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煤的元素组成


煤是由有机物和无机物组成,但以有机质为主体。而煤的有机质主要由碳、氢、氧及少量的氮、硫、磷等元素构成。通常所说的元素分析是指煤中碳、氢、氧、氮和硫的测定。这五种元素是组成煤有机质的主体,煤的组成变化与煤的成因类型、煤的岩相组成和煤化密度密切相关。煤的元素组成对研究煤的成因、类型、结构、性质和利用等都有十分重要的意义。

(1)碳:碳是煤中最重要的元素。煤的碳含量随煤化度的升高而增加,泥炭的碳含量为50~60%;褐煤60~77%;烟煤为74~89%;无烟煤90~98%。

(2)氢:氢是煤中第二个重要组成元素,在煤的有机结构中,氢结合在碳的链状或环状结构中。煤的氢含量随煤化度的升高而减少。

(3)氮:煤中的氮通常都是以有机氮的形式存在,主要由成煤植物中的蛋白质转化而来。煤的氮含量约为0.8~1.8%,氮含量随煤化度的升高而略有下降。在干馏时,煤中的大部分氮转化为氨与吡啶类等。

(4)氧:氧是煤的主要元素之一。在整个煤的变质过程中,氧含量随煤化度的增加而迅速降低。从泥炭到无烟煤,煤的氧含量从30~40%下降为2~5%。

(5)硫:硫分是评价煤质的重要指标之一。在炼焦、气化、燃烧等各种用煤工艺中,硫都是一种有害的杂质。焦炭中的硫在高炉冶炼过程中会转入生铁中,而致使铁热脆,对钢铁产品极具危害。硫在煤中以有机硫和无机硫两种形式存在。无机硫主要存在于矿物质中,在洗选煤的过程中可除去一部分;有机硫存在于煤的有机质结构中,很难清除,用物理洗选的方法不能脱除。

(6)磷:煤中的磷主要是无机磷,也有微量的有机磷。炼焦时,煤中磷全部进入焦炭,炼铁时,焦炭中的磷几乎全部进入生铁,使钢材冷脆。因此,磷是煤中的有害成分。我国的煤源一般含磷都很低,不会超过炼焦用煤的工业要求(<0.03%)。因此,通常不测定煤中的磷含量。

(7)矿物质:有原生矿物质和次生矿物质之分。原生矿物质是植物生长期间,从土壤中吸收的碱性物质和成煤过程中泥炭化阶段混入的粘土、沙粒、硫化铁等,用洗选法无法去除,次生矿物质可通过洗选除掉一部分。次生矿物质是指煤在开采过程中混入的顶板、地板和煤夹层中的煤矸石,这部分矿物质密度较大,可用重力洗选法将其除掉。矿物质在煤完全燃烧后以固体形式残留下来,称为灰分。在炼焦过程中,煤的灰分几乎全部残留在焦炭中。煤的灰分不仅降低焦炭的强度,而且给高炉冶炼带来不利。因此,灰分是衡量煤质的重要指标。

(8)水分:煤的水分分为内在水分和外在水分。内在水分的含量取决于煤岩的变质程度,一般来说,煤的变质程度越高,内在水分越少;外在水分的多少则取决于开采、破碎、洗选、储运等条件,内在水分和外在水分的和称为总水分。水分波动过大,将直接影响焦炉操作的稳定。

 

 



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