一、煤的工業(yè)分析

煤的工業(yè)分析也叫技術(shù)分析或?qū)嵱梅治?，包括煤中水分、灰分、揮發(fā)分的測(cè)定及固定碳的計(jì)算。煤的工業(yè)分析是了解煤質(zhì)特征的基礎(chǔ)指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)煤質(zhì)的基本依據(jù)，根據(jù)工業(yè)分析的各項(xiàng)測(cè)定結(jié)果可以初步判斷煤的性質(zhì)、種類及其工業(yè)利用途徑。

1. 煤的水分

煤里面都含有水分，水分的含量和存在狀態(tài)與外界條件和煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。根據(jù)水在煤里面的存在狀態(tài)，將煤中水分分別稱為外在水分、內(nèi)在水分以及同煤中礦物質(zhì)結(jié)合的結(jié)晶水、化合水。

①外在水分是附著在煤的表面和被煤的表面大毛細(xì)管吸附的水。當(dāng)煤放在空氣中存放時(shí)，煤中的外在水分很容易蒸發(fā)，蒸發(fā)到煤表面的水蒸氣壓和空氣的相對(duì)濕度平衡時(shí)為止。失去外在水分的煤叫空氣干燥煤，當(dāng)這種煤制成粒度為分析用的試樣時(shí)，就叫分析煤樣。用空氣干燥狀態(tài)煤樣化驗(yàn)所得的結(jié)果，就是空氣干燥基（原稱分析基）的化驗(yàn)結(jié)果。

②內(nèi)在水分是指吸附和凝聚在煤顆粒內(nèi)部的毛細(xì)管中的水，在常溫下這部分水不能失去，只有加熱到一定溫度時(shí)，才能失去。

當(dāng)煤顆粒中的毛細(xì)管吸附的水分達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，內(nèi)在水分達(dá)到最高值，這種水分稱為最高內(nèi)在水分。由于煤的孔隙率同煤化程度間有一定規(guī)律關(guān)系，所以最高內(nèi)在水分能在一定程度上表示煤化程度，能較好地區(qū)分變質(zhì)程度較淺的煤。

③結(jié)晶水和化合水是指煤中礦物質(zhì)里以分子形式和離子形式參加礦物晶格構(gòu)造的水分，

如石膏（CaSO4?H2O）、高嶺土Al4【Si4O10】（OH）8。分子結(jié)構(gòu)中的水分。結(jié)晶水和化合水通常要在200℃以上才能分解析出，在煤的工業(yè)分析中，一般不作測(cè)定。

在煤的工業(yè)分析中測(cè)定的水分可分為收到基煤樣水分及分析煤樣水分兩種。收到基煤樣水分是指即將應(yīng)用的煤的全水分，它包括內(nèi)在水分和外在水分。

煤中的水分對(duì)工業(yè)利用是不利的，它對(duì)運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用都有一定影響。同一種煤，其發(fā)熱量將隨水分的升高而降低。煤在燃燒時(shí)，需要消耗很多熱量來(lái)蒸發(fā)其中的水分，從而增加了煤耗水分高的煤，不僅增加了運(yùn)輸成本，同時(shí)給儲(chǔ)存帶來(lái)一定困難。水分高還容易使煤碎裂。

2. 煤的灰分產(chǎn)率

煤的灰分產(chǎn)率是指煤完全燃燒后剩下來(lái)的殘?jiān)?，一般常被稱為灰分。這些殘?jiān)鼛缀跞縼?lái)自煤中的礦物質(zhì)。煤中礦物質(zhì)來(lái)源有三：

①原生礦物質(zhì)，即成煤植物中所含的無(wú)機(jī)元素；

②次生礦物質(zhì)，即煤形成過(guò)程中混入或與煤伴生的礦物質(zhì)；

③外來(lái)礦物質(zhì)，即煤炭開(kāi)采和加工處理中混人的礦物質(zhì)。

煤的灰分是另一項(xiàng)在煤質(zhì)特性和利用研究中起重要作用的指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，煤中礦物質(zhì)不利于煤的加工利用，含量愈低愈好，由于煤灰是煤中礦物質(zhì)熱分解后的殘留物，因此可以用它來(lái)推算煤中礦物質(zhì)含量。煤的灰分越高，有效碳的含量就越低。煤的灰分與煤的其他特性如元素成分、發(fā)熱量、結(jié)渣性、活性及可磨性等有不同程度的依賴關(guān)系。此外，由于煤中灰分測(cè)定簡(jiǎn)單而礦物質(zhì)在煤中的分布又常常不均勻，因此在煤炭采樣和制樣方法研究中，一般都由灰分來(lái)評(píng)定方法的準(zhǔn)確度和精密度。在煤炭洗選中，一般也以洗煤灰分作為一項(xiàng)評(píng)價(jià)洗選效果的指標(biāo)。

3.煤的揮發(fā)分和固定碳

工業(yè)分析測(cè)定的揮發(fā)分，不是煤中原來(lái)固有的揮發(fā)性物質(zhì)，而是在嚴(yán)格的規(guī)定條件下加熱煤炭時(shí)，產(chǎn)生的熱分解產(chǎn)物。揮發(fā)分主要由熱解水、氫、碳的氧化物和碳?xì)浠衔锝M成，但煤中物理吸附水（包括外在水分和內(nèi)在水分）和礦物質(zhì)CO2不屬于揮發(fā)分之列，必須從中扣除。因此在測(cè)定揮發(fā)分產(chǎn)率時(shí)，都要同時(shí)測(cè)定煤的水分，碳酸鹽含量大于2%的，還要測(cè)定碳酸鹽，以便對(duì)揮發(fā)分進(jìn)行校正。

揮發(fā)分產(chǎn)率隨煤化程度增高而降低的規(guī)律十分明顯，可用以初步估計(jì)煤的種類，而且揮發(fā)分測(cè)定方法簡(jiǎn)單、快速、易于標(biāo)準(zhǔn)化，所以，幾乎世界各國(guó)的煤炭工業(yè)分類都采用揮發(fā)分作為第一分類指標(biāo)。

根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率和測(cè)定揮發(fā)分后的焦渣特征可以初步確定煤的加工利用途徑。揮發(fā)分與其他煤質(zhì)特性指標(biāo)如發(fā)熱量、碳和氫含量都有較好的相關(guān)關(guān)系。利用揮發(fā)分可以計(jì)算煤的熱量和碳、氫、氮含量及焦油產(chǎn)率。

二、煤的元素組成和元素分析

煤的組成以有機(jī)質(zhì)為主體，煤的工藝用途主要是由煤中有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)決定的，因此了解煤中有機(jī)質(zhì)的組成很重要。根據(jù)現(xiàn)有的分析方法，還不能夠直接測(cè)定煤中有機(jī)質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單元的組成和性質(zhì)，而是通過(guò)元素分析、有機(jī)化合物分離以及官能團(tuán)測(cè)定等方法研究煤中的有機(jī)質(zhì)。生產(chǎn)中也主要是利用這些方法研究煤中的有機(jī)質(zhì)。煤中有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮、硫5種元素組成。其中又以碳、氫、氧為主，其總和占有機(jī)質(zhì)95%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以上。有機(jī)質(zhì)的元素組成與煤的成因類型、煤巖組成及煤化程度等因素有關(guān)，所以它是煤質(zhì)研究的重要內(nèi)容。

煤的元素組成，是指組成煤的有機(jī)質(zhì)的一些主要元素，即碳、氫、氧、氮、硫5種元素。磷、氯、砷等含量極微的其他元素，一般不得列入元素組成之內(nèi)。

煤的元素分析，就是確定煤中有機(jī)物碳、氫、氧、氮、硫等含量的百分比，作為煤的有機(jī)質(zhì)特性。

元素組成可以用來(lái)計(jì)算煤的發(fā)熱量，估算和預(yù)測(cè)煤的煉焦化學(xué)產(chǎn)品、低溫干餾產(chǎn)物和褐煤蠟的產(chǎn)率，為煤的加工工藝設(shè)計(jì)提供必要的數(shù)據(jù)。煤的元素組成數(shù)據(jù)也可以作為煤炭科學(xué)的分類指標(biāo)之一。

由于在煤的無(wú)機(jī)質(zhì)中也含有少量碳、氫、氧、硫等元素，因此在了解煤中有機(jī)質(zhì)的元素組成及進(jìn)行煤的分類時(shí)，應(yīng)以在重液（相對(duì)密度為1.4）中洗選后的精煤來(lái)測(cè)定，采用干燥無(wú)灰基指標(biāo)。

1.碳

碳是煤中最重要的組成部分，是組成煤炭的大分子骨架，是煤在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生熱量的重要元素之一。煤的碳含量隨煤化程度的加深而增高。泥炭的碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，余同）為50%～60%，褐煤為60%～77%，煙煤為74%～92%，而無(wú)煙煤為90%～98%。在煤化程度相同的煤中，鏡質(zhì)組的碳含量比惰質(zhì)組低。

2.氫

氫是煤中第二個(gè)重要組成元素，也是煤中可燃部分，其燃燒時(shí)可放出大量的熱量。煤中氫的含量雖然不高，但它的發(fā)熱量高，所以在判斷煤燃料質(zhì)量時(shí)，應(yīng)予以考慮。氫含量與成煤原始物質(zhì)密切相關(guān)。腐泥煤的氫含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）普遍比腐植煤高，一般都在6%以上，有時(shí)達(dá)11%。在腐植煤中，穩(wěn)定組分的氫含量最高，鏡質(zhì)組次之，而惰質(zhì)組最低。隨著煤化程度逐漸加深，氫含量有逐漸減少的趨勢(shì)。

3.氧

氧也是組成煤有機(jī)質(zhì)的一個(gè)十分重要的元素。煤中氧含量變化很大，并隨著煤化程度加深而降低。變質(zhì)程度越低的煤，氧元素所占的比例也就越大。當(dāng)煤受到氧化時(shí)，氧含量迅速增高，而碳、氫含量則明顯降低。氧元素在煤的燃燒過(guò)程中不產(chǎn)生熱量，但能與產(chǎn)生熱量的氫生成水，使燃燒熱量降低，是動(dòng)力用煤的不利因素。同時(shí)氧是煤中反應(yīng)能力最強(qiáng)元素。因此，當(dāng)煤用于熱加工時(shí)，煤中氧含量對(duì)熱加工影響較大。

煤中氧一般都不進(jìn)行直接測(cè)定，而用差額法計(jì)算得出。

4.氮

煤的有機(jī)質(zhì)中氮含量比較少，它主要來(lái)自成煤植物中的蛋白質(zhì)。煤中氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）多在0.8%～1.8%的范圍內(nèi)變化，通常也是隨煤化程度增高而稍有降低，隨煤化程度而變化的規(guī)律性不很明顯。煤中氮在燃燒時(shí)一般不氧化，而呈游離狀態(tài)Nx，進(jìn)入廢氣中，當(dāng)煤作為高溫?zé)峒庸ぴ线M(jìn)行加熱時(shí)，煤中氮的一部分變成N2、NH3、HCN及其他一些含氮化合物逸出，而這些化合物可回收制成氮肥（硫酸銨、尿素、氨水等）、硝酸等化學(xué)產(chǎn)品。其余部分則留在焦炭中，以某些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的氮化合物形態(tài)出現(xiàn)。

5.硫在下面專門敘述。

三、煤中的硫

硫是煤中最有害的雜質(zhì)。作動(dòng)力燃燒時(shí)，煤中硫燃燒生成二氧化硫，它不僅腐蝕金屬設(shè)備，而且污染環(huán)境，造成“公害”。作為合成氨原料氣時(shí)，由含硫煤產(chǎn)生的H2S不僅腐蝕金屬設(shè)備，且會(huì)使催化劑中毒，影響操作及產(chǎn)品質(zhì)量。作為生產(chǎn)冶金焦用原料時(shí)，煤中的硫大部分轉(zhuǎn)入焦炭，直接影響鋼鐵質(zhì)量。因此，各項(xiàng)工業(yè)用煤對(duì)硫含量都有嚴(yán)格的要求。

煤中硫分按賦存狀態(tài)可分為有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫兩大類，有時(shí)也有微量的單質(zhì)硫。煤中各種硫分的總和稱為全硫含量，以“St”表示。

①煤中的無(wú)機(jī)硫又分為硫化物硫及硫酸鹽硫兩種。

硫化物硫（Sp）絕大部分是以黃鐵礦硫形式存在，有時(shí)也有少量的白鐵礦等硫化物硫。硫化物硫清除的難易程度與礦物顆粒大小及其分布狀態(tài)有關(guān)。顆粒大的可利用黃鐵礦與有機(jī)質(zhì)相對(duì)密度的不同予以清除，而顆粒極細(xì)又均勻分布的難以清除。當(dāng)煤中全硫含量大于1%時(shí)，在多數(shù)情況下，是以硫化物硫?yàn)橹鳎话阆催x后全硫含量會(huì)有不同程度的降低。

硫酸鹽硫（Ss）的主要存在形式是石膏，也有綠礬等極少數(shù)的硫酸鹽礦物。我國(guó)煤中硫酸鹽硫含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）較小，大部分小于0.1%，部分煤為0.1%～0.3%，一般硫酸鹽硫含量高的煤，可能曾受過(guò)氧化。

②煤質(zhì)有機(jī)質(zhì)中所含的硫稱為有機(jī)硫，以“S。”表示。

有機(jī)硫主要來(lái)自成煤植物中的蛋白質(zhì)和微生物中的蛋白質(zhì)。有機(jī)硫組成很復(fù)雜，主要由硫醚、硫化物、二硫化物、硫醇、硫酮、噻吩類雜環(huán)硫化物及硫醌化合物等組分和官能團(tuán)構(gòu)成。有機(jī)硫與有機(jī)質(zhì)緊密結(jié)合，分布均勻，很難清除。一般在低硫煤中，往往以有機(jī)硫?yàn)橹?，?jīng)過(guò)洗選后，精煤的全堿含量反而增高。

在評(píng)價(jià)煤質(zhì)時(shí)，必須測(cè)定全硫含量，并以干燥基表示。由于不同形態(tài)的硫?qū)γ嘿|(zhì)的影響不同，在選煤時(shí)的脫硫效果也不同，因此全硫含量在1.5%~2.0%以上的煤，還應(yīng)測(cè)定各種形態(tài)的硫，作為評(píng)價(jià)除硫難易程度和考慮除硫方法的依據(jù)。

來(lái)源：現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊(cè)