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1、煤化工基础理论应知应会煤化工基础理论应知应会 第一章 煤的成因及种类1 煤的成因与生成过程煤是焦炭的原料，为生产优质的焦炭，必须很好地了解煤的性质和选择适当的品种的煤。为了了解煤的性质，以便合理的加以利用，必须明了煤的成因和生成过程。现在人们公认：煤是由有机物和无机矿物质所组成的一种极度复杂的混合物。它是由古代植物因地层逐次升降或水流冲击而堆积投入水中经过细菌的作用，再埋藏到地下，然后经过地质变化（温度，压力等作用）而形成的。 2 现在扼要地介绍其生成过程如下 （分为菌解变质2个过程）菌解作用（泥炭化作用），参加煤质生成的有：各地质时代（植物占优势来区分）死亡植物的所有组织-水藻，蕨类植物（羊

2、齿类）的孢子（生殖器官）角质层（叶子上的保护膜），高级植物的茎，枝和皮，根叶种子花粉及组成他们的木质素，纤维素，蛋白质，脂肪，树脂蜡质及木拴素等。所谓煤的专有木质素或纤维素生成的学说都是错误的。菌解作用能把植物变成泥炭，在空气充分进入的条件下，好气细菌（即在有充分氧存在的条件下能生活的细菌）能将植物全部分解为气体（称为腐烂）而不残留什么。如果水将植物堆积覆盖，但水中仍含有氧（如水线或流动）则好气细菌（在有一定含氧量的情况下才能生活的细菌）能使植物起不完全的氧化和分解作用，放出一氧化碳，二氧化碳等。但仍残留一部分残骸（外观好像木炭，有丝绢光泽，成为丝炭化物质其黏结性差灰分较大，如煤中含量多则不适

3、合用于炼焦）其中炭的含量很高，水含量和焦油率低，此作用称为丝炭化作用。如因水层加厚水中的含氧量减少则好气细菌不能生活。而厌气细菌(即在缺少氧气和几乎没有氧气的情况下能够生活的细菌)发展起来就能把植物的组织结构改变成胶质状态，其吸水性变大并成为或多或少的比较均一的物质称镜煤化物质。此过程还原反应，并且也起合成作用能释放出沼气和形成新的物质，使植物残骸组成生成变化，此作用称镜煤化作用。在菌解作用中，植物的形态部分：花粉，孢子，角质层，树脂，蜡质及树皮中木栓素不被细菌作用，而残留在煤中，成为形态分子。这些过程使煤形成外观上和性质上不同的部分（称为拼分，即用肉眼观察时的粗大拼分和用显微镜观察时的显微拼

4、分）这些外观上的不同，称为岩相差异。现分述如下：粗大拼分：可分为丝炭，镜煤，暗煤，亮煤。 丝炭：有丝绢光泽，与木炭相似故称为丝炭。用显微镜观察时，有显得细膜组织。在透射光下透明，当在反射光下呈光亮的黄白色，细胞腔则呈墨色。它是在植物在潮湿而少有氧的条件下首好气细菌的作用生成的，其特点是含碳量很高（88%）氢为3.83.9% 氧为7.1% 氮气为0.91.1%较少。水分低于（2%以下）挥发份最小焦油气体产率最小，没有黏结性，（隔绝空气加热，黏结成焦块的性质灰分高因流动的水带入泥沙多）脆而松软，故为最不适合用于炼焦的部分。镜煤：是发生过镜煤化作用变为软胶的植物组织，与其他拼分有明显区别，由于煤的层

5、理垂直的裂纹，贝壳状断口。本身很均匀因为它在成煤过程中仍然保持原有植物组织为变成胶体溶液，故不含形态分子，其灰分也最小，它有强烈光泽，黑色性脆 黏结好挥发分高达30%45%，按元素分析：碳为8082% 氧为712% 氮气1.21.6% 氢为5.5% 暗煤：在煤中分布最广，硬度韧性最大，断口为无光泽，平面光滑，有的呈粒状。它与大量的形态分子与少量的不透明基质（受了丝炭的作用的胶体溶液）透明基质（为受丝炭化作用的胶体溶液）组成。因含量多的形态分子其焦油产率及挥发最高，也有一些黏结性和一定的灰分。亮煤：主要为透明基和内含的少量形态分子组成。透明基质是植物经过镜煤作用变成胶体溶液，在失去水分形成凝胶所

6、成。它光亮较性脆，易研磨，因含形态分子，故其挥发分，焦油产量比镜煤高，黏结，灰分比镜煤稍大，在显微镜的透射光下基质为淡红色，形态分子为金黄色；亮煤呈条带状，可构成整个煤层。由上述可知：煤的四种拼分的黏结性，灰分及脆性等是不同的。利用丝炭性脆的特点，将煤粉碎，筛分，便易于成粉末状，不黏结的丝炭筛去则煤的粘结性要加强，有些不适于炼冶金焦的煤，也就能大量的用于炼焦，这种选煤的方法，称为煤相选煤。显微拼分：根据显微镜对美的观察，可把煤按成因与性质分为三类拼分。镜煤化物质：包括镜煤透明基质系植物受镜煤化作用生成，有黏结性。丝炭化物质：包括丝炭，不透明基质，系植物受丝炭化作用生成无粘结性。形态分子：由于不

7、受细菌作用的花粉，孢子，树脂，角质层，木质系所组成其焦油，氢含量高，焦油煤气产率高，有黏结性。根据煤中上述三种显微拼分的含量可以估计煤是否适用于炼焦或低温炼焦，制造人造石油。变质作用：即地质化学在作用，以温度，压力，作用为主从泥炭埋入地下后开始，可分两个阶段：第一阶段：胶体物质老化，内部分子从新排列，水分从50%减到10%泥炭变成褐煤。在此阶段。主要是改造因素成煤的脱水，每只分子内部和分子间的从新排列，部分氧，氢，碳，以二氧化碳，氢，甲烷的形态析出。这些气体吸附在煤的表面和积聚在煤层中，同一煤矿越在下面的煤层活跃靠近火成岩的煤层气变质程度（化学成熟性）越高，因其所受的温度，压力越大。经过变质作

8、用，煤由褐煤逐步变为烟煤，无烟煤，其碳含量渐增，挥发性渐减，媒质变紧，色较深，随着美的元素组成的渐变，煤的化学结构和物理，化学性质也发生逐渐变化，以致突变这是符合由量变到质变的规律性的。变质作用不改变煤在菌解阶段所获得的岩相组成，但改变其黏结性其颜色及透光性。煤的种类：煤可以按照成因，变质程度，工艺性质，用途等方面分为许多种类：成因分类：由高级植物生成陆植煤。 腐质煤：由高级植物生成，分布最广，最重要，类型很多，为炼焦的原料。 残留物岩：只有不受细菌作用的形态分子生成，可用于低温炼焦和人造液体燃料。由低级植物及浮游动物生成的腐泥煤。 真正的腐泥煤：还得保持本身结构的低级植物（水藻）和浮游动物的

9、残留物如藻煤，火虫媒。 胶泥岩：完全不保持原来的状态为无组织体。腐泥煤是制造人造液体燃料和润滑剂的宝贵原料，用于低温炼焦的焦油产率（可燃基）为50%，这种焦油不含酚类和沥青，并且易于氧化，得到汽油类的轻质燃料和润滑油。油页岩是含灰分很高的腐泥煤，其有机物质占总重量的30%60%，可用于生产人造液体燃料或煤气。按变质程度的大致分类：主要分为泥炭，褐煤，烟煤，无烟煤四大类。现将他们的一些重要指标列表：并与木材，藻煤作比较。 泥炭，褐煤，烟煤，及无烟煤性质种类发热量（千焦）挥发酚（%）可燃基（%）木材2400燃分泥炭260090-80 低温焦油褐煤4000700050327.712.5烟煤69008

10、90032352.018.1无烟煤800086005201248.8 泥炭:为被腐植酸及其盐类的凝胶胶合起来为分解的植物残留物及植物的不同分解产物的充水堆积体,有很多醣类,因为呈胶质状态,天然水份为8595%，空气干燥后为3545%。发酵后可作为有机肥料。由于一般埋藏极浅易于开采，分布很广。我国农民大量采用作肥料，可水解制造酒精，淬取地蜡，并可气化或作燃料。褐煤：土状松散布或致密体，没有醣类，没有尚未了解的植物组织条痕，大部为褐色，大部分呈光泽，变质程度深的也可能含光亮含腐植酸，故KOH溶液的颜色特别黑，稀硝酸的颜色由淡黄到红褐色，在变质作用初期腐植酸脱 基.以后由于腐植酸的功能团（基或根）互

11、作用。腐植酸转变为中性的腐植质，因而其含量由60%逐渐减为1%，水分也逐渐减，其天然水份为30%60%，空气干燥后为1030%。褐煤大部呈强粘结，但有些褐煤稍有黏结性。它可用作燃料和用于气化及低温炼焦。民主德国，褐煤产量占世界第一。我国褐煤产地很多，如云南小龙潭煤团，内蒙，辽宁，西安，阜新，新邱，抚顺，古城子等地都有。烟煤：没有腐植酸为中性，KOH溶液稀，HNO3的溶液无色，条痕大部分为黑色。主要是光亮的，水分为1.23%。煤结构中的芳香核继续缩合，侧链与功能团，继续脱去，氧链减少，碳含量高于70%。温度对烟煤的生成起主要作用，有机物受热分解出CH4，C0，CO2，H2O外，还形成高度缩合的化

12、合物，压力仅其从属作用，阻碍热分解产物从反应中出去，因此变质作用与干溜作用是不一样的。烟煤可用作燃料其中能结焦的一部分煤大多用于炼焦。烟煤也可用于低温炼焦。无烟煤：无烟煤与烟煤的区别：在于物理性质不同，其比重为1.41.7，硬度为22.5，灰黑色，光泽很强，断口永远是龟裂状，燃烧时无烟，含水分很少，可用作家用燃料和气化。其特点为煤中的有机物完全分解，很紧密，在变质过程中曾受高温高压作用，有机体发生局部熔融，岩相组成有些模糊不清。我国出产无烟煤的地区很多，例如：北京门头沟煤矿，浙江，福建，贵州，河南等地都有无烟煤的埋藏。挥发酚是极为重要的指标：因为利用它可以将煤按变质程度进行分类，并且可大致算出

13、，焦炭，焦油，粗笨，煤气的产率。挥发酚越低，煤变质程度越高，焦炭产率越高，焦油，粗笨，煤气生产率越低。变质程度相同，但岩相组成不同的煤，有不同的挥发酚。如含形态分子多，则其挥发酚较高。含丝碳化物质多，则挥发酚低。因此，不可按挥发酚来比较不同岩相类型的煤，也就是说单按挥发酚对煤进行分类也是不适当的。煤的分类1 煤的分类标准：煤的分类是指导煤的资源合理利用的基本法则，称统计资源储量计划供应和评估煤炭资源利用合理性基本依据。分类标准制定也反映了我国在煤炭加工利用方面的科学技术发展，1958年国家技术委员会推荐的煤分类方案是以华北地区东北地区的煤样为依据。煤的可燃基，挥发分，产率和胶质层的最大厚度为分

14、类指标。把各种工业用途的煤从褐煤到无烟煤之间的所有煤种划为 10大类，24小类，该方案使用了近三十年（前苏联专家指导制定）。随着我国煤炭工业，焦化工业大发展，新煤田发现，炼焦用煤基地不断增加，使得原方案存在烟煤部分大类别过少，烟煤与褐煤划分界限不清楚等缺陷，于1986年采用新的煤分类标准。 烟煤的分类 类别符号数码分类指标Vdaf,%Gr,LY,mmB,%贫煤PM1110.0-20.05贫瘦煤PS1210.0-20.05-20瘦煤SM1310.0-20.020-501410.0-20.050-65 焦煤 JM1510.0-20.06525.0(150)2420.0-28.050-602520.

15、0-28.06525.0(150) 肥煤 FM1610.0-20.0(85)25.0(150)2620.0-28.0(85)25.0(150)3628.0-37.0(85)25.0(220)1/3焦煤1/3JM3528.0-37.06525.0(220)气肥煤QF4637.0(85)25.0(220) 气煤 QM3428.0-37.050-654337.035-504437.050-654537.06525.0(220)1/2中粘煤1/2ZN2320.0-28.030-503328.0-37.030-50弱粘煤RM2220.0-28.05-303228.0-37.05-30不粘煤BN2120.

16、0-28.053128.0-37.05长焰煤CY4137.054237.05-30新的分类标准具有以下特点：在半工业和实验室的实验基础上对无烟煤，烟煤，褐煤进行了全面的分类。除无烟煤和褐煤两大类别，烟煤比分分为12大类，新增加了贫瘦煤，1/3焦煤，1/2中粘煤和气肥煤。采用数码组合与原有牌号相结合的原则，构成新的分类系统，这种编码系统有利于国际上互相交流和对比。采用烟煤粘结指数为主，胶质层最大厚度或奥亚膨胀度为辅助的分类指标，这样发挥了指标各自的优点。我国新的煤分类方案中14种煤除了无烟煤，不粘煤，长焰煤 褐煤等4种外，其他10种煤都可以配煤炼焦（冶金焦）一般都是以气煤（QM），肥煤（FM），

17、焦煤（JM），瘦煤（SM），1/3焦煤（1/3JM），气肥煤（QF）等为主。其他几种只能少量配入。各种煤的性质不同，在配煤中的作用也不同。需要说明解释的是：配煤是冶金焦的主要煤之来源，因我国主焦煤存量不多，为节约扩大媒资源，配煤主要以：气煤，瘦煤，肥煤，焦煤4大类为主。另在增加少量不粘煤，贫煤不超过10%。 问答题1 什么是变质程度？变质程度于各种煤的关系如何？答：泥炭经压力，地热作用的大小以及受作用的地质年代的长短的综合称为变质程度。显然，贬值程度低的，氧和氢的含量较高的煤，碳核缩合和芳构化程度就低；而变质程度高的，氧和氢的含量较低的煤则相反，含碳量较高。通常含碳量（C%）的多少能反映煤的变

18、质程度的高低。如果用C%表示变质程度的话，则有：泥炭5060 褐煤6074 烟煤7490 无烟煤9098 2 煤是由哪些物质组成的？答：煤主要是由碳，氢，氧，硫和一些稀有元素和矿物质组成。从工业分析可以测定出煤中的水份，灰分，挥发酚和固定碳的含量。3 什么是煤的比重，堆比重，假比重，真比重和孔隙度？答：煤的比重：煤的重量与同温度同体积水的重量之比。煤的堆比重：煤料在自然堆积状态下的重量与同温度同体积水的重量之比。煤的假比重：指20摄氏度的煤与同温度同体积（包括空隙在内）的水的重量之比。煤的真比重：指20摄氏度时煤的重量与同温度同体积（排除梅德微细孔隙）水的重量之比。煤的孔隙度：孔隙度=（真比重

19、-假比重）/真比重*100%4什么是烟煤的热分解？答：烟煤的热分解是指烟煤在干溜过程中的分解，合成，缩聚等许多反应的综合过程。烟煤在干溜过程中被加热到200摄氏度左右时，烟煤结构内的含氧功能团首先分解，产生二氧化碳和水（热解水）。当温度继续升高时，煤结构本身热软化。非芳香族物质获得一定的能量后，呈气态或液态，脱离煤的基本构造单位。一般在200500摄氏度时，分解出大量的甲烷，烯氢和低温焦油类物质；当温度继续升高到500700摄氏度时，一方面热分解跟激烈进行，主要是甲基以及较长的侧链分解产生的甲烷，氢和一氧化碳等；另一方面，基本结构单位的芳香族碳环聚合形成半焦。在700摄氏度以后，半焦结构分解剧

20、烈，氢和一氧化碳大量的产生，芳香族碳核结合的程度显著提高，逐渐形成焦炭。5 煤的工业分析包括哪些内容？答： 煤的工业分析包括测定煤的水分，灰分，挥发酚或固定碳。6 什么是原煤和精煤？答：原煤是指从矿山采出没有经过洗选的煤，原煤一般含较高的灰分和硫分。，精煤是指经过洗选的煤。精煤的灰分比较低，原煤经洗选后硫分也有所减少。精煤的比重一般小于1.41.5。7 煤中的硫有哪几种形态？答：到目前为止，人们通过物理，化学和放射性等方法，对煤中的硫进行了研究，证明煤中硫主要有无机硫和有机硫量大类。无机硫的主要形态呈硫化物，硫酸盐和元素硫等；有机硫比较复杂（因为硫原子结合在煤的有机质内，所以有机硫的形态尚未较

21、好的弄清楚。）8 什么是配煤细度？答：煤料被粉碎后，03毫米粒度级的煤占全部煤料重量的百分数，称之为配煤的细度。9 备煤车间应注意哪些安全技术？答：1 注意劳动保护，必须遵守操作规程。2皮带运输及部分应设防护罩。3 在机械运转时，不能清扫和检修4 皮带运转时，不准从上面跨过去或从下面钻过，皮带上不准放工具，跟不准坐人。5 煤尘对人体有害，而且在室内含有一定量时会产生爆炸性气体，因此在煤塔，走廊内不准抽烟。电动机要采用防爆型的。6 煤槽深的话，一定要有栏杆。第二章 焦炉用耐火材料及性质 焦炉是连续生产的大型工业窑炉。一座焦炉连续生产几十年。目前，焦炉上使用的耐火材料主要有硅砖；粘土砖和高铝砖等。

22、焦炉用耐火材料的耐火度在1580摄氏度以上。根据工艺需要和操作要求，焦炉上不同部位所用的耐火材料也不一样。焦炉的耐火材料性能的要求：1 在焦炉生产的高温条件下能承受一定压力和机械负荷而不变形，保持一定的体积热稳定性。2 在高温下有较好的导热性能。3 在生产条件下能适应温度正常变化而不破损。4 能抵抗灰渣和煤高温干流的化学侵蚀作用。5 具有一定的耐磨性焦炉用耐火材料的主要性能：1 气孔率：耐火制品中的气孔包括开口气孔和闭口气孔。气孔率一般是指与大气相通的显气孔的体积与制品总体积的百分比，又叫做显气孔率。制品的气孔率越小，导热性能越好，耐压强度越高，抵抗急冷急热性能较差。 2 体积密度与真密度：体

23、积密度是包括全部气孔在内的每立方米砖的质量数，而计算真密度时的砖样体积只包括岩石部分。由于不同晶型石英的真密度是不一样的，因此，通过砖的真密度可以了解其烧成情况。烧成较好的硅砖真密度较小。3 常温耐压强度：制品在常温下单位面积所能承受的最大压力，叫做常温耐压强度。结构均匀致密，烧成良好的制品，具有较高的常温耐压强度。4 热膨胀性：通常一定温度范围内的平均线膨胀率表示。5 导热性：指耐火制品传递热量的性能，用导热系数来表示其单位为W/（m , ）。气孔率低，结构致密的砖，导热性能好。晶体结构比玻璃质的导热性能好，硅砖与粘土砖等大多有耐火制品的导热系数，随着温度升高而增大，但也有少数耐火制品（如镁

24、砖和碳化硅）的导热系数，反而随着温度升高而减小。6 耐火度：耐火度表示耐火制品在高温下抵抗软化（熔化）的性能。至耐火锥试样顶部弯倒并接触到底盘侧面时的温度。7 荷重软化温度：表示耐火制品在一定负荷下抵抗温度的能力，荷重软化温度是试样0.2公斤压力下，以一定的升温速度加热，随着温度的升高，式样不断产生变形，当试样的最大限度降低0.6%时的温度，即为荷重软化温度。他又耐火制品的化学性质，结晶构造特征，玻璃相在一定温度下的粘度，晶相与玻璃相的相对比例烧成温度以及温度粒度组成有关。8 表示耐火制品在高温下长期使用时，体积不发生不可逆变化的性能。通常以残余膨胀（收缩）来表示耐火制品的体积热稳定性，其具体

25、指标是：耐火制品在一定温度下加热一定时间自然冷却后，测量其体积变化，该值与原体积的百分比称为残余膨胀。（或残余收缩） 9 热稳定性：耐火制品抵抗温度急变而不损坏的能力。测试方法是将试样的一半放入加热炉中，另一半在炉外。加热至850时保温40分钟，而后放入流动的冷却水槽中急冷，如此反复进行，当其损坏脱落的部分与原试样质量为原试样质量的20%时急冷急热次数。他与制品的膨胀系数大小制品的内部温度分布的不均匀性制品的形状及尺寸都有密切关系。10 抗侵蚀性：耐火制品在高温下抵抗熔渣，炉料分解产物的化学及物理作用的性能。影响抗侵蚀的主要因素是：制品与熔渣的化学组成，工作温度炉料分解产物的性质以及制品的质密

26、度等。耐火泥 为了使砌体中的单块砖粘结成整体，必须使用耐火泥，砖缝是砌体最薄弱的地方。所以耐火泥的优良质量和用它来仔细填塞砖缝，是保证砌体长期操作及其严密的必要条件。耐火泥应具备的主要性质：为了便于砌筑，应有一定的粘结性。良好的填塞砖缝的能力。为了防止砖缝在干固时裂开应具有较少的收缩性。有一定的耐火度和荷重软化温度，在高温下不止熔融而被挤出。符合于耐火泥操作条件的烧结温度，使火泥在该温度下机能发生烧结作用增加砌体的机械强度。耐火泥的种类，成份，及应用：各部位砌体所用的泥浆的理化性质应一致高温火泥：为了粘结在不同操作温度下的硅砖砌体采用不同烧结温度的火泥。中温火泥：用于1350-1500操作温度

27、部位。标准如下：二氧化硅含量不小于90% 三氧化二铝含量5%1 耐火度 不小于1670 粒度 通过一毫米的筛孔残留在筛上者小于3%低温火泥：用于1000-1350操作温度的部位。耐火度不低于1580粘土火泥：其技术标准如下；氧化铝含量大于40% 三氧化二铁含量小于4.5% 耐火度 1100 粒度 通过一毫米的筛子 筛孔大于91%砌隔热砖用火泥：粘土火泥 50% 隔热水泥 50% 注：现调至火泥已经使用上高温粘结剂根据需要熟料生料按一定比例调制成。1 硅砖 二氧化硅含量在93%以上的耐火砖称为硅砖。硅砖石英（硅石或石英砂）为原料，粉碎后加入适量的粘结剂（石灰乳或亚硫酸纸浆废液）矿化剂（铁粉）及部

28、分硅质熟料（或废硅砖粉）混合，成型，干燥后在14001430的窑炉中熔烧而成。硅砖属于酸性耐火材料，具有良好的抗酸性侵蚀能力。它的？性能好，荷重软化，温度高，一般在1620以上，仅此其耐火度低7080。硅砖的导热性随着工作温度的升高而增大，所以硅砖是焦炉较理想的耐火制品。现代大，中型焦炉的重要部位（如燃烧室，斜道和蓄热室）都用硅砖砌筑。决定硅砖热稳定性好坏的关键是真密度。真密度的大小是确定其石英转化的重要标志之一，硅砖的真密度越小，其石英转化越充分，在煤炉过程中产生的残余膨胀也就小。焦炉用硅砖应符合：GB260587 项目指标 JG94二氧化硅 %不小于94耐火度 不小于16900.20MPa

29、荷重软化始温度 不小于1650重烧线变化 %1450 2h 0.2显气孔率 %不大于炉底炉壁砖不大于22其他部位用专机手工成型砖不大于24常温耐压强 MPa不大于29.4炉底炉壁砖不大于19.2其他部位用专机手工成型砖不大于真密度 1立方厘米不大于2.35热膨胀率 %由场提供硅砖的理化指标如下：2 粘土砖 粘土砖是指三氧化二铝含量为30%40%硅酸铝材料的粘土制品。粘土砖是用50%的软质粘土和50%硬质粘土熟料，按一定的粒度要求进行配料进成型，干燥后再13001400的高温下烧成。粘土砖属于弱酸耐火制品，能抵抗酸熔渣和酸性气的侵蚀，粘土砖的导热性能好，耐急冷急热。焦炉用粘土砖应符合GB4415

30、84 粘土砖的理化指标如下：项目指标N-1N-2aN-2DN-3a耐火度 不低于17501730171016900.2MPa 荷重软化开始温度140013501320重烧线变化百分比 14002h +0.1+0.1-0.4-0.5重烧线变化百分比 1350 2h+0.2-0.5显气孔率 % 不大于22242626常温耐压强度 kgf300250200250热震稳定性次数 3 高铝砖 高铝砖是三氧化二铝含量大于48%的硅酸铝或氧化铝质的耐火制品，统称为高铝制耐火制品，高铝砖按其三氧化二铝含量不同，分为 LZ-75 LZ-65 LZ-48 LZ-49 四种牌号高铝砖的耐火度和荷重软化温度均高于粘土砖，抗渣侵蚀性能（尤其是对酸性渣）较好，且这些性