实验一煤中水分的测定.docx

1、实验一 煤中水分的测定实验一 煤中水分的测定煤的工业分析包括煤的水分、灰分、挥发分产率和固定碳含量四项指标。其中水分又可分为全水分、最高内在水分和分析水分。而固定碳含量通常是用差余法计算。 煤的工业分析、元素分析，煤炭发热量测定是煤质分析中最基本的项目，它可初步判断煤质的好坏，是评价煤质和判断煤炭加工利用的最基础的分析数据。一、实验目的 了解煤中水分存在的形态，掌握分析煤样水分的测定方法。二、基本原理 煤中水分的结合状态有二种：一种为游离水，是以机械的方式吸附或者附着在煤上的水分。另一种为化合水，是以化合的方式与煤中矿物质结合的水，也就是无机化合物的结晶水。游离水以它存在于煤的不同结构的状态，

2、又可分为外在水分和内在水分。前者是煤在开采、运输、贮存、洗煤时附着在煤粒表面及大毛细孔(直径大于10-5cm)中的水分。后者则是吸附或凝聚在煤粒内表面的毛细孔(直径小于l0-5cm)中的水分。 游离水可以在温度稍高于100下，经足够时间的加热即可全部除去，而化合水则要温度在200以上才能分解析出。 在煤的工业分析中所测定的水分一般有应用煤样的全水分和分析煤样的水分两种。应用煤样指已准备好并即将使用(如进入锅炉燃烧或焦炉炼焦)的煤。分析煤样指在周围环境条件下大致达到水分平衡的风干煤样。 水分测定最常用的是间接测定法，即将已知一定质量的煤放在一定温度下进行干燥到恒重，煤样所减少的质量即为煤的水分。

3、 分析煤样水分指样品在温度为105110干燥至恒重所失去的质量占原质量的百分数。三、仪器设备 (1)干燥箱：带有自动调温装置，内附鼓风机能保持温度在105110。 (2)十燥器：内装有变色硅胶或块状无水氯化钙干燥剂。 (3)瓷皿或玻璃称量瓶：其主要尺寸分别如图1、图2所示，瓷皿或玻璃称量瓶均附有密合的(磨口)盖。 (4)分析天平：精确到0.0002g。四试验步骤 烟煤和无烟煤按以下试验方法进行。可分为常规测定法和快速测定法。 1常规测定法 用预先烘干并称出质量(称准到0.0002g)的带盖的玻璃称量瓶(或瓷皿)，称取粒度为0.2mm以下的分析试样10.1g(称准到0.0002g)。然后把盖开启

4、，将玻璃称量瓶(或瓷皿)放入预先鼓风并加热到温度为105110的干燥箱中，在不断鼓风条件下，烟煤干燥lh，无烟煤干燥11.5h，从干燥箱中取出称量瓶(或瓷皿)并加盖，在空气中冷却23min后，放入干燥器中冷却约20min到室温再称重。然后进行检查性干燥，每次30min，直到试样的质量变化小于0.001g或质量增加时为止。 在后一种情况下要采用增重前的质量为计算依据。水分在2以下时不再进行检查性干燥。保留试样供测定灰分用。 2快速测定法 用预先烘干并已称出质量(称准到0.0002g)的带盖玻璃称量瓶称取粒度为0.2mm以下的分析试样l01g(称准到00002g)。然后将盖开启，放入预先鼓风并加热

5、到温度为150160的烘箱内，在1455的温度下一直鼓风并干燥10min，然后从干燥箱中取出称量瓶，立即将盖盖好，在空气中冷却23min，放入干燥器内冷却到室温(约20min)再称重。试样减轻的质量占试样原质量的百分数就是分析煤样的水分。五、数据记录及结果计算 1数据记录 _法测定煤中水分称量甁重（g）试样称量瓶重（g）煤样重G （g）干燥后试样 称量瓶重（g）第一次干燥第二次干燥第三次干燥测得煤中水分重G1(g) 2结果计算 MadG1G100。 (4)式中：Mad分析试祥的水分，；G1分析试样干燥后失去的质量，g；G分析试样质量，g。 测定值和报告值修约到小数后二位。 3煤中水分测定的允许

6、差水分Mad（）同一化验室的允许差（）100.200.300.40六、注意事项 (1)快速测定法不适用仲裁分析。 (2)为了使干燥箱的温度均匀和稳定，在放入煤样以前，干燥箱必须预先鼓风，并在鼓风条件下调节所需温度。 (3)褐煤、自然氧化或风化烟煤中的水分测定：称取一定重的试样于温度为1455的干燥箱内在一直鼓风条件下干燥1 h，从干燥箱中取出称量瓶(或瓷皿)，立即盖好，在空气中冷却23min后，放入干燥器中冷却到室温(约25min)称重，其所失去的质量占试样原质量的百分数作为水分。 (4)凡需根据水分测定结果进行校正和换算的分析试验，应和水分测定同时进行，如不能同时进行，两者测定也应在煤样水分

7、不发生显著变化的期限(最多不超过7天)内进行。七、思考题 (|)为什么不同变质程度的煤要用不同的测定条件? (2)实验测得的水分与煤样的真实水分有什么差别?附，煤中全水分的测定方法 本标准适用于褐煤、烟煤和无烟煤的商品煤样，生产煤样和煤层煤样的全水分测定。全水分是指煤样；在采取时所含水分的总量。 本标准规定测定煤中全水分的三种方法，其中方法A仅适用于烟煤和无烟煤并作为测定烟煤和无烟煤全水分的仲裁方法，而方法B和方法c适用于褐煤、烟煤和无烟煤，但以方法B作为测定褐煤全水分的仲裁方法。 方法要点：煤样在温度105110或1455下干燥至恒重，以煤样的失重计算水分的百分含量。一、仪器设备 (1)干燥

8、箱：内附鼓风机并带有自动调温装置，温度能保持在105110或145士5范围内。 (2)浅盘：由镀锌薄板或铝板等耐腐蚀又耐热的材料制成，其面积大约以0.8gcm2煤样的比例容纳；500g煤样。 (3)托盘天平：精确到0.1g。 (4)干燥器：内装干燥剂(变色硅胶或块状无水氯化钙)。 (5)玻璃称量瓶：直径为70mm，高为3540mm，并带有严密的磨口盖。 (6)分析天平：精确到lmg。=、全水分分析煤样的制备 (1)测定全水分煤样既可由水分专用煤样制备，也可以在制备煤样过程中分取。 除使用一次就能缩分出测定全水分所需数量的煤样的缩分机外，煤样破碎到规定粒度，稍加混合，摊平后用九点法缩分，如图3所

9、示。全水分煤样的制备要迅速。对水分不大的煤样，可用破碎机一次破碎至小于3mm，缩分出l00g，装入煤样瓶中封严(装样量不得超过煤样瓶容积的34)，贴好标签再称毛重，速送化验室测定全水分。水分太大不能顺利通过破碎机和缩分机的煤样，应破碎到小于13mm，用九点法缩分出2kg，装入严密的容器中，封严后速送化验窒测定全水分。 (2)方法A和B采用最大粒度不超过13mm，煤样重约2kg。方法c采用最大粒度不超过6mm，煤样重不应少于300g。(3)在测定全水分以前，首先应检查装有煤样的容器的密封情况，然后将其表面擦拭干净，用托盘天平秤重(称准到0.1g)，并与容器上标签所注明的毛重进行核对。如是称出的煤

10、样毛重(煤样与容器的总重)小于标签上所注毛重(不超过1)，并且能确定煤样在运送过程中没有损失时，应将减轻的量作为煤样在运送过程中水分损失量，并计算出该量对煤样净重(标签上煤样毛重减去容器重)的百分数(w1)。在计算煤样全水分时应加入这项损失。然后将容器中煤样充分地混合。三、测定步骤 1方法A 用已知质量的干燥清洁的浅盘称取煤样500g(称准到0.1)，并将盘中煤样均匀地摊平。 将装有煤样的浅盘放入已加热到温度为105-110和鼓风35min的干燥箱中，在不断鼓风的条件下烟煤干燥22.5h无烟煤干燥33.5h，再从干燥箱中取出浅盘，趁热称重。然后进行检查性的试验，每次试验半小时，直到煤样的减量不

11、超过1g或者其量有所增加时为止。在后一种情况下，应采用增重前的一次量作为计算依据。 2方法B 用已知质量的干燥清洁浅盘称取煤样500g(称准到0.1)，并将盘中的煤样均匀地摊平。 将装有煤样的浅盘放入预先鼓风并加热到温度为150160的干燥箱中，在1455和不断鼓风的条件下烟煤干燥0.5h，无烟煤干燥1h，褐煤干燥1.5h，再从干燥箱中取出浅盘，趁热称重。然后进行检查性的试验，每次试验时间为15min，直到煤样的减量不超过1g或者其量有所增加时为止。在后一种情况下，应采用增重前的一次量作为计算依据。 3、方法c 用已知质量的干燥清洁的称量瓶称取煤样1012g(称准到0.01g)并将煤样轻轻晃动

12、，使之铺平。 打开称量瓶瓶盖，将装有煤样的称量瓶放八预先鼓风并加热到温度为1455的干燥箱中，在不断鼓风的条件下褐煤干燥45min，烟煤干燥30min，无烟煤干燥60min，再将称量瓶从干燥箱中取出，立即盖上盖，在空气中冷却约5min后，移入干燥器中继续冷却至室温(约30min)称重。然后进行检查性试验，每次试验15min，直到煤样减量不超过0.01g或者其量有所增加时为止。在后一种情况下，应采用增重前的一次量作为计算依据。四、结果计算 测定结果按下列公式计算： WQ=G1/G100， (5)式中WQ一煤样全水分，； G一煤样重，g， G1一煤样干燥后减轻的量，g。 报告值要修约到小数点后二位

13、。 如果在运送过程中煤样的水分有损失，则可按下列公式求出补正后的煤样全水分： WQ=W1+G1/G(100一W1)， (6)式中的W1是煤样在运送过程中水分损失量()。当W11时，表明煤样在运送途中可能受到意外损失，则不作补正，但测得的水分作为试验室收到煤样的全水分。在报告结果时应注明“未经补正水分损失的测定结果”，并将煤样容器的标签和密封情况一并报告。五、允许差平行测定的差值不得超过下列规定：全水分WQ（）允许差（）10100.4（绝对值）0.5（绝对值）实验二 煤中灰分的测定一，实验目的 了解煤的灰分来源，煤的矿物质在灰分测定过程中的变化，掌握灰分测定方法。二、基本原理 煤的灰分是在温度为

14、81510下煤的可燃物完全燃烧，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。煤的灰分来自矿物质，但它的组成和质量与煤的矿物质不完全相同，它是一定条件下的产物。因此，确切地说煤的灰分是煤的“灰分产率”。由于煤中矿物质的真实含量很难测定，所以常用灰分产率，借助一定的数学式，算出煤中矿物质含量的近似值。 煤的矿物质来源于三个方面： (1)原生矿物质。 原生矿物质是成煤植物本身所含有的，是成煤植物在生长过程中从土壤中吸收的，主要由碱金属和碱土金属的盐所组成。煤中的原生矿物质含量很少，一般不高于23，分布均匀，与煤的有机质紧密结合很难分离。 (2)次生矿物质。 次生矿物质是成煤过程中由外界混到煤

15、层中的矿物质形成的。在煤巾分布较均匀。含量一般不高。 煤的原生矿物质和次生矿物质总称为煤的内在矿物质。由内在矿物质形成的灰分叫内在灰分。内在矿物质通常很难用洗选的方法除去。 (3)外来矿物质。 这种矿物质原来不存在于煤层中，是采煤过程中混入的顶、底板及夹矸层的矸石、泥、沙等。这种矿物质形成的灰分叫外在灰分。这类矿物质在煤中分布很不均匀，可使用洗选的方法比较容易除去。 燃烧法测定煤的灰分时，煤中矿物质在燃烧过程中发生下列一系列化学变化和物理变化： (1)失去结晶水。 当温度高于400时含结晶水的硫酸盐和硅酸盐发生脱水反应 CaS042 H20=CaS04+2 H20A12032SiO22 H20

16、= A12032 Si 02+2 H20 (2)受热分解。 碳酸盐在温度为500以上时开始分解 CaC03=CaO+C02 FeCO3=FeO十C02 (3)氧化反应。 温度为400600时，在空气中氧的作用下发生下列氧化反应 r 4 Fe S2+ll O2=2 Fe2 03十8 S02 2 CaO+2 SO2+O2=2 CaSO4 4 Fe O+O2=2 Fe203 (4)挥发。 碱金属氧化物和氯化物在温度为700以上时部分挥发。 以上过程在温度为800左右基本完成，所以测定煤的灰分的温度规定为815l0。 由于SO2和CaO在试验条件下生成CaSO4，使测定结果偏高而且不稳定。为此，需要适

17、当的加热程序和通风条件。首先，煤样要在温度为500时保持一段时间，使黄铁矿硫和有机硫的氧化反应在这一温度下基本完成。碳酸盐在500时刚开始分解，到800才分解完全。 煤的灰分测定的方法要点：称取一定量的煤样，放入箱形电炉内灰化，然后在温度为815l0灼烧到恒重并冷却至室温后称重，以残留物质量占煤样质量的百分比作为灰分。 灰分测定分缓慢灰化法和快速灰化法。快速灰化法不作仲裁分析用。三、仪器设备 (1)箱形电炉：带有调温装置，能保持温度在815l0，炉膛应具有柏应的恒温区，附有热电偶和高温表，炉予后壁上部有一直径为2530mm的烟囱(使SO2在CaO生成前完全排出反应区)，下部有一插入热电偶的小孔

18、，小孔的位置应使热电偶的热接点在炉膛内能保持距炉底约2030mm，炉门上应有一通气孔，直径约20mm。 (2)灰皿：长方形灰皿的底面积应是长45mm，宽22mm，高14mm。 (3)干燥器：内装有块状无水氯化钙或变色硅胶。(4)分析天平：精确到0.0002g。(5)耐热金属板、瓷板或石棉板：宽度略小于炉膛，其规格与炉膛相适应。四、实验方法与步骤 1缓慢灰化法 (1)在预先灼烧和称重(精确到0。0002g)的灰皿中，称取粒度为O2 mm以下的分析煤样10。1g(称准到00002g)。煤样在灰皿中要铺平，使其不超过O.15gcm2。将灰皿或测定水分后装有煤样的瓷皿(盖子取下)送入温度不超过100的

19、箱形电炉中，在自然通风和炉门留有15mm左右缝隙的条件下，用30min缓慢升高至500，在此温度下保持30 min后，再升至81510，然后关上炉门并在此温度下的灼烧1 h。灰化结束后从炉中取出灰皿(或瓷皿)，放在石棉板上并盖上瓷皿盖，在空气中冷却5min，然后放入干燥器中，约20min可冷却至室温，称量。 (2)然后进行检查性灼烧，每次时间为20min，直到其质量变化小予0.00lg为止，采用最后一次测定的质量作为计算依据，灰分小于15时不进行检查性灼烧。 2快速灰化法 可任选下述方法1或方法2进行。 (1)在预先灼烧和称重(称准到0.0002g)的灰皿中，称取粒度为0.2mm以下的分析煤样

20、l0.1g(称准到0.0002g)。把灰皿连同煤样分三、四排预先放在耐热金属板或瓷板上，将箱形电炉升温到850，打开炉门，把放有灰皿的板缓慢推进箱形电炉，使第一排灰皿中的煤样慢慢灰化。待510 min后，煤样不再冒烟时，以不大于2 cmmin的速度把二、三、四排灰皿顺序推进炉中炽热部分(若煤样着火发生爆燃，则试验作废)。关闭炉门，使其在81510的温度下，灼烧40min，然后从炉中取出灰皿，先放在空气中冷却5min，再放在干燥器中约20min，冷却到室温称量。以后再进行每次为20min的检查性灼烧。直到质量变化小于0.00lg为止。采取最后一次测定的质量作为计算依据。如遇检查时结果不稳定，应改

21、用缓慢灰化法测定。灰分小于15时不进行检查性灼烧。 (2)在预先灼烧和称重(称准到0.0002g)的灰皿中，称取粒度为0.2 mm以下的分析煤样l0.1g(称准到0.0002g)。把灰皿连同煤样缓慢推入已预热到温度为540的箱形电炉中(若煤样着火爆燃，试验应作废)。在自然通风下(炉门需留缝隙约15mm)。在500时灼烧30min，然后把盛有煤样的灰皿取出，将灰皿顺序推入另一个已预热到850的箱形电炉，关闭炉门，使其在81510的温度下灼烧20min，然后从炉中取出灰皿，先放在空气中冷却5min，再放到干燥器中，约20min后冷却到室温称量。以后再进行每次为20 min的检查性灼烧，直到其质量变

22、化小于0.00 lg为止。采取最后一次测定质量为计算依据。如遇检查结果不稳定，应改为缓慢灰化法测定。灰分小于15时不进行检查性灼烧。五、数据记录和结果计算 l.数据记录(见后表) 2结果计算Aad=G1/G2l00。 (7)式中：Aad分析煤样的灰分，；G1恒重后灼烧残留物的量，g；G一分析煤样的量，g。测定值和报告值修约到小数后二位。试样名称 实验号瓷皿编号12瓷皿重(g)试样+瓷皿重(g)煤样重G(g)残留物+瓷皿重(g)第一次灼烧后第二次灼烧后第三次灼烧后测得残留物重Gl(g)3灰分测定的允许差灰分()允 许 差同一实验室Af()不同实验室Ag()300.200.300.500.300.

23、500.70六、注意事项 (1)快速灰化法不能作仲裁分析用。 (2)快速灰化法对某一矿区的煤，须经过缓慢灰化法反复校对，证明误差在允许差范围内时方可使用。 (3)快速灰化时每排灰皿推进速度不能过快，不然容易爆燃，使实验作废。七、思考题(1)为什么说实验测得的灰分实际上是煤样的灰分产率?(2)为什么测定灰分用的箱形电炉要带烟囱?并规定在500时停留30min?实验三 煤的挥发分产率的测定及固定碳的计算一、实验目的 煤的挥发分产率与煤化程度有着密切的关系。它能大致地反映煤的变质程度。因此，它是我国煤分类方案的第一分类指标，也是苏、美、英、法、波等国煤炭分类方案及国际煤炭分类方案的第一分类指标。从煤

24、的挥发分产奉和焦渣特性可以初步估计煤的加工利用性质和对某种加工工艺的适用性，也可以用来估算某些工艺指标。尤其是它的测定方法简便、快速，所以在工业和科研工作中被广泛采用。二、基本原理 煤在温度为90010下隔绝空气加热7min，从煤样分解出来的气体蒸汽状态产物的百分率减去煤样所含水分的百分率称为煤的挥发分产率。残留下来的不挥发的固体物称为焦渣(或称焦饼)。从焦渣的百分率减去灰分则为固定碳的百分率。由于挥发分不是煤样固有的物质，而是在特定条件下煤的有机质受热分解的产物。因此，确切地说，该指标应称为煤的挥发分产率而不能称为煤的挥发分含量。 煤在隔绝空气条件下加热时，不仅有机质发生热分解，煤中的矿物质

25、也会发生相应的变化。一般情况下。矿物质分解而产生的影响不大，可以不加考虑，但当煤中碳酸盐含量大时，因碳酸盐分解产生的误差必须加以校正。 煤的挥发分产率是规范性很强的一项试验，测定结果完全取决予所规定的试验条件，其中以加热温度和加热时间最为主要。三、仪器设备 (1)挥发分坩埚：瓷坩埚(高40mm，上口外径为33 mm，底外径为18 mm，壁厚为1.5 mm，盖的外径为35mm，盖槽的外径为29mm，外槽深为4mm，坩埚总重为1519g)。 (2)箱形电炉：带有调温装置，能保持温度在90010，并附有热电偶及高温表。炉后壁留有一个排气孔及插热电偶小孔，其位置应使热电偶的热接点在炉膛内能保持距炉底约

26、2030mm，炉膛恒温区温度应该在9005之内。恒温区是在关闭的炉中，用热电偶测定的。高温表在半年内至少校正一次。 (3)坩埚架：用镍铬丝制成的架，其大小以能使放入箱形电炉中的坩埚不超出恒温区为限，并要求放在架上的坩埚底部距炉底2030mm，如图6所示。图5挥发分坩埚(单位l：mm)(4)分析天平：精确到O.0002g。(5)压饼机：螺旋式或扛式压饼机能压制直径约10mm的煤饼(6)秒表。四、实验步骤 在预先经温度为900烧到恒重的带盖坩埚中，再称取粒度为O.2 mm以下的分析煤样l0.1g(称准到O.0002g)，然后将坩埚轻轻振动，使其中的煤样铺平后加盖，并放在坩埚架上。褐煤和长焰煤应预先

27、压饼，并切成约3mm的小块再用。 将箱形电炉预先升温到920，打开炉门，迅速将摆好坩埚的架子送入炉内恒温区，立即开动秒表，关好炉门，使试样在炉中加热7min。当装满坩埚的坩埚架开始放入炉内时，炉温会有所下降，当年轻煤热解时，有时还会出现炉温升高，但在3min内必须使炉温达到900l0的要求，并继续保持此温度到试验结束。为此，对有些温度不易控制的箱形电炉可将电炉调到适当温度后再放坩埚架。这样，炉温即使稍降，也不至于降低太多。如果坩埚放入电炉以后在3min内不能达到规定的温度要求，这次试验即应作废。加热7min后，迅速将坩埚架从炉中取出，先在空气中冷却5min，再将坩埚从架上取下放在干燥器中(约2

28、030min)冷却到室温，然后称重。五、结果计算 Vad=G1/Gl00Mad。 (8)式中：Vad分析煤样的挥发分，；G1分析煤样加热后的减量，g；G一分析煤样重，g；Mad分析煤样的水分，。 当分析煤样中的碳酸盐二氧化碳含量为212时，则 Vad=G1/G100Mad一(C02)adTs(煤)。 当分析煤样中碳酸盐二氧化碳含量大于12时，则 Vad=G1/Gl0OMad一(C02)adTs(煤)一(C02)adTs (焦渣)。 (9) U式中：(CO2)adTs(煤)分析煤样中碳酸盐二氧化碳含量，；(CO2)adTs(焦渣)焦渣中二氧化碳占煤中的含量，。测定值和报告值修约到小数后二位。六、

29、允许差 挥发分产率的测定允许差不得超过下列规定挥发分()允 许 差同一化验室Vad()不同化验室Vad()400.300.500.800.501.001.50七、焦渣特征分类 在测定煤的挥发分产率的同时，利用坩埚中残留的焦渣特征，可以初步鉴定煤的粘结性。 测定挥发分产率所得的焦渣按以下标准进行区分： (1)粉状：全部是粉末，没有互相粘着的颗粒。 (2)粘着：以手指轻压即碎成粉状或基本上是粉状，其中较大的团块或团粒轻碰即成粉状。 (3)弱粘结：以手指轻压即碎成小块。 (4)不熔融粘结：以手指用力压才碎成小块，焦渣上表面无光泽，下表面稍有银白色光泽。 (5)不膨胀熔融粘结：焦渣是扁平的饼状，煤粒的

30、界限不易分清，表面有银白色金属光泽，焦渣的表面银白色光泽更明显。 (6)微膨胀熔融粘结：焦渣用手指压不碎，在焦渣上下表面均有银白色光泽，但在焦渣的表面上具有较小的膨胀泡(或小气泡)。 (7)膨胀熔融粘结：焦渣上下表面有银白色金属光泽，明显膨胀，但高度不超过15mm。(8)强膨胀熔融粘结：焦渣上下表面有银白色金属光泽，焦渣高度大于15mm。通常为了简便起见，可用上列序号作为各种焦渣特征的记号。八、固定碳计算 固定碳按下式计算： CadgD=100一(Mad十Aad十Vad)。 (10)式中：CadgD分析煤样的固定碳，；Mad一分析煤样的水分，；Aad分析煤样的灰分，；Vad分析煤样的挥发分产率，。九、思考题 (1)煤的挥发分产率为什么不能叫挥发分含最? (2)固定碳和煤的变质程度有什么关系?试验四、煤中全硫含量的测定一、仪器简介及使用范围 CLS-2型库仑测硫仪是实验室通用的硫含量测