电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质

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2、物理性质和物理化学性质煤的物理性质和物理化学性质第四章 煤的一般性质2电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质一、煤的密度一、煤的密度 二、煤的空间结构和表面性质二、煤的空间结构和表面性质三、煤的机械性质三、煤的机械性质四、煤的热性质四、煤的热性质五、煤的电性质与磁性质五、煤的电性质与磁性质六、煤的光学性质六、煤的光学性质七、煤的其他物理性质七、煤的其他物理性质主要内容3电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质一、 煤的密度density1、真、真(相对相对)密度密度 True Relative Density, TRD (真比重真比重) （1 ）真真密密度度的的概概念念：真真密密度度是是指指

3、在在 20 时时， 单单位位体体积积（不不包包括括煤煤中中所所有有孔孔隙隙） 煤煤的的质质量量与与同同体体积积水水的的质量之比，质量之比， 用用 TRD 表示，表示，单位为单位为g/cm3。4电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z（2） 真密度的真密度的测定测定：现行的国家标准是现行的国家标准是GB/212-2008z密度瓶法，该法以十二烷基硫酸钠溶液为浸润剂，以密度瓶法，该法以十二烷基硫酸钠溶液为浸润剂，以水做置换介质，使煤样在密度瓶中润湿沉降并排除吸水做置换介质，使煤样在密度瓶中润湿沉降并排除吸附的气体，即可根据阿基米德原理测出与煤样同体积附的气体，即可根据阿基米德原理测出与煤样同体积

4、的纯水重量并计算出煤的真相对密度。的纯水重量并计算出煤的真相对密度。z 公式如下：公式如下：TRD=TRD 干燥煤的真相对密度，单位为g/cm3；md干燥煤样质量，单位为克（g）；m2密度瓶加浸润剂和水的质量，单位为克（g）；m1密度瓶加煤样、侵润剂和水的质量，单位为克（g）。5电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z干基煤样重量按下式计算md=m式中m空气干燥基煤样的质量，单位为克（g）；Mad空气干燥基煤样水分（按GB/T212规定测定）的质量分数，%。在室温下测定的结果按下列计算 TRD=kt Kt温度校正系数，t为室温，C dt水在t（ ）时的真相对密度，单位为g/cm3； d20水

5、在20（）时的真相对密度，单位为g/cm3。 6电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z一一般般来来说说，随随着着煤煤化化程程度度的的提提高高，煤煤的的结结构构越越趋趋紧紧密密化化，因因而而煤煤的的密密度度也也应应不不断断增增加加。然然而而，实实际际上上如如图图4-6 所所示示，在在煤煤化化程程度度较较低低时时，即即镜镜质质组组的的 C87%的的情情况况下下，镜镜质质组组的的密密度度反反而而随随煤煤化化程程度度增增高高而而降降低低。在在C87% 之之前前, H/C 、O/C 、N/C 的的变变化化幅幅度度，以以 O 减减少少的的幅幅度度最最大大。由由于于氧氧的的迅迅速速减减少少，且且氧氧的的

6、原原子子量量又又较较碳碳的的原原子子量量为为大大， 因因而而碳碳的的相相对对增增长长率率低低于于氧氧的的减减少少速速度度，这这使使煤煤的的密密度度相相对对地地降降低低了了，C=87% 时时，密度达极小值密度达极小值（1.274g/cm3）。）。 （3 ）煤的真相对密度）煤的真相对密度与煤化程度的关系与煤化程度的关系 7电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质影响因素z成煤物质、变质程度，煤岩组分，煤中矿物质的特性和含量。z腐植煤密度高于腐泥煤。z年轻煤密度为1315，烟煤1314，无烟煤1351.9。从年轻煤到烟煤的密度变化不甚明显以含碳量(C)为85%的烟煤的密度为最低(1.28-130)，

7、然后随变质程度增高密度逐渐增大，到了无烟煤阶段，密度随变质程度有规律地急剧增加。z不同煤岩组分的煤的密度不同，丝炭的密度最大；镜煤的密度较小。8电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z煤的密度随煤中矿物质含量(灰分)的增加而增高。粗略地认为，灰分产率每增加1%媒的干基真密度(d)约增高0.01。9电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质 2.1 视密度的概念：视密度的概念：在在20时煤单位体积（包括煤的时煤单位体积（包括煤的孔隙但不包括煤粒间的空隙）的质量与同体积水的孔隙但不包括煤粒间的空隙）的质量与同体积水的质量之比，用符号质量之比，用符号ARD来表示，单位为来表示，单位为g/cm3。 2

8、.2 视密度的用途视密度的用途用于计算煤炭储量和设计贮煤仓的依据用于计算煤炭储量和设计贮煤仓的依据 。计算煤的孔隙率计算煤的孔隙率100， 2、煤的视煤的视(相对相对)密度密度 10电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质（1 ）堆积密度的）堆积密度的概念：概念： 煤的堆积密度是单位体积煤的堆积密度是单位体积(包括煤颗粒之间的孔隙和煤颗粒包括煤颗粒之间的孔隙和煤颗粒内部的毛细孔内部的毛细孔)的煤的质量，用的煤的质量，用BRD表示，单位为表示，单位为t/m3或或kg/m3。 堆积密度的大小除了与煤的真密度有关外，主要决定于煤的堆积密度的大小除了与煤的真密度有关外，主要决定于煤的粒度组成和堆积的密

9、实度。粒度组成和堆积的密实度。（2 ）堆积密度的）堆积密度的用途：用途： 设计矿车、煤仓、估算煤堆重量、炼焦炉炭化室和气化炉的设计矿车、煤仓、估算煤堆重量、炼焦炉炭化室和气化炉的装煤量装煤量3、 煤的堆积密度煤的堆积密度11电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质4、纯煤真密度、纯煤真密度z指除去矿物质和水分后煤中有机质的真密度，在高变质煤中指除去矿物质和水分后煤中有机质的真密度，在高变质煤中可作为煤分类的一项参数，在国外已用来作为划分无烟煤类可作为煤分类的一项参数，在国外已用来作为划分无烟煤类的依据。的依据。12电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质5、影响煤密度的因素、影响煤密度的因素z

10、主要有煤的种类（成因因素）、岩相组成、煤化程度、矿主要有煤的种类（成因因素）、岩相组成、煤化程度、矿物质的种类和含量等。物质的种类和含量等。（1）成因因素的影响）成因因素的影响腐植煤的真密度总比腐泥煤大。纯腐植煤的真密度在腐植煤的真密度总比腐泥煤大。纯腐植煤的真密度在1.25以以上，而纯腐泥煤（苏联哈哈列依腐泥煤）的真密度为上，而纯腐泥煤（苏联哈哈列依腐泥煤）的真密度为1.0。（ 2）煤化程度的影响）煤化程度的影响随煤化程度的加深而提高。煤化度不深时，真密度增加较慢。随煤化程度的加深而提高。煤化度不深时，真密度增加较慢。接近无烟煤时，真密度增加很快。各类型的煤的真密度范围接近无烟煤时，真密度增

11、加很快。各类型的煤的真密度范围大致如下：泥炭为大致如下：泥炭为0.72;褐煤为褐煤为0.81.35;烟煤为烟煤为1.25-1.50;无无烟煤为烟煤为1.36-1.80。 13电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质（3）岩相的影响）岩相的影响就腐植煤而言，丝炭比重最大，镜煤、亮煤最小。就腐植煤而言，丝炭比重最大，镜煤、亮煤最小。 丝炭真密度为丝炭真密度为1.371.52;暗煤为暗煤为1.30-1.37;镜煤为镜煤为1.281.30;亮煤为亮煤为1.271.29。（4）矿物质的影响）矿物质的影响灰分每增加灰分每增加1%，则煤的密度增加，则煤的密度增加0.01% （5）水分及风化的影响）水分及风化

12、的影响水分含量愈大煤的密度重愈大，但这项因素较为次要。水分含量愈大煤的密度重愈大，但这项因素较为次要。煤的风化作用的影响使煤的密度增加，因为风化以后灰分煤的风化作用的影响使煤的密度增加，因为风化以后灰分与水分相对地增加了。特别是煤层露出地面的地方，灰分与水分相对地增加了。特别是煤层露出地面的地方，灰分增加的特别快。增加的特别快。 14电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质二、煤的空间结构和表面性质二、煤的空间结构和表面性质（一）煤的润湿性及润湿热（一）煤的润湿性及润湿热指指液液体体与与固固体体接接触触时时，固固体体被被液液体体所所润润湿湿的的程程度度。用用润湿程度表示液体与固体接触时它们之间

13、的相互关系。润湿程度表示液体与固体接触时它们之间的相互关系。若若液液滴滴能能润润湿湿固固体体，则则液液滴滴的的形形状状如如图图4-7a所所示示，此此时时接接触触角角日日为为锐锐角角；若若液液滴滴不不能能润润湿湿，则则如如图图4-7(b)所所示，此时接触角口为钝角。示，此时接触角口为钝角。煤基本上是非极性的固体，因此，煤的表面亲非极性煤基本上是非极性的固体，因此，煤的表面亲非极性的煤油，葸油，柴油等液体，而疏极性的水。的煤油，葸油，柴油等液体，而疏极性的水。g-sg-sl-s15电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质煤的润湿性随煤化程度变化规律煤的润湿性随煤化程度变化规律 煤煤的的润润湿湿性性

14、取取决决于于煤煤表表面面的的分分子子结结构构特特点点。通通常常分分别别用用水水和和苯苯作作为为液液体体介介质质测测定定煤煤的的接接触触角角，来来反反映映煤煤的的亲亲水水性性和和亲油性。亲油性。 日日本本学学者者太太刀刀川川等等人人用用氮氮-水水或或氮氮-苯苯系系统统作作为为测测定定介介质质，不同煤化程度煤采用粉末法测定不同煤化程度煤采用粉末法测定cos，发现：，发现：对对于于氮氮-水水系系统统，随随着着煤煤化化程程度度的的加加深深，接接触触角角增增大大，表表明明年轻煤易被水润湿，年老煤不易润湿。年轻煤易被水润湿，年老煤不易润湿。对对于于氮氮-苯苯系系统统，随随着着煤煤化化程程度度的的加加深深，

15、接接触触角角减减小小，表表明明年老煤煤比年轻煤易被苯润湿。年老煤煤比年轻煤易被苯润湿。 16电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质煤的润湿热煤的润湿热 （ 1） 润湿热的润湿热的概念概念：煤被液体润湿时，放出的热量称为润：煤被液体润湿时，放出的热量称为润湿热。通常用湿热。通常用1g煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。 润湿热的大小与液体种类和煤化程度有关。常用的润湿剂润湿热的大小与液体种类和煤化程度有关。常用的润湿剂是甲醇，甲醇能够在数分钟内释放出全部润湿热。是甲醇，甲醇能够在数分钟内释放出全部润湿热。（2 ） 润湿热的润湿热的本质本质：润湿热的产生实

16、际上是液体在煤的孔：润湿热的产生实际上是液体在煤的孔隙内表面上发生吸附作用的结果。吸附作用越强，比表面积越隙内表面上发生吸附作用的结果。吸附作用越强，比表面积越大，润湿热就越高。大，润湿热就越高。17电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质煤的润湿热与煤化程度的关系煤的润湿热与煤化程度的关系 图4-8 煤的甲醇润湿热与煤化程度的关系润湿热随煤化程度而变润湿热随煤化程度而变化的规律是不够严格的。化的规律是不够严格的。有人认为这是煤中矿物有人认为这是煤中矿物杂质的影响所致。导致杂质的影响所致。导致热量释放的原因除表面热量释放的原因除表面润湿外还有一些其他原润湿外还有一些其他原因，如年轻煤由于氧含因

17、，如年轻煤由于氧含量高，能与甲醇分子产量高，能与甲醇分子产生强烈的极化作用和氢生强烈的极化作用和氢键结合能放出热量，一键结合能放出热量，一部分矿物质与甲醇作用部分矿物质与甲醇作用也能放热。也能放热。 18电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质（二）煤的吸附性 z在成煤过程中，在成煤过程中，煤内部形成厂大量毛细管孔隙，这些孔隙煤内部形成厂大量毛细管孔隙，这些孔隙直径小，分布的又深又广，使煤具有很大的内表面积，这直径小，分布的又深又广，使煤具有很大的内表面积，这是煤能够吸附各种气体和液体的主要原因。是煤能够吸附各种气体和液体的主要原因。z煤的吸附能力大小煤的吸附能力大小与煤变质程度有关，低变质阶

18、段的煤，与煤变质程度有关，低变质阶段的煤，内表面积最大，吸附能力最强，所以最高内在水分含量最内表面积最大，吸附能力最强，所以最高内在水分含量最高；中等变质程度的烟煤，内表面积最小，吸附能力弱，高；中等变质程度的烟煤，内表面积最小，吸附能力弱，最高内在水分含量最小；高变质阶段的煤，内表面积大于最高内在水分含量最小；高变质阶段的煤，内表面积大于中等变质烟煤，吸附能力又强一些，最高内在水分含量又中等变质烟煤，吸附能力又强一些，最高内在水分含量又有所增加。有所增加。 19电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质单单位质量的煤所具有的总表面积，单位为位质量的煤所具有的总表面积，单位为m2/g。 测定煤比

19、表面积方法测定煤比表面积方法：（：（1）B.E.T.法法:一定条件下测定煤吸一定条件下测定煤吸附的气体质量。假定被吸附的气体分子在煤表面成单分子层发附的气体质量。假定被吸附的气体分子在煤表面成单分子层发布，这样根据吸附的气体质量和气体分子的截面积就可计算出布，这样根据吸附的气体质量和气体分子的截面积就可计算出煤的表面积。供吸附的气体有氮、二氧化碳和惰性气体氖、氩、煤的表面积。供吸附的气体有氮、二氧化碳和惰性气体氖、氩、氪等。这是经典方法。氪等。这是经典方法。 （2）孔体积法（）孔体积法（P.D.法）法） 根据微孔体积和直径进行计算，侧根据微孔体积和直径进行计算，侧煤的比表面积。煤的比表面积。（

20、3）气相色谱法）气相色谱法 把一定量煤样放在色谱柱内，在动态下测定把一定量煤样放在色谱柱内，在动态下测定柱后吸附气体的浓度随时间的变化，根据实验结果进行换算。柱后吸附气体的浓度随时间的变化，根据实验结果进行换算。这是新的测定方法。这是新的测定方法。1、煤的、煤的比表面积比表面积（三）煤的表面积（三）煤的表面积20电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z煤的比表面积与煤化程度的关系：煤的比表面积与煤化程度的关系：z煤化程度低的煤（褐煤）与煤化程度高的煤（无烟煤）其煤化程度低的煤（褐煤）与煤化程度高的煤（无烟煤）其比表面积大，中等程度的煤（烟煤），比表面积小。这比表面积大，中等程度的煤（烟煤），

21、比表面积小。这一规律反映了煤化过程中分子空间结构的变化。也就是一规律反映了煤化过程中分子空间结构的变化。也就是说煤内表面积的变化反映了煤内部结构的变化。说煤内表面积的变化反映了煤内部结构的变化。 z煤化程度低的煤侧链及官能团较多，空间结构松散故比表煤化程度低的煤侧链及官能团较多，空间结构松散故比表面积大。随煤化程度的增加，煤在变质作用下结构渐趋面积大。随煤化程度的增加，煤在变质作用下结构渐趋紧密（也反映在胶粒的毛细管空间结构上），因此表现紧密（也反映在胶粒的毛细管空间结构上），因此表现为烟煤比表面积小。但当煤化程度较高（一般碳含量超为烟煤比表面积小。但当煤化程度较高（一般碳含量超过过 90%）

22、接近无烟煤阶段时，则由于煤结构的变化、分）接近无烟煤阶段时，则由于煤结构的变化、分子排列趋向规则化甚至开始趋向于石墨晶体，而使煤的子排列趋向规则化甚至开始趋向于石墨晶体，而使煤的内表面积呈现增大的趋势。内表面积呈现增大的趋势。21电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质（四四）煤的煤的孔隙度孔隙度及其分布及其分布 1、煤的孔隙度：煤的孔隙度：煤是一种固态胶体物质，其内部煤是一种固态胶体物质，其内部存在着很多毛细管存在着很多毛细管capillary和孔隙。和孔隙。煤内部孔隙的煤内部孔隙的体积占煤的总体积的百分数，称为孔隙率体积占煤的总体积的百分数，称为孔隙率。 孔隙度=可用单位质量煤包含的孔隙体

23、积（cm3/g）表示。因为氦分子能充满煤的全部孔隙，而水银在不加压的条件下完全不能进入煤的孔隙，所以用下式可求出煤的孔隙度：孔隙度= 100% （4-38）22电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z2、孔隙度与煤孔隙度与煤化程度关系：化程度关系：z 煤煤化化程程度度低低的的煤煤，其其孔孔隙隙度度基基本本在在10%以以上上，中中等等煤煤化化程程度度的的煤煤（C为为90%附附近近）其其孔孔隙隙度度最最低低，约约3%。当当煤煤化程度进一步加深，孔隙度则增加。化程度进一步加深，孔隙度则增加。z3、孔径分布z煤中孔隙的孔径并不均匀，通常根据孔径大小将其划分为煤中孔隙的孔径并不均匀，通常根据孔径大小将

24、其划分为大孔、中孔和微孔，分别用大孔、中孔和微孔，分别用Vmac、Vmes和和Vmic表示，总孔表示，总孔容用容用Vt表示。表示。23电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z根据研究表明：根据研究表明：z年年轻轻煤煤中中的的孔孔隙隙主主要要是是由由胶胶体体孔孔隙隙转转化化而而来来的的，由由于于成成煤煤作作用用中中受受到到的的压压力力较较小小，孔孔径径也也就就较较大大；到到了了中中等等煤煤化化程程度度的的煤煤，由由于于煤煤化化作作用用，分分子子结结构构的的变变化化会会使使分分子子趋趋于于紧紧密密，因因而而孔孔隙隙会会减减小小；到到了了高高煤煤化化程程度度的的无无烟烟煤煤，煤煤分分子子缩缩聚聚加

25、加剧剧， 使使煤煤的的体体积积收收缩缩，由由于于收收缩缩不不均均，产产生生的的内内应应力力大大于于煤煤的的强强度度时时， 就就会会在在局局部部形形成成裂裂隙隙，这这些些裂裂隙隙基本以基本以微孔微孔为主。为主。 24电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质三、煤的机械性质 机械性质的概念：机械性质的概念：煤的机械性质是指煤在机煤的机械性质是指煤在机械力作用下，所表现的各种特性。械力作用下，所表现的各种特性。 如硬度如硬度 脆度脆度 可磨性可磨性 弹性弹性25电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质应用：应用： 煤的开采、煤的开采、 破碎破碎crushingcrushing、 燃烧燃烧combus

26、tioncombustion、 气化气化gasificationgasification 成型成型briquetingbriqueting26电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质刻划硬度刻划硬度 显微硬度显微硬度 （一）（一）煤的硬度煤的硬度27电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质刻划硬度刻划硬度 z1822 年年Mohs 首先提出一个半定量概念：以滑石首先提出一个半定量概念：以滑石作为作为1 、金刚石作为、金刚石作为10，采用一套具有标准硬度，采用一套具有标准硬度的矿物共分成的矿物共分成10 个等级，称为莫氏硬度个等级，称为莫氏硬度Mohs hardness，也称为刻划硬度，也称为刻

27、划硬度scratch hardness 。标。标准矿物的莫氏硬度见表准矿物的莫氏硬度见表43。28电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质表表421 标准矿物的莫氏硬度标准矿物的莫氏硬度矿矿 物物硬度级别硬度级别矿矿 物物硬度级别硬度级别滑滑 石石1长长 石石6石石 膏膏2石石 英英7方解石方解石3黄黄 晶晶8氟氟 石石4刚刚 玉玉9磷灰石磷灰石5金刚石金刚石1029电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质 根根据据莫莫氏氏硬硬度度的的划划分分，煤煤的的硬硬度度一一般般为为14。煤煤的的硬硬度度与与煤煤化化程程度度有有关关，中中等等煤煤化化程程度度的的焦焦煤煤，硬硬度度较较小小，约约为为22.

28、5，此此后后随随着着煤煤化化程程度度的的提提高高，硬硬度度增增加加，无无烟烟煤煤的的硬硬度度最最大大，约约为为4左左右右。同同一一煤煤化化程程度度的的煤煤，惰惰质质组组的的硬硬度度最最大大，壳壳质质组组最最小小，镜镜质质组组居居中中。刻刻划划硬硬度度的的准准确确性性较较差差，在在科科学学研研究究上上采用显微硬度采用显微硬度Microhardness的指标。的指标。 30电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质显微硬度显微硬度Microhardness 显微硬度属于压入硬度显微硬度属于压入硬度indentation hardness的一种。一般的一种。一般采用特殊形状（如角锥形、圆锥形等）而又非

29、常坚硬的压入采用特殊形状（如角锥形、圆锥形等）而又非常坚硬的压入器，施加一定的压力，使压入器压入到样品表面，形成压痕，器，施加一定的压力，使压入器压入到样品表面，形成压痕，卸除压力后用显微镜测量压痕的大小，如用方形棱锥形金刚卸除压力后用显微镜测量压痕的大小，如用方形棱锥形金刚石压入器时，测量压痕对角线石压入器时，测量压痕对角线diagonal line的长度，即可计算的长度，即可计算出显微硬度值。出显微硬度值。31电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质中国煤科院北京煤化所中国煤科院北京煤化所对中国对中国50多个主要矿区多个主要矿区的的400多个煤样进行过多个煤样进行过显微硬度的研究，得出显微

30、硬度的研究，得出显微硬度与煤化关系如显微硬度与煤化关系如图所示：图所示：32电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质显微硬度随煤化程度的变化显微硬度随煤化程度的变化 从褐煤开始，显微硬度随煤化程度提高而上升，从褐煤开始，显微硬度随煤化程度提高而上升，在碳含量为在碳含量为78 % 左右（长焰煤、气煤左右（长焰煤、气煤)之间有一之间有一个极大值个极大值maximum；此后，显微硬度随煤化程；此后，显微硬度随煤化程度提高而下降，在碳含量达到度提高而下降，在碳含量达到87%左右最低左右最低minimum；煤化程度再提高，显微硬度又开始；煤化程度再提高，显微硬度又开始上升，到无烟煤阶段，显微硬度几乎随煤

31、化程度上升，到无烟煤阶段，显微硬度几乎随煤化程度提高而直线增加。提高而直线增加。33电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z对于图对于图 4-11所示煤的显微硬度与碳含量的关系可以所示煤的显微硬度与碳含量的关系可以从煤的结构和组成加以解释。从煤的结构和组成加以解释。（ 1 ） 无烟煤具有高度芳香缩合结构，其机械性质无烟煤具有高度芳香缩合结构，其机械性质由组成高聚物空间结构链的数量及坚固性所决定。由组成高聚物空间结构链的数量及坚固性所决定。随着相邻碳网的结合、增大及碳网序理性（排列的随着相邻碳网的结合、增大及碳网序理性（排列的整齐程度）的加强，整齐程度）的加强， 硬度必随之增大。硬度必随之增大

32、。因而碳含量因而碳含量大于大于 87% 后，显微硬度急剧增大，后，显微硬度急剧增大，这是煤分子中芳这是煤分子中芳香碳网的增大及分子排列的序理性的加强所致。香碳网的增大及分子排列的序理性的加强所致。34电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z（ 2 ） 碳含量大于碳含量大于 78% 的烟煤阶段，其硬度变的烟煤阶段，其硬度变化与化与 O/C 和和 C 的关系相似（图的关系相似（图 6-3 ）。煤中氧的）。煤中氧的存在形式及多少，存在形式及多少， 使煤的性质发生巨大的改变。使煤的性质发生巨大的改变。随着氧原子数的减少，氧桥（随着氧原子数的减少，氧桥（ O ） 的减少，的减少，煤分子间结合力降低。反

33、映在硬度上就出现了自煤分子间结合力降低。反映在硬度上就出现了自不粘煤转为粘结煤的硬度的渐次降低。不粘煤转为粘结煤的硬度的渐次降低。 z（ 3 ）至于褐煤阶段，）至于褐煤阶段， 由于褐煤富有高塑性的腐由于褐煤富有高塑性的腐植酸及沥青质植酸及沥青质(一般含量约达一般含量约达 50% )， 这些成分的这些成分的硬度值很小。因此，硬度值很小。因此， 褐煤的低显微硬度可能与这褐煤的低显微硬度可能与这些高塑性物质的数量有关。些高塑性物质的数量有关。 35电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质（二）煤的可磨性（二）煤的可磨性 煤煤的的可可磨磨性性是是指指煤煤磨磨碎碎成成粉粉的的难难易易程程度度。可可磨磨性

34、性指指数数越越大大，煤煤越越易易被被磨磨碎碎。目目前前，国国际际上上普普遍遍采采用用哈哈特特格格罗罗夫夫法法评评定定煤煤的的可可磨磨性性(Hardgrove grindability index , HGI )。其其基基本本依依据据是是破破碎碎定定律律，也也就就是是研研磨磨煤煤粉粉所所消消耗耗的的功功与与煤煤磨磨碎碎后后的的新新的总表面积成正比。的总表面积成正比。36电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质 哈特格罗夫法哈特格罗夫法Hardgrove test 评定煤可磨性的测定要点是：评定煤可磨性的测定要点是：采采用用美美国国某某矿矿区区易易磨磨碎碎的的烟烟煤煤作作为为标标准准，其其可可磨磨

35、性性作作为为100。测测定定时时，称称取取粒粒度度为为0.631.25mm的的空空气气干干燥燥基基煤煤样样500.01g，在在规规定定条条件件下下，经经过过一一定定破破碎碎功功的的研研磨磨，用用筛筛分分方方法法测测定定新新增增的的表表面面积，由此算出煤的可磨性指数值。积，由此算出煤的可磨性指数值。 HGI=13+6.93m ( 4-33 ) 式中：HGI煤样的哈氏可磨性指数；m通过0.071mm筛孔（200目）的试样质量，g。，HGI值越大，煤样越易被粉碎。37电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质38电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质 被被测测煤煤样样在在哈哈氏氏可可磨磨仪仪上上研研

36、磨磨后后，根根据据200目目筛筛下下物物的的质质量量在在校校准准图图上上即即可可查查出出相相应应的的可可磨磨性性指指数数，用用HGI表表示示。HGI越越大大，表表示示煤煤的的可磨性越好，煤越容易被磨碎。可磨性越好，煤越容易被磨碎。 可磨性与煤化程度可磨性与煤化程度的关系见下图。的关系见下图。 39电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质HGI,%在低煤化度阶段，在低煤化度阶段，随煤化程度的增加，随煤化程度的增加，煤的可磨性缓慢增煤的可磨性缓慢增加，在碳含量为加，在碳含量为87%90%时，可时，可磨性迅速增大，在磨性迅速增大，在碳含量为碳含量为90%左右左右达到最大值，此后达到最大值，此后随煤化

37、程度的进一随煤化程度的进一步提高而迅速下降。步提高而迅速下降。40电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质（三）抗碎强度（脆度）z是煤受外力作用而破碎的程度。z1.抗碎强度的测定原理落下试验是衡量煤的机械强度大小最常用的方法之一煤炭抗碎强度S25=*100%式中m一试验前的试样质量，公斤；m1一一试验后大于25毫米级的质量，公斤。数值越小，越易碎；数值越大越坚固。41电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质2.抗碎强度与煤质的关系z煤的抗碎强度与煤化程度、煤岩成分、矿物含量以及风化、氧化等因素有关。中等煤化程度的煤抗碎强度较低。在不同的煤岩成分中，暗煤的抗碎强度最高，镜煤次之，丝炭最低；矿物含

38、量较高时抗碎强度较高；煤受到风化和氧化后抗碎强度降低。在不同变质程度的煤中，长焰煤和气煤的脆度较小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，无烟煤的脆度最小。42电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质四、煤的热性质 煤的热性质煤的热性质:比热容比热容导热性导热性热稳定性热稳定性43电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z煤煤的的热热稳稳定定性性的的概概念念：煤煤的的热热稳稳定定性性是是指指块块煤煤 Lump Coal 在在高高温温下下保保持持原原来来粒粒度度的的能能力力，即即块块煤煤在在高高温温汽汽化化或或燃燃烧烧过过程程中中对对热热的的稳稳定定程程度度，用用TS（Thermal Stability）

39、表示。）表示。z热热稳稳定定性性好好的的煤煤在在气气化化或或燃燃烧烧过过程程中中能能保保持持原原来来的的粒粒度度，而而不不碎碎成成小小块块或或破破碎碎较较少少。热热稳稳定定性性差差的的煤煤则则在在气气化化或或燃燃烧烧时时迅迅速速爆爆裂裂成成小小块块或或煤煤粉粉，造造成成炉炉内内气气流流阻阻力力增增加加，轻轻则则降降低低气气化化或或燃燃烧烧效效率率，严严重重则则破破坏坏整整个个气气化化过过程程，甚甚至至造造成成停停炉炉事事故故。因因此此，块煤气化或燃烧要求煤有足够的热稳定性。块煤气化或燃烧要求煤有足够的热稳定性。44电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质煤的热稳定性测定方法：煤的热稳定性测定方

40、法： 取取613mm的的煤煤样样在在850下下加加热热并并保保温温15min，取取出出冷冷却却后后用用6mm的的筛筛子子筛筛分分，计计算算筛筛上上物物质质量量占占焦焦渣渣总总质质量量的的百百分分数数，用用TS+6表表示示，TS+6值越大，则煤的热稳定性越好。值越大，则煤的热稳定性越好。 一一般般褐褐煤煤的的热热稳稳定定性性最最差差，其其次次是是无无烟烟煤煤，烟烟煤煤则较好。则较好。原因？原因？ 褐褐煤煤含含水水多多，受受热热后后水水分分蒸蒸发发，使使煤煤变变碎碎。无无烟烟煤煤结结构构致致密密，受受热热后后内内外外温温差差较较大大，膨膨胀胀不不均均，产生应力使煤破碎。产生应力使煤破碎。45电子课

41、件第二节煤的物理性质和物理化学性质 煤的比热容煤的比热容 z煤的比热容：在一定温度范围内，单位质量的煤，温度升高煤的比热容：在一定温度范围内，单位质量的煤，温度升高 1所需要的热量，用所需要的热量，用C表示。表示。 z煤的比热容与煤化程度、水分含量、灰分和温度的变化等因煤的比热容与煤化程度、水分含量、灰分和温度的变化等因素有关。素有关。z煤化程度的影响煤化程度的影响：煤的比热容一般随煤化程度的提高而减小。：煤的比热容一般随煤化程度的提高而减小。z水分含量的影响水分含量的影响：煤的比热容随水分增大而提高，这是因为：煤的比热容随水分增大而提高，这是因为水的比热容较大之故。水的比热容较大之故。z灰分

42、的影响灰分的影响：煤的灰分较多时，：煤的灰分较多时， 比热容则减小，比热容则减小， 因为灰分因为灰分的比热容一般小于的比热容一般小于 0.72J/ (g)。 46电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z温温度度变变化化的的影影响响：煤煤的的比比热热随随着着温温度度的的增增高高成成抛抛物物线线型型变变化化。当当温温度度低低于于 350，煤煤的的比比热热容容随随温温度度升升高高而而增增大大，在在 270350时时达达到到最最大大值值，这这是是由由于于煤煤大大分分子子中中的的原原子子和和原原子子团团振振动动吸吸收收能能量量所所致致；温温度度大大于于350时时，比比热热容容随随温温度度升升高高而而下

43、下降降，当当温温度度增增加加到到1000时时，比比热热降降至至与与石石墨墨的的比比热热容容0.82J/ (g)接近。接近。47电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质煤的导热性 z煤的导热性包括导热系数kJ/(m.h.)和导温系数（m2/h）两个基本常数，它们之间的关系可用下式表示： =C煤的比热容，kJ/(kg.); 煤的密度，kg/m3。 （4-34）48电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z煤的导热系数随变质程度加深而增大。煤在变质过程中有机结构逐渐紧密化与规则化，因而其导热性指标渐趋增大，并越来越接近于石墨。z同一种煤，其导热系数随煤中水分的增高而增大。同样，煤的导热系数随矿物质含

44、量的升高而增大。49电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z煤的导热系数可用下式计算：=0.003（4-35）式中：，特定常数（对强黏结性煤=0.0016;对弱黏结性煤=0.0013,=0.0010）。煤的导温系数有与煤的导热系数相似的影响因素，也因水分的增加而提高。导温系数与温度的关系如图417所示，在400前导温系数增加较少，400后导温系数猛力增加。50电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质图4-16煤的导热系数与温度的关系 图4-17煤的导温系数与温度的关系51电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质五、煤的电性质五、煤的电性质 煤的电性质主要包括：煤的电性质主要包括： 导电性导电

45、性 介电常数介电常数52电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质（一）煤的导电性（一）煤的导电性1 煤的导电性的概念煤的导电性的概念 煤的导电性是指煤传导电流的能力。即煤在煤的导电性是指煤传导电流的能力。即煤在电场中导电的难易程度。导电性常用电场中导电的难易程度。导电性常用电阻率电阻率resistivity； （即比电阻（即比电阻m）或）或导电率导电率 （电阻（电阻率的倒数）表示。率的倒数）表示。 导电率等于电阻率的倒数。煤的导电能力越强，导电率等于电阻率的倒数。煤的导电能力越强，其导电率越大，电阻率越小。反之，导电能力越其导电率越大，电阻率越小。反之，导电能力越弱的煤，其导电率越小，而电阻率

46、越大。弱的煤，其导电率越小，而电阻率越大。53电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质 根据导电率大小将物质分为导体、半导体和绝缘根据导电率大小将物质分为导体、半导体和绝缘体。煤是一种导体或半导体。根据煤导电性质不体。煤是一种导体或半导体。根据煤导电性质不同，分为离子导电和电子导电两种形式。电子导同，分为离子导电和电子导电两种形式。电子导电性依靠组成煤的基本物质成分中的自由电子导电性依靠组成煤的基本物质成分中的自由电子导电。离子导电是依靠煤的孔隙中水溶液的离子导电。离子导电是依靠煤的孔隙中水溶液的离子导电。煤的无烟煤以电子电。煤的无烟煤以电子electron导电为主，褐煤是导电为主，褐煤是离子

47、离子ion导电为主。导电为主。 54电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质2 煤的导电性随煤化程度的煤的导电性随煤化程度的变化规律变化规律 导电率随着煤化程度的加深而增加，煤的含导电率随着煤化程度的加深而增加，煤的含碳量达到碳量达到87%以后，导电率急剧增加，因当含碳以后，导电率急剧增加，因当含碳量高于量高于87%以后，芳香层片迅速增大，分子内以后，芳香层片迅速增大，分子内轨轨道彼此重叠，故电子活动范围扩大，并有可能在道彼此重叠，故电子活动范围扩大，并有可能在一定范围内转移，从而电阻率增大。一定范围内转移，从而电阻率增大。55电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质 物物质质的的介介电电常常

48、数数 是是指指当当物物质质介介于于电电容容器器两两极极板板间间的蓄电量和两板间为真空时的蓄电量之比。的蓄电量和两板间为真空时的蓄电量之比。 是是综综合合反反映映物物质质极极化化行行为为的的宏宏观观物物理理量量。物物质质在在电电场场作作用用下下极极化化能能力力越越强强，介介电电常常数数 的的值值越越大大，导导电电性越好。性越好。介电常数的影响因素：介电常数的影响因素：包括水分影响，煤化程度影响（主要因素）包括水分影响，煤化程度影响（主要因素） （二）煤的介电常数（二）煤的介电常数56电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z水水分分影影响响：对对煤煤的的介介电电常常数数影影响响很很大大，其其原原

49、因因是是水水的的极极性性大大。测定煤的介电常数时，必须用完全干燥的煤样。测定煤的介电常数时，必须用完全干燥的煤样。 z煤煤化化程程度度的的影影响响（主主要要因因素素）：随随煤煤化化程程度度的的加加深深，煤煤的的介介电电常常数数减减小小，在在含含碳碳87%左左右右达达到到最最小小，然然后后又又急急剧剧增增大大。原因？原因？z因因为为年年轻轻煤煤的的极极性性含含氧氧官官能能团团多多，极极性性大大，所所以以较较大大；随随煤煤化化程程度度的的加加深深，含含氧氧官官能能团团减减少少，介介电电常常数数也也减减少少；当当含含碳碳大大于于87%以以后后，尽尽管管极极性性官官能能团团继继续续减减少少，但但介介电

50、电常常数数却却急急剧增加，这是由于高煤化程度煤导电率增大的缘故。剧增加，这是由于高煤化程度煤导电率增大的缘故。z因因此此煤煤化化程程度度对对介介电电常常数数的的影影响响可可归归纳纳成成：含含碳碳小小于于87%的的煤煤，介介电电常常数数的的减减少少是是由由于于煤煤的的结结构构单单元元逐逐渐渐丧丧失失其其极极性性官官能能团团所所致致。含含碳碳大大于于87%的的煤煤，介介电电常常数数增增大大是是因因为为其其导导电电性增大之故。性增大之故。57电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质六、煤的光学性质 煤煤的的光光学学性性质质主主要要有有可可见见光光照照射射下下的的反反射射率率、折折射射率率和和透透光光

51、率率以以及及不不可可见见光光照照射射下下的的X射射线线X-ray、红红外外光光谱谱、紫紫外外光光谱谱和和荧荧光性质等。这里介绍煤的光性质等。这里介绍煤的透光率和反射率透光率和反射率。 58电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质 煤煤的的透透光光率率：是是指指煤煤样样和和稀稀硝硝酸酸溶溶液液，在在100（沸沸腾腾）的的温温度度下下，加加热热90min后后，所所产产生生的的有有色色溶溶液液，对对一一定定波波长长（475nm）的的光光，透透过过的的百百分分率率。透光率是区分褐煤和长焰煤的指标。透光率是区分褐煤和长焰煤的指标。 有有色色溶溶液液透透光光率率的的测测定定有有分分光光光光度度计计法法和和

52、目目视视比比色色法法两两种种。分分光光光光度度计计法法因因其其重重现现性性差差，一一般般用用得得不不多多，我我国国国国家家标标准准采采用用目目视视比比色色法法测测定定有有色色溶溶液液的的透光率，用透光率，用PM表示。表示。1、煤的透光率、煤的透光率PM59电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z透光率的测定方法：透光率的测定方法：z年轻褐煤与混合酸中的稀硝酸，在规定条件下年轻褐煤与混合酸中的稀硝酸，在规定条件下反应，生成浅黄色到棕红色的溶液。用目视比反应，生成浅黄色到棕红色的溶液。用目视比色法测定煤的透光率。混合酸由色法测定煤的透光率。混合酸由1份浓硝酸（体份浓硝酸（体积），浓磷酸积），浓磷

53、酸1份和份和9份水配制而成，其中磷酸份水配制而成，其中磷酸主要起隐蔽三价铁对比色液颜色的干扰。主要起隐蔽三价铁对比色液颜色的干扰。60电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质 透光率与煤化程度的关系：透光率与煤化程度的关系： 研究表明：煤的透光率与煤化程度关系密切，褐煤研究表明：煤的透光率与煤化程度关系密切，褐煤与稀硝酸反应后产生红棕色的溶液、其透光率低，与稀硝酸反应后产生红棕色的溶液、其透光率低， 长焰煤与稀硝酸反应后产生浅黄色至黄色溶液，透长焰煤与稀硝酸反应后产生浅黄色至黄色溶液，透光率比褐煤高。气煤和稀硝酸反应后产生极浅的黄光率比褐煤高。气煤和稀硝酸反应后产生极浅的黄色甚至无色的溶液，透

54、光率比长焰煤高。色甚至无色的溶液，透光率比长焰煤高。 肥煤至贫肥煤至贫煤及无烟煤与稀硝酸反应生成无色溶液，透光率煤及无烟煤与稀硝酸反应生成无色溶液，透光率100%。透光率能够较好地区分年轻煤的煤化程度。透光率能够较好地区分年轻煤的煤化程度。 61电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z PM的的用途用途 ：透光率在反映年轻煤的煤化程度时非常：透光率在反映年轻煤的煤化程度时非常灵敏，灵敏， 特别是在煤样受到轻微氧化时，其测值不受影响。特别是在煤样受到轻微氧化时，其测值不受影响。原因？原因？z煤样与稀硝酸的反应是在煤的缩合芳香结构之间进行，煤样与稀硝酸的反应是在煤的缩合芳香结构之间进行，而煤受轻

55、度氧化作用是在芳香核的侧链上进行，因此煤而煤受轻度氧化作用是在芳香核的侧链上进行，因此煤的轻度氧化后仍不影响透光率的测定。的轻度氧化后仍不影响透光率的测定。z因此，煤的透光率在中国煤炭分类因此，煤的透光率在中国煤炭分类(GB5751)中是划分长中是划分长焰煤和褐煤的主要指标以及褐煤划分小类的指标。在我焰煤和褐煤的主要指标以及褐煤划分小类的指标。在我国煤炭分类中一般年轻褐煤的国煤炭分类中一般年轻褐煤的PM小于小于 30% ，年老褐煤，年老褐煤的的PM在在 30%50% 之间；长焰煤的之间；长焰煤的PM通常大于通常大于 50% ；气煤的；气煤的PM一般大于一般大于 90% 。 62电子课件第二节煤

56、的物理性质和物理化学性质2.反射率：反射率： z当一定波长的光垂直照射到磨光的样品表面时，产生的反射光强度与垂直入射光强度的百分比，表示煤内部结构的分散程度。以R(%)表示。zA不同煤岩组成的煤，对光的反射率不同zB同一煤岩组成的煤，随煤化程度的提高，反射率增加。褐煤0.400.50；长焰煤0.500.65；气煤0.600.80；气肥煤0.800.90；肥煤0.901.20；焦煤1.201.50；瘦焦煤1.501.69；瘦煤1.691.90；贫煤1.902.50；无烟煤2.504.00。63电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z各显微组分的反射率不同，镜质组反射率的变化幅度大，规律明显（；

57、惰质组的反射率在变质过程中变化幅度很小；壳质组反射率变化虽然大，但在高变质煤中很少见。在确定煤变质程度时，以镜质组平均随机反射率作为主要指标。用凝胶化组分的最大反射率作为确定煤化程度的标准。图422 镜质组的油浸最大反射率 4-23 镜质组在空气中的最大反射率64电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质七、 煤的其他物理性质（一）煤的颜色、粉色和光泽1.煤的颜色指新鲜煤块表面的自然色彩，是煤对不同波长可见光吸收的结果。煤的颜色随着煤的变质程度的增高而变化，从褐煤的褐色，深褐色，黑褐色到烟煤的黑色，深黑色再到无烟煤的灰黑色，钢灰色。因此，根据煤的颜色可以大致区别褐煤、烟煤和无烟煤。65电子课件第

58、二节煤的物理性质和物理化学性质2.煤的粉色(条痕色)指煤研成粉末的颜色，也就是在白色素瓷板上刻划的条痕色，是煤的真实颜色。煤的粉色往往比颜色浅一些。不同变质程度的镜煤或光亮煤的颜色，粉色鉴定特征，见表4-2266电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质3.煤的光泽指自然光下新鲜煤断面的反光能力。是用肉眼鉴定煤的主要标志之一。在腐植煤的四种煤岩成分中，镜煤的反光能力最强，用肉眼观察时最亮；亮煤次之；暗煤光泽较暗；丝炭光泽最暗。因此一块煤(中变质阶段的煤最明显)可以看到明暗相间的条带组成。67电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z煤的光泽与煤化程度、矿物质含量、风化程度有关。煤中矿物成分和矿物

59、质的含量以及煤岩组分、煤的表面性质、断口和裂隙等也都会影响煤的光泽。z不同煤岩显微组分来看，由于镜质组质地均一，所以光泽也最强、最亮，丝质组和半丝质组以及稳定组的光泽多弱而暗淡。半镜质组的光泽介于以上两者之间。煤中的矿物组分含量越高，光泽就越暗淡。68电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质（二）煤的断口和裂隙 z1.断口指煤受外力打击后形成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口、阶梯状断口、棱角状断口、粒状端口和针状断口等。z2.煤的裂隙指煤在形成过程中由于受到自然界中各种应力的影响使煤层或煤块产生了裂缝现象，按裂隙的成因不同，可分为内生裂隙和外生裂隙两种。69电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质z内生裂隙煤化过程中，煤中的凝胶化合物受到温度和压力等因素的影响，体积均匀收缩产生内张力而形成的一种裂隙。常以焦煤类最多，肥煤类次之，1/3焦煤、气煤和长焰煤依次减少，到褐煤阶段几乎没有内生裂隙。z外生裂隙煤形成以后，受构造应力的作用而产生的一种裂隙。通常以光亮型煤最为发育，并同时穿过几个煤岩分层。70电子课件第二节煤的物理性质和物理化学性质