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1、Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 第四章第四章 煤和焦炭的分析煤和焦炭的分析第一节第一节 概述概述第二节第二节 煤试样的制备方法煤试样的制备方法第三节第三节 煤的工业分析煤的工业分析第四节第四节 煤的元素分析煤的元素分析第五节第五节 煤中全硫的测定煤中全硫的测定第六节第六节 煤的发热量的测定煤的发热量的测定7/25/20241张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemi
2、stry 第一节第一节 概概 述述一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质二、煤的分析方法二、煤的分析方法返回返回7/25/20242张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质1.煤：是植物遗体覆盖在地层以下，经若干年生物化学、煤：是植物遗体覆盖在地层以下，经若干年生物化学、物理化学作用转化为一种固体可燃性的有机沉淀。物理化学作用转化为一种固体可燃性的有机沉
3、淀。7/25/20243张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 7/25/20244张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 世界煤的储存量：约世界煤的储存量：约13万万 亿吨亿吨 我国煤的储存量：约我国煤的储存量：约7300 亿吨亿吨煤炭：煤炭： 天然存在：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤天然存在：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤 人工产
4、品：木炭、焦炭、煤球人工产品：木炭、焦炭、煤球植物植物 泥炭泥炭 褐煤褐煤 烟煤烟煤 无烟煤无烟煤7/25/20245张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 19世纪以前，世界上能源消耗以煤炭为主。世纪以前，世界上能源消耗以煤炭为主。 20世纪世纪60年代起，世界能源消耗中，石油与天年代起，世界能源消耗中，石油与天然气所占的比例超过了煤炭。然气所占的比例超过了煤炭。 当前工业发达国家消耗的一次能源中，石油与当前工业发达国家消耗的一次能源中，石油与 天然气占天
5、然气占60%以上，煤炭中占以上，煤炭中占20%左右。在中左右。在中 国消费的一次性能源中，煤炭约占国消费的一次性能源中，煤炭约占73%，且，且 在相当时期内这种能源结构不会发生大变化在相当时期内这种能源结构不会发生大变化7/25/20246张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的缺点：煤的缺点：煤的发热值比石油、天然气低得多，利用效率煤的发热值比石油、天然气低得多，利用效率低。低。通常的采煤方法，开采率仅为通常的采煤方法，开采率仅为60%左右。左右。运输
6、比石油、天然气困难。运输比石油、天然气困难。煤在燃烧过程中生成的煤在燃烧过程中生成的SO2， SO3污染环境，是污染环境，是引起引起酸雨酸雨的主要原因。的主要原因。7/25/20247张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 2.煤煤的的组组成成：由由有有机机质质、矿矿物物质质、水水三三部部分分组成组成有有机机物物：由由C、H、O、N、S等等元元素素组组成成，C、H占占 95%以上以上矿矿物物质质：碱碱金金属属、碱碱土土金金属属、Al、Fe等等的的碳碳酸盐、硫
7、酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等。酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等。水水：外在水、内在水：外在水、内在水7/25/20248张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 碳是组成碳是组成煤大分子的骨架煤大分子的骨架，在各元素在各元素中最高，一般大于中最高，一般大于70%。随着煤化程度随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些
8、超无烟煤，碳含量可超过如某些超无烟煤，碳含量可超过97%。 碳碳7/25/20249张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量分数为分数为16%，越是年轻的煤，其含量也越高。，越是年轻的煤，其含量也越高。 氢氢碳和氢是煤中有机质的主要组成元素，两者加在一起碳和氢是煤中有机质的主要组成元素，
9、两者加在一起占煤中有机质的占煤中有机质的以上。以上。煤中碳和氢的发热量最大煤中碳和氢的发热量最大7/25/202410张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 氧元素是组成煤氧元素是组成煤有机质有机质的十分重要的元素，的十分重要的元素，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，发发热量常随氧元素含量的增高而降低热量常随氧元素含量的增高而降低，其含
10、，其含量从量从130%均有。均有。 氧氧7/25/202411张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 氮元素在煤中的比例较少，一般为氮元素在煤中的比例较少，一般为0.53%。 氮氮氧和氮在燃烧时不放热，称为惰性成分。氧和氮在燃烧时不放热，称为惰性成分。7/25/202412张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical Chem
11、istryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 硫硫元元素素也也是是组组成成煤煤的的有有机机质质的的一一种种常常见见元元素素，它它在在煤煤中中含含量量的的多多少少，与与煤煤化化程程度度的的高高低低无无明明显显关关系系，其其含含量量从从最最低低的的0.1到到最最高高的的10%均有。均有。硫硫硫在燃烧时虽然放热，但燃烧产生酸性腐蚀硫在燃烧时虽然放热，但燃烧产生酸性腐蚀有害气体二氧化硫。有害气体二氧化硫。7/25/202413张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorgan
12、ic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同度，而且也直接表征出煤性质的不同。 如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性很差或是没有粘结性的年轻煤；碳含量高、很差或是没有粘结性的年轻煤；碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤，只有煤，只有碳含量在碳含量在848488%88%，氢含量在，氢含量在5%5%以以上的中等变质程度的煤，才是结
13、焦性较好上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。的炼焦用煤。 7/25/202414张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质一、煤和焦碳的组成及各组分的重要性质3.煤的分类煤的分类 腐植煤（高等植物形成）腐植煤（高等植物形成） 腐泥煤腐泥煤 陆植煤陆植煤残植煤残植煤 4.煤的用途：煤的用途：人类生存所需热源提供之一人类生存所需热源提供之一 工业生产工业生产（化工、冶金）主要的原料（化工、冶金）主要的原料5.焦焦碳碳
14、：煤煤在在隔隔绝绝空空气气条条件件下下加加热热、干干馏馏，水水分分和和有有机机物物裂裂 解产物（煤气）挥发出来，不挥发部分就是焦碳。解产物（煤气）挥发出来，不挥发部分就是焦碳。6.焦碳的组成：与煤相似，挥发性组分含量少。焦碳的组成：与煤相似，挥发性组分含量少。7/25/202415张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3 3煤的分类煤的分类 煤的种类繁多，质量也相煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有差悬殊，不同类型的煤有不同的用途。不同的用途。如结
15、焦性好或粘结性好的如结焦性好或粘结性好的煤是优质的煤是优质的炼焦用煤炼焦用煤，热，热稳定性好的无烟块煤是稳定性好的无烟块煤是合合成氨厂的主要原料成氨厂的主要原料，挥发，挥发分和发热量都高的煤是较分和发热量都高的煤是较好的好的动力用煤动力用煤，一些低灰、，一些低灰、低硫的年轻煤则是加压气低硫的年轻煤则是加压气化制造化制造煤气和加氢液化制煤气和加氢液化制取人造液体燃料取人造液体燃料的较好原的较好原料。料。7/25/202416张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistr
16、y 对工业用煤的要求对工业用煤的要求 煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为化工原料。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质化工原料。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质冶金用焦，对冶金用焦，对炼焦用煤炼焦用煤有以下要求：有以下要求：（1）有较强的结焦性或粘结性）有较强的结焦性或粘结性 （2）煤的灰分要低）煤的灰分要低（3）煤的硫分要低）煤的硫分要低 （4）配合煤的挥发分要合适）配合煤的挥发分要合适7/25/202417张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic an
17、d Analytical Chemistry 建材工业用煤建材工业用煤在建材工业中，水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、石灰在建材工业中，水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、石灰等建筑材料，都要经过各种炉窑焙烧、锻烧甚至等建筑材料，都要经过各种炉窑焙烧、锻烧甚至熔化等高温处理，而煤炭是主要的燃料，其中水熔化等高温处理，而煤炭是主要的燃料，其中水泥工业对煤质要求最高，尤其是年产水泥泥工业对煤质要求最高，尤其是年产水泥2020万吨万吨以上的大、中型水泥厂的回转窑烧成用煤。因其以上的大、中型水泥厂的回转窑烧成用煤。因其煤的灰分大小及其煤灰的组成成分直接影响到水煤的灰分大小及其煤灰的组成成分直接影响到水泥的配料，通常要求灰分
18、低、煤灰成分稳定。如泥的配料，通常要求灰分低、煤灰成分稳定。如灰分太高，发热量就低，达不到熟料的烧成温度灰分太高，发热量就低，达不到熟料的烧成温度14501450以上（要求燃料火焰温度达以上（要求燃料火焰温度达1600160017001700）。）。 7/25/202418张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 二、煤的分析方法二、煤的分析方法 1.煤的工业分析（也称为技术分析或实用分析）煤的工业分析（也称为技术分析或实用分析）主主要要测测定定项项目目：水水
19、分分(M)、挥挥发发分分(A)、灰灰分分(V)、固固定定碳碳(FC)四项四项分分析析结结果果：用用来来判判断断煤煤的的种种类类，估估量量煤煤的的利利用用价价值值评评价煤质。价煤质。通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。测定，而是用差减法进行计算。 有时也将上述四个测定项目叫做有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析半工业分析，再加上煤的，再加上煤的发热发热量量和煤中全硫的测定，和煤中全硫的测定，则称为全工业分析。则称为全工业分析。 7/25/202419张红梅 工业分析 2010-2011学年Ino
20、rganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 2.煤的元素分析：主要测定煤的元素分析：主要测定C、H、O、N、S 元素分析结果：为煤科学的分类，合理的利用和元素分析结果：为煤科学的分类，合理的利用和工业设计提供数据。工业设计提供数据。工业分析主要用于煤的生产使用部门，元素工业分析主要用于煤的生产使用部门，元素分析主要用于科研工作。分析主要用于科研工作。7/25/202420张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and A
21、nalytical Chemistry 3 3其它分析其它分析 如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、铝、一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、铝、钽等常见的稀有元素。钽等常见的稀有元素。如煤中的锗含量在如煤中的锗含量在2020 g gg g-1-1以上时即可计算以上时即可计算储量而有一定的提取价值，镓含量在储量而有一定的提取价值，镓含量在5050 g gg g-1-1以上和铀含量在以上和铀含量在300300500500 g gg g-1-1以以上时也有提取价值，上时也有提取价值， 7/25/202421张红梅 工业分析
22、2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3 3其它分析其它分析再再如如有有害害元元素素分分析析。煤煤中中的的有有害害元元素素种种类类很很多多，如如硫硫，磷磷、氯氯、砷砷、氟氟、铬铬、镉镉、汞汞等等。硫硫、磷磷、氯氯主主要要是是指指工工业业利利用用中中对对生生产产有有害害，后后几几种种则则是是对对人人体体和和环环境境有有害害，根根据据特特殊殊的的需要进行检测。需要进行检测。其其它它还还有有煤煤灰灰成成分分分分析析，物物理理性性质质测测定定等等，需根据要求来确定检测项目。需根据要
23、求来确定检测项目。 7/25/202422张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 第二节第二节 煤试样的制备方法煤试样的制备方法一、制样总则一、制样总则1.制样目的：是将采集的煤样，经过破碎、混合和缩分制样目的：是将采集的煤样，经过破碎、混合和缩分等程序制备成能代表原来煤样的分析用煤样。等程序制备成能代表原来煤样的分析用煤样。2.精度要求精度要求二、制样用品二、制样用品1.试剂试剂2.设施、设备和工具设施、设备和工具三、煤样的制备三、煤样的制备返回7/25/
24、202423张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 第三节第三节 煤的工业分析煤的工业分析一、煤中水分的测定一、煤中水分的测定 二、灰分的测定二、灰分的测定 三、挥发分的测定三、挥发分的测定 四、固定碳的计算四、固定碳的计算五、各种基准的换算五、各种基准的换算返回7/25/202424张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry
25、 一、煤的水分测定一、煤的水分测定（一）、煤中水分分类（一）、煤中水分分类 游离水游离水 结晶水结晶水 （煤的工业分析中不考虑）（煤的工业分析中不考虑）内在水内在水 外在水外在水 1.外外在在水水分分(Mf ) ：也也称称风风干干水水分分，指指煤煤表表面面水水膜膜及及孔孔径径 10-5cm，毛细孔中的水分，风干时失去（，毛细孔中的水分，风干时失去（风干煤风干煤）。）。2.2.内内在在水水分分(M(Minhinh） 也也称称烘烘干干水水分分，吸吸附附在在孔孔径径1010-5-5cmcm毛毛细细孔孔中的水分，烘干（中的水分，烘干（105105110110）时失去（）时失去（干燥煤干燥煤）。）。全水
26、分全水分(Mt ) 外在水分外在水分内在水分内在水分 3. 3.空气干燥煤样水分空气干燥煤样水分M Madad：以空气干燥煤样在指定条件下，测：以空气干燥煤样在指定条件下，测得的水分为得的水分为M Madad 。 7/25/202425张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry （二）空气干燥煤样水分的测定（二）空气干燥煤样水分的测定（GB212-1991）1.1.方法方法A A：通氮干燥法：通氮干燥法(1)方方法法提提要要：在在105105110110烘烘箱箱
27、，将将一一定定质质量量的的空空气气干干燥燥煤煤样样在在不不断断进进入入氮氮气气下下干干燥燥，至至质质量量恒恒定定（连连续续两两次次测测定定质质量量差差）的的值值小小于于0.2mg0.2mg计计算算出出水水分的含量。分的含量。7/25/202426张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry (2).试剂试剂 氮气：纯度氮气：纯度99.9%，含氧量小于，含氧量小于0.01%； 无水氯化钙：化学纯，粒状；无水氯化钙：化学纯，粒状； 变色硅胶：工业用品。变色硅胶：工业用
28、品。 仪器、设备仪器、设备 小空间干燥器：箱体严密，具有较小的自由空间，有气体进小空间干燥器：箱体严密，具有较小的自由空间，有气体进出口，并带有自动控温装置，能保持温度在出口，并带有自动控温装置，能保持温度在105110范范围内。围内。 玻璃称量瓶：直径玻璃称量瓶：直径40mm，高，高25mm,并带有严密的磨口盖。并带有严密的磨口盖。 干燥器：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙。干燥器：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙。 干燥塔：容量干燥塔：容量250ml，内装干燥器。，内装干燥器。 流量计：量程为流量计：量程为1001000ml/min。 分析天平：感量分析天平：感量0.1mg7/25/202427张
29、红梅 工业分析 2010-2011学年 打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气，并已加热到打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气，并已加热到105105110110 的干燥箱中，进行干燥。的干燥箱中，进行干燥。 从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温后，称量。至室温后，称量。 进行检查性干燥，每次进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过的减少不超过0.001g。（4）结果计算）结果计算M Madad - -空气干燥煤样的水分含量，空气干燥煤样的水分含量，m m1 1 -煤样干燥后失
30、去的质量，煤样干燥后失去的质量，gm-煤样的质量，煤样的质量，g(3)测定步骤测定步骤 用预先干燥和称量过的称量瓶称取粒度为用预先干燥和称量过的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气以下的空气干燥煤样（干燥煤样（1.00.1）g, 平摊在称量瓶中。平摊在称量瓶中。7/25/202428张红梅 工业分析 2010-2011学年2.2.方法方法B B：甲苯蒸馏法：甲苯蒸馏法 （1）方法提要方法提要：根据两种互不相溶的液体混合物的沸点低于根据两种互不相溶的液体混合物的沸点低于其中易挥发组分沸点的原理，称取一定量的空气干燥煤样于圆其中易挥发组分沸点的原理，称取一定量的空气干燥煤样于圆底烧瓶中，加入甲苯与
31、煤样一起蒸馏，底烧瓶中，加入甲苯与煤样一起蒸馏，分馏出水分与甲苯，置分馏出水分与甲苯，置于测定管中于测定管中并分层，量出水的体积，以水的质量占煤样质量的并分层，量出水的体积，以水的质量占煤样质量的质量分数作为水分含量。质量分数作为水分含量。（2）试剂和仪器）试剂和仪器（3）测定步骤）测定步骤 称取称取25g25g、粒度为、粒度为0.2mm0.2mm以下的空气干燥煤样，精确至以下的空气干燥煤样，精确至0.001g0.001g，移入干燥的圆底烧瓶中，加入约，移入干燥的圆底烧瓶中，加入约80mL80mL甲苯，安装蒸馏装置。甲苯，安装蒸馏装置。7/25/202429张红梅 工业分析 2010-2011
32、学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 在冷凝管中通入冷却水。加热蒸馏瓶至内容物达到沸腾状态。在冷凝管中通入冷却水。加热蒸馏瓶至内容物达到沸腾状态。控制加热温度使在冷凝管口滴下的液滴数约为每秒控制加热温度使在冷凝管口滴下的液滴数约为每秒24滴。连滴。连续加热，直到馏出液清澈并在续加热，直到馏出液清澈并在5min内不再有细小水泡出现为止。内不再有细小水泡出现为止。 取下水分测定管，冷却至室温。记下水的体积，并按校正后取下水分测定管，冷却至室温。记下水的体积，并按校正后的体积由回收曲线上查出煤样中
33、水的实际体积。的体积由回收曲线上查出煤样中水的实际体积。（4）回收曲线的绘制）回收曲线的绘制用微量滴定管准确量取用微量滴定管准确量取0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10mL蒸馏水，分别放入蒸馏烧瓶中。每瓶各加蒸馏水，分别放入蒸馏烧瓶中。每瓶各加80mL80mL甲苯，按甲苯，按上述方法进行蒸馏。根据水的加入量和实际蒸出的体积绘制回上述方法进行蒸馏。根据水的加入量和实际蒸出的体积绘制回收曲线。收曲线。7/25/202430张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemis
34、try （5）结果计算）结果计算M Madad - -空气干燥煤样的水分含量，；空气干燥煤样的水分含量，；V- V- 由回收曲线图上查出的水的体积，由回收曲线图上查出的水的体积，mLmL；d- d- 水的密度水的密度,1.00g/mL,1.00g/mLm-煤样的质量，煤样的质量，g。7/25/202431张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3、方法、方法C（空气干燥法）（空气干燥法）（1）方法提要：）方法提要：称取一定质量的空气干燥煤样，置于称取一定质量
35、的空气干燥煤样，置于105105110110干燥箱中，在空气中干燥至质量恒定，然后根据干燥箱中，在空气中干燥至质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水分的含量。煤样的质量损失计算出水分的含量。（2 2）仪器、设备）仪器、设备（3 3）分析步骤）分析步骤（4 4）结果计算）结果计算M Madad - -空气干燥煤样的水分含量，空气干燥煤样的水分含量，m m1 1 -煤样干燥后失去的质量，煤样干燥后失去的质量，gm-煤样的质量，煤样的质量，g返回7/25/202432张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic an
36、d Analytical Chemistry 方方法法A和和方方法法B适适用用于于所所有有煤煤种种，在在仲仲裁裁分分析析中中遇遇到到有有用用空空气气干干燥燥煤煤样样水水分分进进行行基基的的换换算算时时，应应用用方方法法A测测定定空空气气干干燥燥煤煤样样的的水水分分 方法方法C适用于烟煤和无烟煤。适用于烟煤和无烟煤。 按测定的速度来说按测定的速度来说: 方方法法A为为常常规规测测定定法法，方方法法B、C为为快快速速测测定法。定法。7/25/202433张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analy
37、tical Chemistry 二、灰分的测定二、灰分的测定 煤样在规定的条件下完全燃烧后所得到的残留物，称为灰煤样在规定的条件下完全燃烧后所得到的残留物，称为灰分。由于灰分的组成和质量与煤的矿物质不完全相同，是矿分。由于灰分的组成和质量与煤的矿物质不完全相同，是矿物质在空气中经过一系列复杂的化学反应后剩余的残渣，因物质在空气中经过一系列复杂的化学反应后剩余的残渣，因此，称之为此，称之为“灰分产率灰分产率”更为合理。煤的灰分来自煤中的矿更为合理。煤的灰分来自煤中的矿物质，包括如下几个部分：物质，包括如下几个部分：. .原生矿物质原生矿物质 煤的原生矿物质是成煤植物在生长过程中，从土壤中吸收的煤
38、的原生矿物质是成煤植物在生长过程中，从土壤中吸收的碱金属和碱土金属的盐类，其含量一般为碱金属和碱土金属的盐类，其含量一般为。这类。这类盐类与煤的有机质结合紧密不易分离。盐类与煤的有机质结合紧密不易分离。. .次生矿物质次生矿物质 在成煤过程中，由外界混到煤层中的矿物质而形成了次生在成煤过程中，由外界混到煤层中的矿物质而形成了次生矿物质。次生矿物质在煤中的分布均匀，含量一般不高。原矿物质。次生矿物质在煤中的分布均匀，含量一般不高。原生矿物质和次生矿物质总称为生矿物质和次生矿物质总称为煤的内在矿物质煤的内在矿物质。以内在矿物。以内在矿物质所形成的灰分称之为内在灰分。质所形成的灰分称之为内在灰分。内
39、在矿物质难以用洗选的内在矿物质难以用洗选的方法去除方法去除。7/25/202434张红梅 工业分析 2010-2011学年.外来矿物质外来矿物质 在采煤过程中混入的矿顶、底板及夹矿层的矿石、泥、沙等在采煤过程中混入的矿顶、底板及夹矿层的矿石、泥、沙等称为外来矿物质。这类矿物质由于是从外界引入的，在煤中称为外来矿物质。这类矿物质由于是从外界引入的，在煤中分布不均，可采用洗选的方法将其除去。分布不均，可采用洗选的方法将其除去。 以高温灼烧法测定煤中的灰分的含量时，将伴随发生一系列以高温灼烧法测定煤中的灰分的含量时，将伴随发生一系列的物理化学反应，主要的反应如下：的物理化学反应，主要的反应如下：当温
40、度在当温度在左右时：左右时：CaSOCaSO4 42H2H2 2O=CaSOO=CaSO4 4+2H+2H2 2OO Al Al2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O=AlO=Al2 2O O3 32SiO2SiO2 2+2H+2H2 2OO 即煤中的碳酸盐和硅酸盐发生脱水反应，失去结晶水即煤中的碳酸盐和硅酸盐发生脱水反应，失去结晶水当温度在当温度在左右时：左右时： aCOaCO3 3=CaO+CO=CaO+CO2 2 FeCO FeCO3 3=FeO+CO=FeO+CO2 2 即煤中的碳酸盐在温度高于即煤中的碳酸盐在温度高于时，则发生分解反应，时，则发生分解反应，生成氧化物
41、和二氧化碳生成氧化物和二氧化碳7/25/202435张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry .当在温度在当在温度在左右时：左右时：eS2+11O2=2Fe2O3 + 8SO2 2CaO 2CaO + + 2SO2SO2 2 + + O O2 2 = 2CaSO = 2CaSO4 4 2FeO 2FeO + + O O2 2 = 2Fe = 2Fe2 2O O3 3 即在即在400400600时，由于空气中氧的作用，发生了氧化反应。时，由于空气中氧的作用，发生
42、了氧化反应。但由于但由于SOSO2 2和和CaOCaO发生反应生成发生反应生成CaSOCaSO4 4，使测定结果偏高。，使测定结果偏高。为使为使反应完全，一般让煤样在反应完全，一般让煤样在500500保温一段时间，使煤中的黄铁保温一段时间，使煤中的黄铁矿硫和有机硫被完全氧化。矿硫和有机硫被完全氧化。（4）当温度高于当温度高于7时：时： 当温度高于当温度高于7时，煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发时，煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发生分解，待温度达到生分解，待温度达到800 时分解反应基本完成，因此，时分解反应基本完成，因此，煤的煤的灰分测定温度规定为（灰分测定温度规定为（81010） 。7/25
43、/202436张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 测定原理测定原理 称取一定量的煤样于灰皿中，置于高温炉并灼烧称取一定量的煤样于灰皿中，置于高温炉并灼烧至恒重。根据灼烧后残留物（灰分）的质量与式样至恒重。根据灼烧后残留物（灰分）的质量与式样试样质量，计算出灰分的含量。试样质量，计算出灰分的含量。 煤的灰分测定包括煤的灰分测定包括缓慢挥发法缓慢挥发法和和快速挥发法快速挥发法（GB212-91GB212-91）。）。缓慢挥发法为仲裁法缓慢挥发法为仲裁法；快速
44、挥发法；快速挥发法为常规分析法。为常规分析法。7/25/202437张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 测定定过程程 称称取取分分析析煤煤样样1 0.1g，于于已已经经在在815 10灼灼烧烧恒恒量量的的灰灰皿皿中中，轻轻微微振振动动，使使样样品品分分散散为为均均匀匀的的薄薄层层，置置温温度度低低于于100的的高高温温炉炉中中。在在炉炉门门留留有有约约15mm左左右右的的缝缝隙隙供供自自然然通通风风，控控制制加加热热速速度度，使使炉炉温温在在30min左
45、左右右缓缓慢慢升升高高至至500并并保保持持此此温温度度30min。然然后后，升升高高温温度度至至815 10，关关闭闭炉炉门门，在在此此温温度度下下继继续续灼灼烧烧1h。取取出出灰灰皿皿，于于干干燥燥器器中中冷冷至至室室温温（约约20min）称称量量，然然后后进进行行检检查查性性灼灼烧烧，每每次次进进行行20min，直直到到煤煤样样的的质质量量变变化化小小于于0.001g时时为为止止，取取最最后后一一次次质质量量计计算算。灰灰分分15%的样品，可不必进行检查性灼烧。的样品，可不必进行检查性灼烧。7/25/202438张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Anal
46、ytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 测定方法：高温灼烧法（空气干燥煤样）测定方法：高温灼烧法（空气干燥煤样）（1）缓慢灰化法缓慢灰化法：煤样：煤样 恒重灰皿恒重灰皿 马弗炉马弗炉100 缓慢升温缓慢升温30min至至500 保温保温30min 升温升温至至815 保温保温1h 冷却至室温冷却至室温 称量称量 检查性检查性灼烧至恒量灼烧至恒量（2）快速灰化法快速灰化法：煤样：煤样 恒重灰皿恒重灰皿 马弗炉马弗炉815 灼烧灼烧40min 冷却至室温冷却至室温 称量称量 检查性灼检查性灼烧至恒量烧至恒量7/25/202439张红梅
47、工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 长方形灰皿长方形灰皿 7/25/202440张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 灰分快速测定仪7/25/202441张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemist
48、ry 马弗炉马弗炉7/25/202442张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 结果计算结果计算A Aadad - -空气干燥煤样的灰分含量，；空气干燥煤样的灰分含量，；m m1 1 -残留物的质量，残留物的质量，g；m-煤样的质量，煤样的质量，g。返回7/25/202443张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 三、三、
49、挥发分的分的测定定 将煤放在与将煤放在与空气隔绝空气隔绝的容器内，在高温下的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的经一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿有机质和部分矿物质分解物质分解为为气体气体释出，由减小的质量再减去释出，由减小的质量再减去水的质量即为水的质量即为煤的挥发分煤的挥发分。 因因为为煤煤中中可可燃燃性性挥挥发发分分不不是是煤煤的的固固有有物物质质，而而是是在在特特定定条条件件下下，煤煤受受热热的的分分解解产产物物，而而且且其其测测定定值值受受温温度度、时时间间和和所所用用坩坩埚埚的的大大小小、形形状状等等不不同同而而异异，测测定定方方法法为为规规范范性性试试验验方方法法，因因此
50、此所所测测的的结结果果应应称称为为挥发分产率挥发分产率，用，用符号符号V V表示。表示。7/25/202444张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 主要指标主要指标 根根据据挥挥发发分分产产率率的的高高低低，可可以以初初步步判判别别煤煤的的变变质质程程度度、发发热热量量及及焦焦油油产产率率等等各各种种重重要要性性质质，而而且且几几乎乎世世界界各各国国都都采采用用干干燥燥无灰基挥发分无灰基挥发分作为煤分类的一个主要指标。作为煤分类的一个主要指标。 工业生产上
51、用煤也都首先需要了解挥发工业生产上用煤也都首先需要了解挥发分是否合乎要求，所以煤的挥发分是了解分是否合乎要求，所以煤的挥发分是了解煤性质和用途的最基本也是最重要的指标，煤性质和用途的最基本也是最重要的指标，也是煤分类的重要指标。也是煤分类的重要指标。 7/25/202445张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 1仪器 1.1 1.1 磨口坩磨口坩埚 1.2 1.2 高温炉高温炉 1.3 1.3 坩坩埚架架 坩埚盖外缘坩埚盖外缘槽形，此槽槽形，此槽正好盖在坩
52、正好盖在坩埚口的外缘埚口的外缘上，在盖内上，在盖内边有凹处，边有凹处，以备挥发释以备挥发释出。出。 7/25/202446张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 马弗炉马弗炉 带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。炉膛内必须有一个温度稳定的恒温区，以炉膛内必须有一个温度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定在保证炉内温度能恒定在900900 1010范围内。范围内。 7/25/202447张红梅 工业分析 2010-2011
53、学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 坩埚架坩埚架 用用镍铬丝镍铬丝制成，制成，其规格以能放其规格以能放置置6 6个坩埚为个坩埚为好，好， 大小应大小应与炉内与炉内900900 1010稳定稳定温度区相适应，温度区相适应，放在架上的坩放在架上的坩埚底部应与炉埚底部应与炉堂底距离堂底距离202030mm30mm。 7/25/202448张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical C
54、hemistry 2测定定过程程 称称 取取 分分 析析 煤煤 样样 1 1 0.010.01g g， 于于 已已 在在900900 1010灼灼烧烧恒恒量量的的专专用用坩坩锅锅内内，轻轻敲敲坩坩埚埚使使试试样样摊摊平平，然然后后盖盖上上坩坩埚埚盖盖，置置于于坩坩埚埚架架上上，迅迅速速将将坩坩埚埚架架推推至至已已预预先先加加热热至至900900 1010的的高高温温炉炉的的稳稳定定温温度度区区内内，并并立立即即开开动动秒秒表表，关关闭闭炉炉门门。准准确确灼灼烧烧恰恰好好7min7min，迅迅速速取取出出坩坩埚埚架架，在在空空气气中中放放置置5 56min6min，再再将将坩坩锅锅置置于于干干燥
55、燥器器中中冷冷却却至至室温，称量。计算挥发分产率。室温，称量。计算挥发分产率。7/25/202449张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3. 3. 计 算算式中式中 m试料的质量，试料的质量，g； m1样品加热后减少的质量，样品加热后减少的质量，g。7/25/202450张红梅 工业分析 2010-2011学年当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量为当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量为2 21212，则，则当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量当空气干燥煤
56、样中碳酸盐及二氧化碳含量1212时，则时，则V Vadad - -空气干燥煤样的挥发分含量，；空气干燥煤样的挥发分含量，；m m1 1 -煤样加热后减少的质量，煤样加热后减少的质量，g；m-煤样的质量，煤样的质量，g；M Madad - -空气干燥煤样的水分含量，。空气干燥煤样的水分含量，。返回 空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量，空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量，（按（按GB212测定），测定），% 焦渣中二氧化碳对煤样量的质量分数，焦渣中二氧化碳对煤样量的质量分数，% 7/25/202451张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical Chemis
57、tryInorganic and Analytical Chemistry 4 4注意事注意事项 4.1 4.1 当当打打开开炉炉门，推推入入坩坩埚架架时，炉炉温温可可能能下下 降降 ， 但但 是是 在在 3min3min内内 必必 须 使使 炉炉 温温 达达 到到900900 1010，否，否则试验作作废。4.2 4.2 从从加加热至至称称量量都都不不能能揭揭开开坩坩埚盖盖，以以防防焦渣被氧化，造成焦渣被氧化，造成测定定误差。差。4.3 4.3 每次每次测定后，坩定后，坩埚内常附着一内常附着一层黑色碳黑色碳烟，烟，应灼灼烧除去后再使用除去后再使用。 7/25/202452张红梅 工业分析 2
58、010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 四、煤中固定碳含量的计算四、煤中固定碳含量的计算 煤中可燃性固体物是煤燃烧产生热量的主要成分，煤中可燃性固体物是煤燃烧产生热量的主要成分，称之为固定碳。固定碳的数据并非从测试获得，而是称之为固定碳。固定碳的数据并非从测试获得，而是由下式计算所得：由下式计算所得：FCFCadad 空气干燥煤样的固定碳含量，；空气干燥煤样的固定碳含量，；M Madad - -空气干燥煤样的水分含量，空气干燥煤样的水分含量，A Aadad - -空气干燥煤样的
59、灰分含量，；空气干燥煤样的灰分含量，；V Vadad - -空气干燥煤样的挥发分含量，；空气干燥煤样的挥发分含量，；返回7/25/202453张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry “基准基准”的定义的定义由于煤中水分和灰分的含量易随外界条件的变化而变化，由于煤中水分和灰分的含量易随外界条件的变化而变化，导致煤中其他成分的百分含量也随之变化。因此，用质量导致煤中其他成分的百分含量也随之变化。因此，用质量分数表示煤的工业分析结果时，必须同时表明质量分数的分数表
60、示煤的工业分析结果时，必须同时表明质量分数的基准。基准。煤所处的状态或按需要而规定的成分组合，煤所处的状态或按需要而规定的成分组合，称为称为基基准准，简称基。，简称基。“基基”表示化验结果是以什么状态下的煤样表示化验结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的。为基础而得出的。1、煤质分析结果的表示方法、煤质分析结果的表示方法五、各种基准的换算五、各种基准的换算7/25/202454张红梅 工业分析 2010-2011学年 术语名称术语名称 英文术语英文术语 定定义符号符号曾称曾称收到基收到基as received basis以受到状态的煤为基准以受到状态的煤为基准ar应用基应用基空气干燥基空气干燥
61、基air dried basis与空气湿度达到平衡状与空气湿度达到平衡状态的煤为基准态的煤为基准ad分析基分析基干燥基干燥基dry basis以假想无水状态的煤为以假想无水状态的煤为基准基准d干基干基干燥无灰基干燥无灰基dry ash-free basis以假想无水、无矿灰状以假想无水、无矿灰状态的煤为基准态的煤为基准daf可燃基可燃基干燥无矿物质干燥无矿物质基基dry mineral-freemois mineral以假想无水、无矿物质以假想无水、无矿物质状态的煤为基准状态的煤为基准dmmf有机基有机基恒湿无灰基恒湿无灰基mois ash-free basis以假想含量高内在水分、以假想含量
62、高内在水分、无灰状态的煤为基准无灰状态的煤为基准maf恒湿无矿物质恒湿无矿物质基基 matter free basis以假想含量高内在水分、以假想含量高内在水分、无矿物状态的煤为基准无矿物状态的煤为基准m,mmf7/25/202455张红梅 工业分析 2010-2011学年2、空气干燥基按下列公式换算成其他基、空气干燥基按下列公式换算成其他基（1）收到基煤样的灰分和挥发分）收到基煤样的灰分和挥发分（2）干燥基煤样的灰分和挥发分）干燥基煤样的灰分和挥发分（3）干燥无灰基煤样的挥发分）干燥无灰基煤样的挥发分7/25/202456张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and A
63、nalytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 五、各种基准的换算五、各种基准的换算当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量12时，则时，则收到基煤样的灰分和挥发分产率，；收到基煤样的灰分和挥发分产率，；空气干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；空气干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；收到基煤样的水分的含量，；收到基煤样的水分的含量，；干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；干燥基煤样的灰分和挥发分产率，；干燥无灰基煤样的灰分和挥发分产率，；干燥无灰基煤样的灰分和挥发分产率，；返回7/25/202457张红梅 工业分析
64、2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 例：煤的工业分析结果如下：例：煤的工业分析结果如下： 空气干燥基的水分空气干燥基的水分M Madad=1.76%=1.76%， 灰分灰分A Aadad=23.17%=23.17%，挥发分，挥发分V Vadad=8.59%=8.59% 计算：计算： （1 1）干基的灰分）干基的灰分A Ad d=?=? （2 2）干燥无灰基的挥发分）干燥无灰基的挥发分V Vdafdaf= =？7/25/202458张红梅 工业分析 2010-2011学年I
65、norganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 解：解： 7/25/202459张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 第四节第四节 煤的元素分析煤的元素分析一、碳和氢的测定一、碳和氢的测定二、氮的测定二、氮的测定三、氧的计算三、氧的计算返回7/25/202460张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryI
66、norganic and Analytical Chemistry 一、碳和氢的测定一、碳和氢的测定1、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样在氧气流中燃、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样在氧气流中燃烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸水烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸水剂吸收，由吸水剂的增重计算煤中碳和氢的含量。剂吸收，由吸水剂的增重计算煤中碳和氢的含量。2、试剂和材料、试剂和材料3、仪器、设备、仪器、设备4、试验准备、试验准备（1）净化系统各容器的充填和连续）净化系统各容器的充填和连续（2）吸收系统各容器的充填和连续）吸收系统各容器的充填和连续（3）燃烧管的填充）燃烧
67、管的填充（4）炉温的校正）炉温的校正（5）空白试验）空白试验7/25/202461张红梅 工业分析 2010-2011学年5、测定步骤、测定步骤6、结果计算、结果计算C Cadad -空气干燥基煤样的碳含量，；空气干燥基煤样的碳含量，；H Hadad -空气干燥基煤样的氢含量，；空气干燥基煤样的氢含量，；m1-吸收二氧化碳管的增量，吸收二氧化碳管的增量，g; m2-吸收水分管的增量，吸收水分管的增量，g;m3-水分空白值，水分空白值，g; m-煤样的质量，煤样的质量，g;0.2729将二氧化碳折算成碳的因数；将二氧化碳折算成碳的因数；0.1119将水折算成氢的因数；将水折算成氢的因数；M Ma
68、dad - -空气干燥煤样的水分含量，空气干燥煤样的水分含量，7/25/202462张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量2 2时，则时，则返回7/25/202463张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 二、氮的测定二、氮的测定1、方法提要：称
69、取一定量的空气干燥煤样，加热混合催、方法提要：称取一定量的空气干燥煤样，加热混合催化剂和硫酸，加热分解，氮转化为硫酸氢铵。加入过量的化剂和硫酸，加热分解，氮转化为硫酸氢铵。加入过量的氢氧化钠溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸标氢氧化钠溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸标准溶液滴定。根据用去的硫酸量，计算煤中氮的含量。准溶液滴定。根据用去的硫酸量，计算煤中氮的含量。2、试剂、试剂3、仪器、设备、仪器、设备4、测定步骤、测定步骤（1）消化（）消化（2）碱化、蒸馏和吸收（）碱化、蒸馏和吸收（3）滴定）滴定7/25/202464张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic a
70、nd Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 二、氮的测定二、氮的测定5、结果计算、结果计算N Nadad 空气干燥煤样的氮含量，；空气干燥煤样的氮含量，；C硫酸标准溶液的浓度，硫酸标准溶液的浓度，mol/LV1 硫酸标准溶液的用量，硫酸标准溶液的用量，mL;V2 空白试验时硫酸标准溶液的用量，空白试验时硫酸标准溶液的用量， mL;0.014 氮（氮（1/2N2）的毫摩尔质量，）的毫摩尔质量，g/mmol; m 煤样的质量，煤样的质量，g。6、方法讨论、方法讨论返回7/25/202465张红梅 工业分析 2010-2011学
71、年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 三、氧的计算三、氧的计算氧的含量按下式计算氧的含量按下式计算当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量当空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳含量2时，则时，则O Oadad 空气干燥煤样的氧含量，；空气干燥煤样的氧含量，；S St,adt,ad 空气干燥煤样的全硫含量，；空气干燥煤样的全硫含量，；M Madad - -空气干燥煤样的水分含量，；空气干燥煤样的水分含量，；A Aadad - -空气干燥煤样的灰分含量，；空气干燥煤样的灰分含量，；空气干燥煤样中碳酸盐和二氧
72、化碳的含量，。空气干燥煤样中碳酸盐和二氧化碳的含量，。返回7/25/202466张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 硫是煤中的有害成分，硫的测定是煤质分析的主要指标硫是煤中的有害成分，硫的测定是煤质分析的主要指标之一。作为之一。作为燃烧、气化、炼焦燃烧、气化、炼焦等用的煤，若含硫量高，则燃烧等用的煤，若含硫量高，则燃烧时产生的硫氧化物将对设备产生严重的腐蚀作用，同时污染大时产生的硫氧化物将对设备产生严重的腐蚀作用，同时污染大气，并对生物环境造成恶劣的后果
73、；如用于制气，并对生物环境造成恶劣的后果；如用于制半水煤气半水煤气，则气，则气体中产生的硫化氢含量高且不易除净，用此水煤气生产合成氨，体中产生的硫化氢含量高且不易除净，用此水煤气生产合成氨，其中的硫化氢会使催化剂中毒而失效；如用于其中的硫化氢会使催化剂中毒而失效；如用于炼焦工业炼焦工业，煤中，煤中高含量的硫分被带入焦炭，而用这种焦炭进行炼钢，则使钢铁高含量的硫分被带入焦炭，而用这种焦炭进行炼钢，则使钢铁产生热脆性而无法使用。因此工业生产部门为了更好地掌握煤产生热脆性而无法使用。因此工业生产部门为了更好地掌握煤地质量，合理利用资源，必须对煤中地含硫量进行分析。地质量，合理利用资源，必须对煤中地含
74、硫量进行分析。第五节煤中全硫的测定第五节煤中全硫的测定7/25/202467张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 煤中的硫一般分为无机硫和有机硫两大类。硫化物、煤中的硫一般分为无机硫和有机硫两大类。硫化物、硫酸盐以及微量元素硫属于无机硫；煤中的有机硫常以硫酸盐以及微量元素硫属于无机硫；煤中的有机硫常以硫醚、二硫化物等形式存在煤的结构中，组成很复杂。硫醚、二硫化物等形式存在煤的结构中，组成很复杂。工业分析通常不要求将无机硫和有机硫分别测定出来，工业分析通常不
75、要求将无机硫和有机硫分别测定出来，而是测定其全硫的含量。而是测定其全硫的含量。 测定煤中全硫量有测定煤中全硫量有艾氏卡法艾氏卡法、库仑法库仑法和和高温燃烧中和高温燃烧中和法法。而。而艾氏卡法艾氏卡法是世界公认的测定煤中全硫量的标准方是世界公认的测定煤中全硫量的标准方法，在仲裁分析中，可采用法，在仲裁分析中，可采用艾氏卡法艾氏卡法。7/25/202468张红梅 工业分析 2010-2011学年方法提要方法提要将煤样与艾氏卡试剂混合灼烧，煤中硫生成硫酸盐，然后是将煤样与艾氏卡试剂混合灼烧，煤中硫生成硫酸盐，然后是硫酸根离子生成硫酸钡沉淀，根据硫酸钡的质量计算煤中全硫酸根离子生成硫酸钡沉淀，根据硫酸
76、钡的质量计算煤中全硫的含量。硫的含量。试剂和材料试剂和材料艾氏卡试剂艾氏卡试剂（以下简称艾试剂）：以两份质量的化学纯轻（以下简称艾试剂）：以两份质量的化学纯轻质质氧化镁氧化镁与一份质量的化学纯与一份质量的化学纯无水碳酸钠无水碳酸钠混合并研细至粒混合并研细至粒度小于度小于0.2mm后保存在密闭容器中。后保存在密闭容器中。盐酸溶液：（盐酸溶液：（1+1）水溶液）水溶液氯化钡溶液：氯化钡溶液：100g/L甲基橙溶液：甲基橙溶液：20g/L硝酸银溶液：硝酸银溶液：10g/L，加入几滴硝酸，贮入深色瓶中。，加入几滴硝酸，贮入深色瓶中。瓷坩埚：容量瓷坩埚：容量30mL和和1020mL两种。两种。一、艾氏卡
77、法一、艾氏卡法7/25/202469张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 仪器仪器分析天平：感量分析天平：感量0.0001g。马弗炉：附测温和控温仪表，能升温到马弗炉：附测温和控温仪表，能升温到900，温度可调并，温度可调并可通风。可通风。测定步骤测定步骤1.于于 30mL坩埚内称取粒度小于坩埚内称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样的空气干燥煤样1g（准确至（准确至0.0002g）和艾试剂）和艾试剂2g（准确至（准确至0.1g），混合均），混合均匀，再用匀
78、，再用1g（准确至（准确至0.1g）艾试剂覆盖。）艾试剂覆盖。2.将装优煤样的坩埚移入通风良好的马弗炉中，在将装优煤样的坩埚移入通风良好的马弗炉中，在12h内从内从室温逐渐加热到室温逐渐加热到800850，并在该温度下保持，并在该温度下保持12h3.将坩埚从炉中取出，冷却至室温。用玻璃棒将坩埚中的灼将坩埚从炉中取出，冷却至室温。用玻璃棒将坩埚中的灼烧物仔细搅松捣碎烧物仔细搅松捣碎（如发现有未烧尽的煤粒，应在（如发现有未烧尽的煤粒，应在 800850下继续灼烧下继续灼烧0.5h），），然后转移到然后转移到400mL烧杯烧杯中。用热水冲洗坩埚内壁，将洗液收入烧杯，再加入中。用热水冲洗坩埚内壁，将洗
79、液收入烧杯，再加入100150mL刚煮沸的水，充分搅拌。刚煮沸的水，充分搅拌。如果此时尚有黑色如果此时尚有黑色煤粒漂浮在液面上，则本次测定作废。煤粒漂浮在液面上，则本次测定作废。7/25/202470张红梅 工业分析 2010-2011学年 4.用用中速定性滤纸中速定性滤纸以倾泻法过滤，用热水冲洗以倾泻法过滤，用热水冲洗3次，然后将次，然后将残渣移入滤纸中，用热水仔细清洗残渣移入滤纸中，用热水仔细清洗10次，洗液总体积为次，洗液总体积为250300mL。5.向滤液中滴入向滤液中滴入23滴甲基橙指示剂，加盐酸溶液中和后再滴甲基橙指示剂，加盐酸溶液中和后再过量过量2mL，使溶液成微酸性，将溶液加热
80、到沸腾，在不，使溶液成微酸性，将溶液加热到沸腾，在不断搅拌下滴加氯化钡溶液断搅拌下滴加氯化钡溶液10mL，在近沸状况下保持约，在近沸状况下保持约2h，最后溶液体积为，最后溶液体积为200mL左右。左右。6.溶液冷却或静置过夜后用致密溶液冷却或静置过夜后用致密无灰定量滤纸无灰定量滤纸过滤，并用热过滤，并用热水洗至无氯离子为止（用水洗至无氯离子为止（用NO3-检验检验）。）。7.将待沉淀的滤纸移入已知质量的瓷坩埚中，先再低温下灰将待沉淀的滤纸移入已知质量的瓷坩埚中，先再低温下灰化滤纸，然后再温度为化滤纸，然后再温度为800850马弗炉中灼烧马弗炉中灼烧2040min，取出坩埚，在空气中稍加冷却后放
81、入干燥，取出坩埚，在空气中稍加冷却后放入干燥器中冷却至室温（约器中冷却至室温（约2530min）,称量。称量。8.每配制一批艾试剂或更换其它任意试剂时，应进行两个以每配制一批艾试剂或更换其它任意试剂时，应进行两个以上空白试验（除不加煤样外），全部操作按本方法上空白试验（除不加煤样外），全部操作按本方法“4.测定步骤测定步骤”进行，进行，硫酸钡质量的极差不得大于硫酸钡质量的极差不得大于0.0010g，取算术平均值作为空白值。，取算术平均值作为空白值。7/25/202471张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic
82、 and Analytical Chemistry 结果计算结果计算测定结果按下式计算：测定结果按下式计算：式中式中St.ad空气干燥煤样中全硫含量。空气干燥煤样中全硫含量。%m1硫酸钡质量，硫酸钡质量，gm2空白试验的硫酸钡质量，空白试验的硫酸钡质量，g0.1374由硫酸钡换算为硫的系数由硫酸钡换算为硫的系数m煤样质量。煤样质量。g7/25/202472张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 注意事项注意事项1.艾氏法以测硫准确为其特点，因此它用于艾氏法以
83、测硫准确为其特点，因此它用于仲裁分仲裁分析析，也是检验其它测硫方法准确性的依据，也是检验其它测硫方法准确性的依据.2.艾氏法不用专门的仪器设备，一般煤质实验室均艾氏法不用专门的仪器设备，一般煤质实验室均具备条件，但对人员的操作要求较高。具备条件，但对人员的操作要求较高。7/25/202473张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 3.3.必必须在在通通风下下进行行半半熔熔反反应，否否则煤煤粒粒燃燃烧不不完完全全而而使使部部分分硫硫不不能能转化化为SOSO2
84、2。这就就是是为什什么么在在半半熔熔完完毕后，用水抽提不得有黑色后，用水抽提不得有黑色颗粒的粒的缘故。故。 4. 4. 在在用用水水浸浸取取、洗洗涤时，溶溶液液体体积不不宜宜过大大，当当加加入入BaC1BaC12 2溶溶液液后后，最最后后体体积应在在200mL200mL左左右右为宜宜。体体积过大大，虽然然BaSOBaSO4 4的的溶溶度度积不不大大，但但是是也也会会影影响响测定定值（偏低）。（偏低）。5.5.调节酸酸度度到到微微酸酸性性，同同时再再加加热，是是为了了消消除除COCO3 32-2-的影响：的影响：2H2H+ + + CO + CO3 32-2- = H = H2 2O + COO
85、 + CO2 2 7/25/202474张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 7.7.在在洗洗涤过程程中中，每每次次吹吹入入蒸蒸馏水水前前，应该将将洗洗液液都都滤干，干，这样洗洗涤效果效果较好。好。8.8.在灼在灼烧前不得残留前不得残留滤纸，高温炉也，高温炉也应通通风。如果。如果这两方面不注意，两方面不注意，BaSOBaSO4 4会被会被还原而原而导致致测定定结果果偏低。偏低。 BaSO BaSO4 4 + 2C = BaS + 2CO + 2C = Ba
86、S + 2CO2 2 6.在热溶液中加入在热溶液中加入BaCl2溶液以及在搅拌下慢慢滴加，溶液以及在搅拌下慢慢滴加，都是为了防止都是为了防止Ba2+局部过浓，以致造成局部局部过浓，以致造成局部Ba2+和和SO42-的乘积大于溶度积而析出沉淀。的乘积大于溶度积而析出沉淀。在上述条件下可以使在上述条件下可以使BaSO4晶体慢慢形成，长成较晶体慢慢形成，长成较大颗粒。大颗粒。 7/25/202475张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 二、二、库仑滴定法库仑滴定
87、法1、方法原理、方法原理煤样在催化剂作用下，在空气流中燃烧分解，生成煤样在催化剂作用下，在空气流中燃烧分解，生成的的SOSO2 2用碘化钾吸收，电解碘化钾溶液产生的用碘化钾吸收，电解碘化钾溶液产生的I I2 2滴定滴定SOSO2 2，根据电解所需电量，计算出根据电解所需电量，计算出S S的含量。的含量。2 2、试剂和材料、试剂和材料3 3、仪器设备、仪器设备4 4、测定步骤、测定步骤（1 1） 试验准备试验准备（2）测定顺序）测定顺序7/25/202476张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and An
88、alytical Chemistry 二、二、库仑滴定法库仑滴定法5、结果计算、结果计算当库仑积分器最终显示数为硫的质量时，全硫当库仑积分器最终显示数为硫的质量时，全硫含量按下式计算含量按下式计算S St,adt,ad 空气干燥煤样的全硫含量，；空气干燥煤样的全硫含量，；m1 库仑积分器显示值，库仑积分器显示值，mg;m 煤样的质量，煤样的质量，mg。返回7/25/202477张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 三、三、高温燃烧法高温燃烧法1、方法原理、
89、方法原理煤煤在在催催化化剂剂作作用用下下，在在氧氧气气流流中中燃燃烧烧，生生成成的的硫硫氧氧化化物物，用用过过氧氧化化氢氢溶溶液液吸吸收收，生生成成硫硫酸酸，用用氢氢氧氧化化钠钠标标液液滴滴定定生生成的硫酸，根据消耗体积及浓度计算出煤中全硫的含量。成的硫酸，根据消耗体积及浓度计算出煤中全硫的含量。2、试剂和仪器、试剂和仪器3、测定步骤、测定步骤（1）试验准备）试验准备（2）测定）测定（3）空白测定）空白测定7/25/202478张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemi
90、stry 三、三、高温燃烧法高温燃烧法4、结果计算、结果计算（1）用氢氧化钠标准溶液的浓度计算煤中全硫含量）用氢氧化钠标准溶液的浓度计算煤中全硫含量S St,adt,ad 空气干燥煤样的全硫含量，；空气干燥煤样的全硫含量，；V1 煤样测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，煤样测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL;V0 空白测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，空白测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL; c 氢氧化钠标准溶液的浓度，氢氧化钠标准溶液的浓度，mol/L;0.0016硫的毫摩尔质量，硫的毫摩尔质量， g ；f 校正系数，校正系数，P66m 煤样的质量，煤样的质量，g。7/25/202479张红梅
91、 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 三、三、高温燃烧法高温燃烧法(2)用氢氧化钠标准溶液的滴定度计算煤中全硫含量用氢氧化钠标准溶液的滴定度计算煤中全硫含量S St,adt,ad 空气干燥煤样的全硫含量，；空气干燥煤样的全硫含量，；V 煤样测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，煤样测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL;V0 空白测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，空白测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL; T 氢氧化钠标准溶液的滴定度，氢氧化钠标准溶液的滴定度，g/mL;
92、m 煤样的质量，煤样的质量，g。返回7/25/202480张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 第六节煤的发热量的测定第六节煤的发热量的测定 一、发热量的表示方法一、发热量的表示方法 二、发热量的测定方法二、发热量的测定方法三、发热量的计算法三、发热量的计算法 返回7/25/202481张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemist
93、ry 煤的发热量是煤质分析的重要指标之一。煤的发热量是煤质分析的重要指标之一。 1. 1. 煤作为动力燃料，其发热量越高，经济价值煤作为动力燃料，其发热量越高，经济价值就越大。就越大。 2. 煤在燃烧或气化过程中，还须用煤的发热量计煤在燃烧或气化过程中，还须用煤的发热量计算热平衡、耗煤量和热效率。根据这些计算参数算热平衡、耗煤量和热效率。根据这些计算参数即可考虑改进操作条件和工艺过程，从而设法达即可考虑改进操作条件和工艺过程，从而设法达到最大的热能利用率。到最大的热能利用率。 煤煤的的发发热热量量是是表表征征煤煤炭炭各各种种特特征征的的综综合合指指标标，在在煤煤质质研研究究中中也也是是一一个个
94、十十分分重重要要的的参参数数。煤煤的的发发热热量量也也是是反反映映煤煤化化程程度度的的指指标标，还还常常作作为为煤碳分类煤碳分类的指标。的指标。7/25/202482张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 一、发热量的表示方法煤的发热量或热值是指单位质量的煤完全煤的发热量或热值是指单位质量的煤完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时（室温）所放出的热量，用（室温）所放出的热量，用Q Q表示。表示。 发热量的单位发热量的单位
95、: : J/g、kJ/kg或或MJ/kg表示。表示。过去曾使用卡（过去曾使用卡（cal）作单位，）作单位，1 cal = 4.1816 J。 7/25/202483张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 发热量的种类和基准发热量的种类和基准煤的发热量分类：煤的发热量分类：弹筒发热量弹筒发热量恒容高位发热量恒容高位发热量恒容低位发热量恒容低位发热量7/25/202484张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical C
96、hemistryInorganic and Analytical Chemistry 二、发热量的测定方法二、发热量的测定方法1、方法提要、方法提要一定质量煤样，置于过氧化氢的氧弹中完全一定质量煤样，置于过氧化氢的氧弹中完全燃烧放出热量，被一定量的水吸收，根据水温升燃烧放出热量，被一定量的水吸收，根据水温升高，计算出煤的发热量。高，计算出煤的发热量。 2、测定步骤、测定步骤3、结果计算、结果计算（1）弹筒发热量弹筒发热量Q Qb,adb,ad 的计算的计算a.a.恒温式量热计恒温式量热计7/25/202485张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytica
97、l ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 7/25/202486张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 7/25/202487张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 7/25/202488张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytica
98、l ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 测定步骤简述测定步骤简述1 准确称取待测煤样并适当处理2 在氧弹内的电极柱上安装已知质量的点火丝；3 在氧弹内加入适量水用以吸收燃烧过程中产生的氮氧化物和硫氧化物；4 向氧弹内充氧气至一定压力；5 向内桶加入准确质量的规定水并调节内、外桶的水至一定温度；6 装好内桶、氧弹并检查氧弹气密性；7 装好各温度计、搅拌器点火电极插头等部件；7/25/202489张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytic
99、al Chemistry 9 开始测定：开搅拌器，5分钟后读取内桶温度（精确至0.001）和外桶温度（精确至0.05 ），点火。观察内桶温度在30s内迅速上升 说明点火成功，否则实验作废；10 点火后间隔一定时间读取一次内桶温度，以第 一个下降温度作为终点温度；11 实验完成后停止搅拌取出内桶和氧弹、放气， 打开氧弹观察试样是否完全燃烧；12 找出未烧完的点火丝，测定其质量，用于结果 计算7/25/202490张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 7/25
100、/202491张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 二、发热量的测定方法二、发热量的测定方法b.绝热式量热计绝热式量热计（2）恒容高位）恒容高位发热量发热量Q Qgr,v,adgr,v,ad 的计算的计算Q Qgr,v,adgr,v,ad分析煤样的分析煤样的高位高位发热量，发热量， J/g J/g；Q Qb,adb,ad 分析试样的分析试样的弹筒发热量，弹筒发热量， J/g J/g；S Sb,adb,ad 由弹筒洗液测得的硫含量（）由弹筒洗液测得的硫含量（
101、）；9595硫酸生成热校正系数，硫酸生成热校正系数， J J；硝酸生成热校正系数。硝酸生成热校正系数。7/25/202492张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 二、发热量的测定方法二、发热量的测定方法（3）恒容低位）恒容低位发热量发热量Q Qnet,V,adnet,V,ad的计算的计算 Q Qnet,V,adnet,V,ad 分析煤样的分析煤样的低位低位发热量，发热量， J/g J/g；Q Qgr,v,adgr,v,ad分析煤样的分析煤样的高位高位发热量
102、，发热量， J/g J/g；分析煤样中氢的含量，；分析煤样中氢的含量，；25常数，常数， J J。返回7/25/202493张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 三、发热量的计算三、发热量的计算法 （1）烟煤的）烟煤的的经验计算公式为的经验计算公式为（2）褐煤的）褐煤的的经验计算公式为的经验计算公式为返回7/25/202494张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic an
103、d Analytical Chemistry 常用的表示方法常用的表示方法 除了介绍过的三种发热量，煤的分析又有五种除了介绍过的三种发热量，煤的分析又有五种不同的基准。因此煤的发热量就可以有十五种不不同的基准。因此煤的发热量就可以有十五种不同的表示方法，但其中有些表示方法的实际应用同的表示方法，但其中有些表示方法的实际应用意义不大。常用的有下列五种：意义不大。常用的有下列五种： 4.1 空气干燥基弹筒发热量，空气干燥基弹筒发热量，Qb,ad；4.2 空气干燥基高位发热量，空气干燥基高位发热量，Qgr,ad；4.3 干基高位发热量，干基高位发热量，Qgr,d；4.4 干燥无灰基高位发热量，干燥无
104、灰基高位发热量，Qgr,daf；4.5 收到基低位发热量，收到基低位发热量，Qnet,ar； 7/25/202495张红梅 工业分析 2010-2011学年Inorganic and Analytical ChemistryInorganic and Analytical Chemistry 注意表示方法的问题注意表示方法的问题空空气气干干燥燥基基弹弹筒筒发发热热量量只只作作为为测测定定的的原原始始数数据据，应应以以高高位位发发热热量量作作测测定定结结果果报报出出。动动力力燃燃料料必必须须使使用用收收到到基基低低位位发发热热量量。在在使使用用发发热热量量结结果果时时，必必须须搞搞清清楚楚其其类类别别和和基准；否则会造成很大的误差。基准；否则会造成很大的误差。7/25/202496张红梅 工业分析 2010-2011学年
