煤的工藝性（一）煤的粘結性和煤的燃點及煤灰熔點

[煤的工藝性質]煤的工藝性質包括：

　　　　（1）煤的粘結性和結焦性指數；

　　　　（2）煤的發熱量和煤的燃點；

　　　　（3）煤的反應活性；

　　　　（4）煤灰熔融性（煤的灰熔點）和結渣性等

1、煤的粘結性和結焦性

　　煤的粘結性和結焦性，是兩個有聯系、有區別，又難以嚴格區別開來的概念。煤的粘結性是煤粒（d<0.2mm）在隔絕空氣受熱后能否粘結其本身或惰性物質（即無粘結力的物質）成焦塊的性質；煤的結焦性是煤粒隔絕空氣受熱后能否生成優質焦炭的性質。兩者都是煉焦煤的重要特性之一。

煤在干餾結焦過程中，一般要經過軟化、熔合、膨脹、固化和收縮幾個階段，最后生成品質不同的焦炭。當溫度等于或高于煤的軟化點（一般為315～350c）時，煤都軟化成膠質體。當溫度等于或高于煤的固化點（一般為420c～450c）時，煤都結成半焦。從軟化到固化的時間愈長，煤就熔化得愈好，焦炭結構愈均勻。

　　為了了解煤的結焦性，人們設計了許多實驗室方法，直接測試模擬工業焦化條件下所得焦炭品質（2200Kg小焦爐試驗）；或測試上述膠質體的某一性質也有的直接觀察實驗室所得焦塊的性質，表征煤的結焦性。本節只闡述與我國煤的現行分類有關的幾個測試指標。

　　（1）煤的膠質層指數

　　煤的膠質層指數，又稱煤的膠質層最大厚度，或Y值。它是原蘇聯、波蘭等國家煤的分類指標之一，也是我國煤的現行分類中區分強粘結性的肥煤、氣肥煤的一個分類指標。

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

1  2 

3  4 

　　膠質層指數測試的允許誤差。同一煤樣平行測試結果的允許誤差為：

　　Y值≤20mm 誤差1mm；

　　Y值〉20mm 誤差2mm；

　　X值 誤差3mm。

膠質層指數報出結果。應選取在允許誤差范圍內的各結果的平均值。

膠質層指數表征煤的結焦性的最大優點是Y值有可加性。這種可加性可以從單煤Y值計算到配煤Y值，可以估算配煤煉焦Y值的較佳方案。在地質勘探中可以通過加權平均計算出幾個煤層的綜合Y值。它的缺點一是規范性強，煤樣粒度、升溫速度、壓力、煤杯材料、爐轉耐火材料等都能影響測試結果。所以必須使儀器、制樣和操作等都符合嚴格規定；二是用樣量大，一次平行測試需要煤樣200克，在地質勘探中常常由于煤芯煤樣數量不足而無法測試；三是膠質層指數能反映膠質層的最大厚度，但不能反映出膠質層的質量。

　　（2）煤的羅加指數

羅加指數（R.1），是波蘭煤化學家羅加教授1949年提出的測試煙煤粘結力的指標。

現已為國際硬煤分類方案所采用。我國1985年頒發了煙煤羅加指數測試的國家標準（GB5549-85）,但在我國現行煤的分類中，羅加指數不作為分類指標。

羅加指數的測試要點：將1克煤樣和5克標準無煙煤樣（寧夏汝箕溝礦專用無煙煤標樣，下同）混合均勻，在規定的條件下焦化，然后把所得焦渣在特定的轉鼓中轉磨3次，測試焦塊的耐磨強度，規定為羅加指數。其計算公式如下：

　　　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——第一次轉鼓試驗后過篩，其中大于1mm焦渣的重量，g;

　　c——第二次轉鼓試驗后過篩，其中大于1mm焦渣的重量，g;

　　d——第三次轉鼓試驗后過篩，其中大于1mm焦渣的重量，g;

　　Q——焦化后焦渣總量，g;

　　羅加指數是測試的允許誤差：每一測試煤樣要分別進行二次重復測試。同一化驗室平行測試誤差不得超過3，不同化驗室測試誤差不得超過5。取平行測試結果的算術平均值（取整數）報出。

　　羅加指數表征煤的粘結力的優點是煤樣量少，方法簡便易行。它的缺點是，規范性也很強，對標準無煙煤的要求很嚴。羅加指數區分強粘煤靈敏度不夠。

　　（3）煤的粘結指數

　　煤的粘結指數（G.R.I或G）,是我國現行煤的分類國家標準（GB5751-86）中代表煙煤粘結力的主要分類指標之一。其方法測試要點是：將1克煤樣與5克標準無煙煤混合均勻，在規定條件下焦化，然后把 所得焦渣在特定的轉鼓中轉磨兩次，測試焦渣的耐磨強度，規定為煤的粘結指數，其計算公式如下：

　　G=10+(30m1+70m2)/m

式中：

　　m1——第一次轉鼓試驗后過篩，其中大于10mm的焦渣重量，g;

　　m2——第二次轉鼓試驗后過篩，其中大于10mm的焦渣重量，g ；

　　m——焦化后焦渣總重量，g。

　　當測得的G<18時，需要重新測試，此時煤樣和標準無煙煤樣的比例為3：3，即3克煤樣和3克無煙煤，其余與上同，計算公式如下：

　　G=(30m1+70m2)/5m

　　煤的粘結指數測試的允許誤差：每一測試煤樣應分別進行二次重復測試，G≥18時，同一化驗室兩次平行測試值之差不得超過3；不同化驗室間報告值之差不得超過4。G<18時，同一化驗室兩次平行測試值之差不得超過1；不同化驗室間報告值之差不得超過2。以平行測試結果的算術平均值為最終結果。

（4）煤的奧壓膨脹度

　　煤的奧壓膨脹度（b值，%），是1926～1929年由奧蒂伯爾特創立的，1933年又為亞紐所改進，現在西歐各國廣泛采用。在國標分類中，與葛金焦性并列作為硬煤分亞組的兩種方法之一。我國1985年以國標GB5450-85發布，并與Y值并列作為我國煤炭現行分類中區分肥煤的指標之一。

　　煤的奧亞膨脹度的測試要點，是將煤樣制成一定規格的煤筆，置入一根標準口徑的膨脹管內，按規定的升溫速度加熱，壓在煤筆上的壓桿紀錄煤樣在管內的體積變化，以體積曲線膨脹上升的最大距離占煤筆原始長度的百分數，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，體積曲線開始下降達0.5mm時的溫度，C；

　　T2——始膨點，體積曲線下降到最低點后開始膨脹上升的溫度，C；

　　T3——固化點，體積曲線膨脹上升達最大值時的溫度,C;

　　b——最大膨脹度，體積曲線上升的最大距離占煤筆長度的百分數，%；

　　a——最大收縮度，體積曲線收縮下降的最大距離占煤筆長度的百分數，%； 
有關國標、行業標準 GB 3715-91 　代替GB 3715-83

2、煤的燃點

煤的燃點時將煤加熱到開始燃燒時的溫度，叫做煤的燃點（也稱著火點，臨界溫度和發火溫度）。測定煤的燃點的方法很多，一般是將氧化劑加入或通入煤中，對煤進行加熱，使煤發生爆燃或有明顯的升溫現象，然后求出煤爆燃或急劇升溫的臨界溫度，作為煤的燃點。我國測定燃點時采用亞硝酸鈉做氧化劑。在燃點測定儀中進行測定。煤的燃點隨煤化度增加而增高，風化煤的燃點明顯下降。

3、煤的反應性

煤的反應性又叫反應活性，是指在一定溫度條件下，煤與不同的氣體介質（CO2、O2和H2O蒸氣）相互作用的反應能力。反應性強的煤，在氣化燃燒過程中，反應速度快、效率高。我國測定反應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。反應性強的煤，在汽化燃燒過程中，反應速度快、效率高。

我國測定反應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性。具體測定方法見GB220-89。

4、煤灰熔融性和結渣性

煤灰熔融性是動力和氣化用煤的重要指標。煤灰是由各種礦物質組成的混合物，沒有一個固定的熔點，只有一個熔化溫度的范圍。煤灰熔融性又稱灰熔點。煤的礦物質成分不同，煤的灰熔點比其某一單個成分灰熔點低。灰熔點的測定方法常用角錐法、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，根據灰錐形態變化確定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渣性，通常用測定煤的結渣性來判斷。

測定方法見GB1572-89。主要是將煤樣送入爐內與空氣氣化，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數，稱做結渣率。

5.煤的工藝性試驗

序號  術語名稱     英文名稱             定義              符號          允許使用

1.3.1  結焦性 Chking property 煤經干餾結成焦炭的性能 mm 　mm 　mm

1.3.2  粘結性 Caking property 煤在干餾時粘結其本身或外加惰性物質的能力 mm mm mm

1.3.3  塑性 Plastic property 煤在干餾時形成的膠質體的粘稠、流動、透氣等性能 mmmm mm 　mm

1.3.4  膨脹性 Swelling property 煤在干餾時體積發生膨脹或收縮的性能 mmmm 　mm 　mm

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

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

1.3.7  粘結指數 Caking indexG 在規定條件下以煙煤在加熱后粘結專用無煙煤的能力表征煙煤粘結性的指標 Gr.i. mmmm G指數

1.3.8  坩堝膨脹序數 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表征煤的膨脹性和粘結性的指標 CSN mm 自由膨脹指數

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）等參數表征煙煤膨脹性和粘結性的指標   　mm 　mmmm

1.3.10  基氏流動度 Giseeler fluidity 由基斯勒爾提出的以測得的最大流動度表征煙煤塑性的指標 mm 　mm 　mm

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

1.3.12  鉛甄干餾試驗 Fisher Schrader assay 由費舍爾和史萊德二人提出的低溫干餾實驗方法，用以測定焦油、半焦、熱解水收率 mm 　mm 　mm

1.3.13  抗碎強度 Resistance tobreakage 一定粒度的煤樣自由落下后抗破碎的能力 mmmm 　mm 機械強度

1.3.14  熱穩定性 Thermal stability 一定粒度的煤樣受熱后保持規定粒度的性能 TS mmmm mm　

1.3.15  煤對二氧化碳的反應性 Carboxyre activity 煤將二氧化碳還原為一氧化碳的能力 A mmm mm

1.3.16  結渣性 Clinkering property 在氣化或燃燒過程中，煤灰受熱、軟化、熔融而結渣的性質 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 Hardgrove grindability 用哈氏儀測定的可磨性表示硬煤被磨細的難易程度 HGI mmmm 　mm

1.3.19  磨損性 abrasiveness 煤磨碎時對金屬件的磨損能力 mmmm 　mm 　mm

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

1.3.21  灰粘度 Ash viscosity 灰在熔融狀態下的粘度 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、長焰煤在規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的腐植酸，在實際測定中包括與鉀、鈉結合的腐植酸 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力用煤的重重要指標。煤灰熔融性習慣上稱作煤灰熔點，但嚴格來講，這是不確切的。因為煤灰是多種礦物質組成的混合物，這種混合物并沒有一個固定的溶點，而僅有一個熔化溫度的范圍。開始熔化的溫度遠比其中任一組分純凈礦物質熔點為低。這些組分在一定溫度下還會形成一種共熔體，這種共熔體在熔化狀態時，有熔解煤灰中其他高熔點物質的性能，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。煤灰成分十分復雜，主要有：SiO2,A12O3,Fe2,CaO,MgO,SO3等，如下表所示：

         我國煤灰成分的分析　　　

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境有關。我國很多煤層的礦物質以粘土為主，煤灰成分則為SiO2,Al2O3為主，兩者總和一般可達50─80％。在濱海沼澤中形成的煤層，如華北晚石紀煤層黃鐵礦含量高，煤灰中Fe2O3及SO3含量亦較高；在內陸湖盆地中形成的某些第三紀褐煤的煤灰中CaO含量較高。

　大量試驗資料表明,SiO2含量在45─60％時，灰熔點隨SiO2含量增加而降低；SiO2在其含量〈45％或〉60％時，與灰熔點的關系不夠明顯。Al2O3在煤灰中始終起增高灰熔點的作用。煤灰中Al2O3的含量超過期30％時，灰熔點1500灰成分中Fe2O3,CaO,MaO均為較易熔組分，這些組分含量越高，灰熔點就越低。灰熔點也可根據其組成用經驗公式進行計算。