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煤的化學(xué)組成及分類(lèi)
煤的化學(xué)組成及分類(lèi) 鶴壁藍(lán)博
煤的化學(xué)組成很復(fù)雜，但歸納起來(lái)可分為有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)兩大類(lèi)，以有機(jī)質(zhì)為主體。
煤中的有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮和有機(jī)硫等五種元素組成。其中，碳、氫、氧占有機(jī)質(zhì)的95%以上。此外，還有極少量的磷和其他元素。煤中有機(jī)質(zhì)的元素組成，隨煤化程度的變化而有規(guī)律地變化。一般來(lái)講，煤化程度越深，碳的含量越高，氫和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯硫的含量則與煤的成因類(lèi)型有關(guān)。碳和氫是煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生熱量的重要元素，氧是助燃元素，三者構(gòu)成了有機(jī)質(zhì)的主體。煤炭燃燒時(shí)，氮不產(chǎn)生熱量，常以游離狀態(tài)析出，但在高溫條件下，一部分氮轉(zhuǎn)變成氨及其他含氮化合物，可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫多的煤在燃燒時(shí)生成硫化物氣體，不僅腐蝕金屬設(shè)備，與空氣中的水反應(yīng)形成酸雨，污染環(huán)境，危害植物生產(chǎn)，而且將含有硫和磷的煤用作冶金煉焦時(shí)，煤中的硫和磷大部分轉(zhuǎn)入焦炭中，冶煉時(shí)又轉(zhuǎn)入鋼鐵中，嚴(yán)重影響焦炭和鋼鐵質(zhì)量，不利于鋼鐵的鑄造和機(jī)械加工。用含有氟和氯的煤燃燒或煉焦時(shí)，各種管道和爐壁會(huì)遭到強(qiáng)烈腐蝕。將含有砷的煤用于釀造和食品工業(yè)作燃料，砷含量過(guò)高，會(huì)增加產(chǎn)品毒性，危及人民身體健康。
煤中的無(wú)機(jī)質(zhì)主要是水分和礦物質(zhì)，它們的存在降低了煤的質(zhì)量和利用價(jià)值，其中絕大多數(shù)是煤中的有害成分。
另外，還有一些稀有、分散和放射性元素，例如，鍺、鎵、銦、釷、釩、鈦、鈾……等，它們分別以有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物的形態(tài)存在于煤中。其中某些元素的含量，一旦達(dá)到工業(yè)品位或可綜合利用時(shí)，就是重要的礦產(chǎn)資源。
通過(guò)元素分析可以了解煤的化學(xué)組成及其含量，通過(guò)工業(yè)分析可以初步了解煤的性質(zhì)，大致判斷煤的種類(lèi)和用途。煤的工業(yè)分析包括對(duì)水分、灰分、揮發(fā)分的測(cè)定和固定碳的計(jì)算四項(xiàng)內(nèi)容。
1.水分
指單位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、內(nèi)在水分和結(jié)晶水三種存在狀態(tài)。一般以煤的內(nèi)在水分作為評(píng)定煤質(zhì)的指標(biāo)。煤化程度越低，煤的內(nèi)部表面積越大，水分含量越高。水分對(duì)煤的加工利用是有害物質(zhì)。在煤的貯存過(guò)程中，它能加速風(fēng)化、破裂，甚至自燃；在運(yùn)輸時(shí)，會(huì)增加運(yùn)量，浪費(fèi)運(yùn)力，增加運(yùn)費(fèi)；煉焦時(shí)，消耗熱量，降低爐溫，延長(zhǎng)煉焦時(shí)間，降低生產(chǎn)效率；燃燒時(shí)，降低有效發(fā)熱量；在高寒地區(qū)的冬季，還會(huì)使煤凍結(jié)，造成裝卸困難。只有在壓制煤磚和煤球時(shí)，需要適量的水分才能成型。
2.灰分
是指煤在規(guī)定條件下*燃燒后剩下的固體殘?jiān)?。它是煤中的礦物質(zhì)經(jīng)過(guò)氧化、分解而來(lái)。灰分對(duì)煤的加工利用極為不利。灰分越高，熱效率越低；燃燒時(shí)，熔化的灰分還會(huì)在爐內(nèi)結(jié)成爐渣，影響煤的氣化和燃燒，同時(shí)造成排渣困難；煉焦時(shí)，全部轉(zhuǎn)入焦炭，降低了焦炭的強(qiáng)度，嚴(yán)重影響焦炭質(zhì)量。煤灰成分十分復(fù)雜，成分不同直接影響到灰分的熔點(diǎn)。灰熔點(diǎn)低的煤，燃燒和氣化時(shí)，會(huì)給生產(chǎn)操作帶來(lái)許多困難。為此，在評(píng)價(jià)煤的工業(yè)用途時(shí)，必須分析灰成分，測(cè)定灰熔點(diǎn)。
3.揮發(fā)分
指煤中的有機(jī)物質(zhì)受熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體。它是對(duì)煤進(jìn)行分類(lèi)的主要指標(biāo)，并被用來(lái)初步確定煤的加工利用性質(zhì)。煤的揮發(fā)分產(chǎn)率與煤化程度有密切關(guān)系，煤化程度越低，揮發(fā)分越高，隨著煤化程度加深，揮發(fā)分逐漸降低。
4.固定碳
測(cè)定煤的揮發(fā)分時(shí)，剩下的不揮發(fā)物稱(chēng)為焦渣。焦渣減去灰分稱(chēng)為固定碳。它是煤中不揮發(fā)的固體可燃物，可以用計(jì)算方法算出。焦渣的外觀與煤中有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)有密切關(guān)系，因此，根據(jù)焦渣的外觀特征，可以定性地判斷煤的粘結(jié)性和工業(yè)用途。