與水化合，生成亞硫酸和少量硫酸。電解池的電位平衡被破壞，電解液中的碘立刻與亞硫酸反應，將其氧化成硫酸。燃燒氣體中二氧化硫的量越多，反應中消耗的碘就越多，電解消耗的電量就越大。根據所消耗的電量，由法拉第電解定律，可計算出煤中全硫質量。第五章煤的化學組成煤中硫的測定——庫侖滴定法煤中的硫元素

庫侖滴定法自動測定煤的全硫含量第五章煤的化學組成（4）鹽酸萃取法測定煤中的硫酸鹽硫由于硫酸鹽能溶于稀鹽酸，而硫鐵礦硫和有機硫不溶且不與稀鹽酸反應，因此可在稀鹽酸作用下，直接測定煤中硫酸鹽硫的含量。（5）硝酸氧化法測定煤中的硫鐵礦硫將定量的分析煤樣用稀硝酸氧化、浸取，煤中的硫鐵礦硫被氧化成硫酸鹽，同時煤中的原有的硫酸鹽也進入溶液。用測定硫酸鹽硫的方法測定此時溶液中的硫含量，扣除煤中原有硫酸鹽硫的含量，即為煤中硫鐵礦硫的含量。（6）差值法計算煤中有機硫的含量：

So,ad=St,ad-(Sp,ad+Ss,ad)第五章煤的化學組成5.4煤中有機質的族組成（1）煤的族組成的概念及研究方法（2）煤溶劑萃取方法（3）煤溶劑萃取的影響因素第五章煤的化學組成一、煤有機質族組成的概念煤的族組成是指在一定條件下，對煤的分子結構沒有破壞的情況下，進行分子分離后得到的組成。方法：溶劑萃取。即通過對煤有一定溶解能力的溶劑進行抽提分離的過程。通過不同溶解能力的溶劑分級處理，可以得到組成不同的組分。雖然同一溶劑萃取得到的組分結構類似，性質接近，但也不是純凈組分，仍然是一族的混合物，因此，這種組分稱為煤的族組成。第五章煤的化學組成

煤溶劑萃取的概念

煤的溶劑萃取又稱為煤的溶劑抽提，它是指使用溶劑在一定溫度下溶解、提取煤中可溶物的操作過程。

第五章煤的化學組成二、煤溶劑萃取的抽提溶劑和抽提方法1、抽提溶劑

(1)中性溶劑：脂肪烴類—石油醚；芳香烴類—四氫萘、苯、甲苯、二甲苯等；含氧化合物—乙醇、乙醚、丙酮等；含氯化合物—氯仿(CHCl3)、四氯化碳；(2)堿性溶劑：含氮化合物—吡啶、喹啉等；(3)酸性溶劑：各種酚類；(4)混合溶劑：二硫化碳-N-甲基-2-吡咯烷酮或上述各種溶劑的混合。第五章煤的化學組成2、煤溶劑萃取的抽提方法（1）常規(guī)抽提：100℃以下，一般溶劑，抽出物占百分之幾，不是代表性的結構成分。（2）特殊抽提：200℃以下，親核性溶劑，抽出物占20-40%，與煤有機質的基本結構單元類似，屬物理過程。（3）抽提熱解：200℃以上，抽出物占90%以上，是煤受到某種程度的熱分解后抽提出來的物質，主要是工業(yè)性的目的。（4）化學抽提氫解：300℃以上，供氫溶劑，煤在加氫分解的同時進行抽提。（5）超臨界抽提：400℃左右，在超過溶劑臨界點的條件下抽提，抽提率30%以上，煤液化工藝。第五章煤的化學組成3、煤溶劑萃取的影響因素有3方面：煤本身的化學結構及分子間的作用力，抽提溶劑體系的性質；抽提過程中的傳質速率。（1）溶劑的影響對煤有較強溶解能力的抽提溶劑體系能有效的削弱煤分子間的作用力，并對可抽提物有較強的溶解能力。（2）抽提過程中的傳質速率主要取決于滲透與擴散效應。溶劑只有滲透到煤的微孔結構中，才能與可溶物發(fā)生作用；溶解于溶劑中的可溶物只有快速向外擴散，溶解才能繼續(xù)進行。第五章煤的化學組成（3）煤化程度的影響碳含量小于86%的煤，萃取率隨C的質量分數(shù)升高而增加；碳含量大于86%的煤，萃取率反而隨C的質量分數(shù)增加而急劇下降;一般以C質量分數(shù)在86%左右的煤萃取率最高。提高煤的孔隙率、溶煤比、溶解溫度和溶劑在微孔中的湍流度，降低煤粒度、溶劑的表面張力、黏度和溶解壓力有助于提高煤的溶劑抽提速率。

第五章煤的化學組成（4）輔助手段理對煤溶解性的影響超聲波振蕩：利用超聲波在煤微孔內的溶液中發(fā)生的空化作用，提高溶劑在微孔中的湍流度，從而加大了抽提過程中的傳質速率，縮短了抽提時間，提高了裝置的處理能力。微波輻射：經常用來代替加熱，因為它能使溶劑快速升溫，并且與極性分子的選擇性作用而使萃取效率提高。降低溶劑黏度：降低溶劑的黏度有助于提高抽提溶劑的滲透與擴散能力，從而提高溶劑的抽提率，加大抽提過程中的傳質速率。第五章煤的化學組成5.5煤質分析指標的基準及換算一、基準的概念計算某指標時，有一個計算的基準（basis），也就是“說到某指標的百分數(shù)時，是指它占某個具體的對象的百分數(shù)，這個對象就是基準”。在煤質分析中常用的基準有收到基、空氣干燥基、干燥基、干燥無灰基等。二、基準的劃分方法及物質含義首先要了解與煤