配煤的基础知识.pdf

“ “ “ “ 第一篇 配煤的基础知识 第一章煤的基本组成与结构 煤是固体可燃有机岩石类。从矿物加工利用角度来看， 则把煤当做一种非晶质矿物 对待， 称之为能源矿物。在煤进行加工、 利用和处理等过程中的界面化学都涉及到煤的 组成和结构。由于自然界成煤物质及聚集环境的多样化， 且各具有不同的煤化途径， 所 以煤的岩石组成具有明显的不均匀性， 一方面， 煤是有机质和无机矿物的复合体； 另一方 面， 组成煤主体的部分 植物有机残体具有复杂性和多样性。 第一节煤的有机显微组分 在显微镜下才能识别的煤中基本有机组成单元， 称为显微组分。国内外关于煤的显 微组分的分类有多种方案， 我国煤炭系统根据相似的成因、 保存方法和相似的物理化学 及工艺性质等， 将烟煤有机显微组分分为四组 （镜质组、 半镜质组、 惰质组和壳质组） ， 进 一步根据细胞结构保存程度和形态各组又划分若干组分， 有些显微组分还根据形态、 成 因再细分为亚组分 （表 “ “ ） ； 国际上则划分为镜质组、 壳质组和惰性 （质） 组 （表 “ “ ） 。 中国烟煤显微组分分类与国际硬煤分类的主要区别在于分出了半镜质组。这是根 据国内外煤岩分析表明， 在镜质组和惰质组之间存在过渡组分， 具有镜质组和惰质组之 间的物理、 化学和光学、 工艺性质， 所以在中国烟煤显微组分分类中将其单独分出一组， 称之为半镜质组。 第一章煤的基本组成与结构 表 “ “ 我国烟煤显微组分分类方案 组代号组分代号亚组分代号 镜质组 半镜质组 结构镜质体 无结构镜质体2/的为年轻褐煤。 褐煤的特点 水分大， 密度小， 不粘结， 含有不同数量的腐植酸， 氧含量常达 8/ ;/左右， 化学反应性强、 热稳定性差， 块煤加热时破碎严重， 在空气中易风化碎裂成小 块， 发热量低。褐煤可用作燃料， 也可作为加压气化、 加氢液化、 低温干馏和活性炭及提 取褐煤蜡的原料。此外， 年轻褐煤适用于作腐植酸铵等有机肥料。 二、 长焰煤 长焰煤是煤化程度最低的烟煤， 呈黑色， 沥青光泽， 粘结性差或不具粘结性。加热时 能产生一定数量的胶质体， 生成焦炭呈细小长条状， 强度甚差， 粉焦率甚高。一般作为气 化、 液化原料及民用燃料。 三、 不粘煤 不粘煤是一种在成煤初期， 原始物质受到相当程度氧化作用的影响， 为低煤化程度 到中等煤化程度的烟煤。特征是 含氧量较高， 挥发分中等， 加热时基本不产生胶质体， 无粘结性。不粘结煤可作为气化原料及动力和民用燃料。 四、 弱粘煤 弱粘煤是一种粘结性较弱的从低煤化到中煤化程度的烟煤。挥发分中等， 炼焦时能 产生少量胶质体， 有的能结成强度较小的小块焦， 有的只有小部分能凝结成碎屑焦。弱 * 第一篇配煤的基础知识 粘煤多适于用作气化原料和电厂、 锅炉燃料。 五、 “ 中粘煤 “ 中粘煤是中等煤化程度的中等粘结性煤， 挥发分中等。其中， 有一部分煤在单煤 炼焦时能结成一定强度的焦炭， 可作为配煤炼焦的原料； 粘结性较弱的一部分煤， 在单煤 炼焦时结成的焦炭强度差， 粉碎率较高。 中粘煤适宜作气化原料或动力燃料； 一般配 煤炼焦时， 也可适量配入使用。 六、 气煤 （6、 55 把从煤矿酸性矿 脉中分离出的氧化亚铁硫杆菌引入选煤工艺标志着微生物脱硫的开始。/1/ 年 A6B , 9AB （;NOPB Q 煤进行实验， 在过程中加入一定量的熟石灰， 在不影响 精煤回收率的情况下黄铁矿脱除率为 G6 K G’6； 美国纽约州立大学 R“N2; L S““T （; （;5;;;3;“;; ;; ;;4;3;;4;“; ;, ’ “ 9 ’ ） 。其中 ’即赤道半 径。 是 和 “的函数， 写成 ’ 8 “ “ ’ “ （ “ “ ） 图 “ “ ’等腰三角形法示意图 从图 “ “ ’ 可以看出， （ “ “） 等于等腰三角形顶点 5 到曲面顶点 的距离。 由于 5 比 “大得多， 使测定准确性大为提高。而且’ 具有对两切点定位不灵敏的优 点。 第一篇配煤的基础知识 上述几种方法都需要赤道半径 “的数值， 但是有些液体难以在固体表面上形成接 触角大于 “的液滴， 限制了这些方法的应用。近年来， 采用复杂的计算方法可以不需要 利用赤道半径。 七、 悬滴法 这也是一种液面外形方法， 是通过测定悬挂的液滴的外形参数， 应用 对应值， 列于表 3 , 4 , 7。 在测定表面张力时， 必须注意两点 首先， 进行测试时， 必须注意保持试样温度的恒 定。因为温度对表面张力的影响是很明显的； 第二， 试样的纯度一定要高， 测试仪器一定 要十分清洁。因为十分少量的杂质将显著地影响表面张力的测试数据， 特别是杂质中含 有表面活性物质时。也许一个分子厚的表面膜的存在， 就会大大降低液体的表面张力。 这个结果表明， 在平的、 干净的、 均匀的及不变形的理想固体表面上， 液体所形成的 平衡接触角只有一个定值。但是， 这种情况在实践中是很少见的。也就是说， 接触角滞 后现象在实践中经常出现。图 4 5 6 5 44 表示的是水在石蜡表面上的测定结果。 上面的实验结果表明， 在实际测量过程中， 前进接触角和后退接触角存在着较大的 差异。大量的测定实践也证明了这一点。这就是前面所述的接触角滞后。造成接触角 滞后的主要因素是表面的粗糙不平和表面成分不均匀 （包括表面污染） 。水滴在玻璃上， 如果玻璃非常干净， 水将自由铺展， 接触角为零； 若将玻璃板倾斜， 水将会顺流而下。若 玻璃上有灰尘及其他污物， 当我们将玻璃板倾斜时， 玻璃板上将会留有水渍。生活中我 们也会观察到这种现象， 如用过的水杯、 下雨时的汽车玻璃等。此外， 表面的粗糙度越 大， 则接触角的滞后就越严重。 A 第六章界面化学中的测试方法 图 “ “ 水在粗糙表面上的接触角滞后现象 二、 接触角的测定方法 接触角的测定方法很多， 但基本上可分为三种类型， 第一种是直接测量法。它是用 仪器直接测量固液接触界面的接触角。第二种是液滴尺寸测量法。液滴尺寸测量法是 通过测定在固体表面上的液滴尺寸来计算接触角。这种方法可以不需要知道液体的表 面张力， 其主要优点是试样用量小。第三种是高度测量法。它是根据液体与固体表面的 润湿程度， 测定在垂直的固体表面上液体的升高的高度来计算接触角。此外还有重量 法、 过滤压力法等。 （一） 角度测量法 这是应用最为广泛， 也是最直截了当的一类方法。这种方法是通过观测与固体表面 相接触的液滴、 液面或液体中的气泡的外形 （如图 “ “ ） ， 然后通过各种仪器直接测 量出三相交界处流动界面与固体界面的夹角， 这就是接触角。具体方法主要有投影法、 摄影法、 显微量角法、 斜板法和光点反射法等。前两种方法分别是把三相交界处液面形 状投影放大到屏幕上或摄影后放大出照片， 然后在所得到的影像的三相交界处作液面的 切线， 测量出它与固体表面的夹角。显微量角法则是用低倍显微镜观察液面， 借助安装 在显微镜镜筒内的叉丝和量角器直接测量接触角。这类方法有时被称为切线法。切线 法虽然直接方便， 但问题是切线往往很难做得很准， 误差有时非常大。 第六章界面化学中的测试方法 三、 重量测量法 测定液体表面张力时所使用的吊片法也可用于测量液体对固体的接触角。 测定液体表面张力时， 我们要求吊片能很好地被润湿， 即保证接触角为零， 则液面与 吊片恰好接触时， 吊片所受的力为 （ ““ ） “ （ ’ ） 其中 “ 代表吊片的周长。在已知吊片周长和液体的表面张力的情况下， 只要采用适当的 装置精确地测出吊片所受的力， 即可计算得到固体的接触角。 四、 粉末接触角的测定 在生产和科学研究中， 有时需了解液体对固体表面的润湿性质。在这种情况下， 有 时我们需要测定粉末的接触角。迄今为止， 尚无公认和准确的测定粉末接触角的标准方 法。这不仅是由于接触角滞后现象的存在， 以及影响接触角的因素很多， 而且由于测定 条件的难以完全重复以及粉末接触角测定的间接性。 （） 利用液体在由固体粉末中所形成的多孔塞中毛细上升的高度计算接触角 将固体粉末装填在具有多孔底板的玻璃管中， 该底板可以防止粉末泄漏， 但可以让 液体通过。使玻璃管底部接触液体， 液面在毛细力的作用下在管中上升 （如图 ’ *） 。液面的最大上升高度可由下式计算 图 ’ *透过法测定固体粉末接触角 ““ , （ ） （ ’ -.） 其中， 和为液体的表面张力和密度，“为接触角，为重力加速度， 为粉末柱的等效毛 细管半径。 由于 无法直接测定， 我们往往采用标准液体校正法进行计算。 具体做法是 首先采用对所研究粉末接触角为 . 的液体 （已知其表面张力.和密度.） 测定其透过高 - 第一篇配煤的基础知识 度 ， 应用上式计算出粉末柱的等效毛细半径 “， 然后用同样的粉末柱测定其它液体 （已 知其表面张力和密度“） 的透过高度， 以所得到的等效毛细半径来计算液体对该粉末接 触角。 “ “ “ （ ’ ’ ） 由于 “ 与粒子的大小、 形状、 装填紧密程度及装填方法密切相关。 另外在测量时必须保证 一定的平衡时间。 （*） 利用液体在由固体粉末中所形成的多孔塞中毛细上升的速度计算接触角 若一流体由于毛细作用渗入半径为 “ 的毛细管中， 在 时间内流体流过的长度 可用 ,-./01 方程描述 *““ * （ ’ ’ *） 式中 为液体的表面张力，为液体与毛细管壁的接触角， 为液体的粘度。 对于粉末柱， 则有 * ““ * （ ’ ’ 2） 式中 “ 为粉末柱等效毛细平均半径， 为液面在 时间内上升的高度。 粉末的接触角为一 固定值， 若作 *对 图， 应得到一直线， 其斜率 应为 ““ * 。故 “ ’ （* 3 “） （ ’ ’ ） 此法与透过高度法相比有快捷、 方便的优点。 45 第六章界面化学中的测试方法