发布时间 : 星期日 文章煤化学 第六章 煤的物理性质和物理化学性质更新完毕开始阅读d176308485868762caaedd3383c4bb4cf7ecb74d
二、煤的导热性
2
煤的导热性包括导热系数λ[W/(m·K)]和导温系数α(m/h)两个基本常数。它们之间的关系可用下式表:
c——煤的比热容，J/(kg·K);
3
γ——煤的密度，kg/m。
物质的导热系数是指热量在物体中的传导速度，而物质的导温系数反映的是物体温度变化的能力。从上式中可以看出，导温系数α与导热系数λ成正比，而与热容量c ?γ成反比。λ表示煤的散热能力，c ?γ表示单位体积物体温度变化1 ℃所吸收或放出的热量，即物体的蓄热能力。
式中
第四节 煤的电性质
一、煤的导电性
煤的导电性是指煤传导电流的能力。导电性常用电阻率ρ(即比电阻)或电导率σ(即电阻率的倒数)表示。电导率越大，煤的导电能力越强。煤的导电有离子导电和电子导电两种形式，无烟煤以电子导电为主，褐煤以离子导电为主。
电导率与煤化程度的关系如图6-6(纵坐标都为负数)所示，导电性随煤化程度的增加而增加，在无烟煤阶段提高更快。图6-6没有褐煤阶段的数据，实际上褐煤的电阻率较低，随着煤化程度的加深电阻率增加，到长焰煤时达到最大，此后随煤化程度加深，煤的电阻率呈缓慢下降趋势，到碳含量达到90%以上的无烟煤时，电阻率迅速下降。煤的导电性属于半导
4
体或导体的范围。如莫斯科近郊的褐煤在室温下的电阻率为4×10 Ω·cm美国某煤田的黏
74
结性烟煤的电阻率为6×10～15×10 Ω·cm;无烟煤的电阻率较所有低煤化程度煤低得多，某煤田的无烟煤的电阻率为70～200 Ω·cm;石墨是良导体，电阻率为0.42 Ω·cm。利用煤的导电性，可以合成煤有机复合导电材料，高煤化程度的无烟煤可作为生产炭素材料、石墨电极和人造石墨的重要原料。
煤岩组成对电阻率有较大影响，镜煤的电阻率显著高于丝炭。所以，同一煤化程度的煤丝炭的导电性更好。
电导率与测定条件关系很大，如煤中水分、矿物质含量、粒度、散密度、温度和加在试样上的外加电压等对其都有影响。
某无烟煤中的矿物质对煤电导率的影响见表6-3。
从表6-3列出煤样的电导率变化情况看，一次脱矿样的直流电导率(σDC)比原煤样增22倍，而二次脱矿样增大86倍;交流电导率(σAC)的变化规律与此基本相同，这主要是因为一次脱矿脱除了含量相对较低的碳酸盐及一些碱性氧化物，而二次脱矿主要脱除了含量培对较大的、电导率又很小的石英。
利用煤与矿物质之间以及煤岩组成之间在导电性上的差异，可以在电选设备上分离煤和矿物质甚至实现煤岩组成之间的分离。
二、煤的介电常数
物质的介电常数ε是指当物质介于电容器两极板间的蓄电量
2
和两板间为真空时的蓄电量之比。对非极性绝缘体，ε=n，n为折射率。
水分对介电常数影响很大，其原因是水的极性大。测定煤的介电常数时，必须用完全干燥的煤样。
煤化程度是影响煤的介电常数的主要因素(见图6-7)，随煤化程度的加深，煤的介电常数减小，在含碳87%左右达到最小，然后又急剧增大。因为年轻煤的极性含氧官能团多，极性大，所以其介电系数较大;随煤化程度的加深，含氧官能团减少，介电常数也减少;而年老煤的ε增大是因为其导电性增大之故。
第五节 煤的光学性质
煤的光学性质主要有可见光照射下的反射率、折射率和透光率以及不可见光照射下的X射线、红外光谱、紫外光谱和荧光性质等。这里只介绍煤的反射率，折射率，透光率，X射线及红外光谱。
一、煤的反射率
镜质组的反射率与煤化程度之间有较好的线性关系，故可作为煤分类的指标。 煤的反射率用显微光度计测定，目前广泛采用光电倍增管接受反射光，对单光束进行对比，以显示器中的光电效应大小表示反射光强度。测定中注意以下几个问题:①采用煤岩光片，以无结构镜质体作为测定对象;②测点选定后，使反射光投射到光电倍增管上，缓慢转动台360°，应出现两次相同的最大值，因为在与煤层层面成任意交角的切面上最大反射率不变，而最小反射率随交角改变而变化，所以测定时应以最大值为准;③一般以油为介质，因为油浸物镜的解像力远比干物镜(空气为介质)强，对反射率的分辨力强;④在一个煤岩光片上一般要测20～50个点，然后计算平均值，因此人工测定比较费时。
经过多年努力，到20世纪70年代，自动扫描反射显微镜问世。美国生产的ADPR Mark I，除能自动测定反射率外，还能作煤岩显微组分分析。载物台移动间距为10 μm，自动扫描速度为200 μm/s，l min可测上万个点。
二、煤的折射率
折射率是物质的重要性质之一。它是指光在物质界面发生折射后进入该物质内部时，其入射角和折射角正弦之比。目前还没有测定煤折射率的方法，可以通过弗顿斯内耳—比尔公式进行计算:
式中
R——被测物质的反射率，%; n0——标准介质的折射率，%; n——被测物质的折射率，%; k——被测物质的吸收率，%。
煤的折射率与反射率一样随煤化程度提高而增大，表6-4是一些典型的数据。
根据煤在空气和雪松油两种介质中的反射率，可通过联立方程解得n和k。褐煤在光学性质上是各向同性的，由烟煤向无烟煤转化时，煤的各向异性趋于明显。这是由于煤化程度高的煤，其分子结构中芳香层片不断增大，排列越来越规则化，在平行和垂直于芳香层片两个
方向上的光学性质出现了各向异性现象。
三、煤的透光率
煤的透光率是指煤样在100 ℃的稀硝酸溶液中处理90 min，所得有色溶液对一定波长(475 nm)的光的透过率。有色溶液透光率的测定有分光光度计法和目视比色法两种。分光光度计法因其重现性差，一般用得不多，我国国家标准采用目视比色法测定有色溶剂的透阳光率，用PM表示。
透光率在反映年轻煤的煤化程度时非常灵敏，特别是在煤样受到轻微氧化时，其测值不受影响，而其他反映煤化程度的指标如挥发分、碳含量、发热量等则有明显的变化。因此，在我国煤炭分类中将PM列为划分长焰煤和褐煤的主要指标以及褐煤划分小类的指标。一班年轻褐煤的PM小于30%，年老褐煤在30%～50%之间，长焰煤的PM通常大于50%，气煤的PM一般大于90%。
四、煤的X射线衍射
X射线的波长在O.1～1 nm之间，这一大小正好与晶体的晶格尺寸相近。当X射线射到晶体上时，如果波长λ、入射角(布拉格角)θ和晶面间距d符合以下公式，就会产生衍射现象使光线增强。
式中 n——衍射次数，等于1，2，3…整数。 因为煤不是完整的晶体，所以只能用粉末法测定其衍射性质。粉末法是以煤粉为试样固定X射线的波长而连续改变入射角。X射线计数管接收来自煤样的衍射线并把它转变为电讯号，经放大后在记录仪中记录下来。
X射线衍射法对研究煤的结构有很大帮助，石墨具有明显的晶体结构，而煤属多元非晶态物质，石墨的衍射带(条带)共有9个，而煤的衍射峰只有2～4个。煤不是晶体物质，但在煤结构中存在着类似于石墨结构而尚未发育完全的微晶子。它的大小和定向排列规则化程度随煤化程度而变化。用X射线衍射法可求得微晶子与芳香层面平行方向的长度和垂直方向的厚度以及芳香层面之间的距离。
五、煤的红外光谱
红外光谱法是研究有机化合物结构的最主要方法之一，其图谱有很强的结构特征性。该法分析速度快、灵敏度高、试样用量少，可以分析各种状态的样品，因此得到广泛应用。运用傅立叶变换和计算机技术以及与色谱的联用使红外光谱技术有了更大的发展。
红外光谱是分子中原子和原子团的振动光谱。振动类型有伸缩振动(对称和不对称)和变形振动两类。后者包括面内变形振动(剪式和摇摆)与面外变形振动(扭曲和摇摆)两种。它们吸收的能量正好与2.5～25 m的红外线相当。
煤的红外光谱图如图6-8所示，关于各吸收峰对应的结构列于表6-5。