一、礦物原料特點(diǎn)

（一） 煤的物理性質(zhì)

煤的物理性質(zhì)是煤的一定化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn)。它是由成煤的原始物質(zhì)及其聚積條件、轉(zhuǎn)化過(guò)程、煤化程度和風(fēng)、氧化程度等因素所決定。包括顏色、光澤、粉色、比重和容重、硬度、脆度、斷口及導(dǎo)電性等。其中，除了比重和導(dǎo)電性需要在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定外，其他根據(jù)肉眼觀察就可以確定。煤的物理性質(zhì)可以作為初步評(píng)價(jià)煤質(zhì)的依據(jù)，并用以研究煤的成因、變質(zhì)機(jī)理和解決煤層對(duì)比等地質(zhì)問(wèn)題。

1.顏色

是指新鮮煤表面的自然色彩，是煤對(duì)不同波長(zhǎng)的光波吸收的結(jié)果。呈褐色—黑色，一般隨煤化程度的提高而逐漸加深。

2.光澤

是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈瀝青、玻璃和金剛光澤。煤化程度越高，光澤越強(qiáng)；礦物質(zhì)含量越多，光澤越暗；風(fēng)、氧化程度越深，光澤越暗，直到完全消失。

3.粉色

指將煤研成粉末的顏色或煤在抹上釉的瓷板上刻劃時(shí)留下的痕跡，所以又稱為條痕色。呈淺棕色—黑色。一般是煤化程度越高，粉色越深。

4.比重和容重

煤的比重又稱煤的密度，它是不包括孔隙在內(nèi)的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重又稱煤的體重或假比重，它是包括孔隙在內(nèi)的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重是計(jì)算煤層儲(chǔ)量的重要指標(biāo)。褐煤的容重一般為1.05～1.2，煙煤為1.2～1.4，無(wú)煙煤變化范圍較大，可由1.35～1.8。煤巖組成、煤化程度、煤中礦物質(zhì)的成分和含量是影響比重和容重的主要因素。在礦物質(zhì)含量相同的情況下，煤的比重隨煤化程度的加深而增大。

5.硬度

是指煤抵抗外來(lái)機(jī)械作用的能力。根據(jù)外來(lái)機(jī)械力作用方式的不同，可進(jìn)一步將煤的硬度分為刻劃硬度、壓痕硬度和抗磨硬度三類。煤的硬度與煤化程度有關(guān)，褐煤和焦煤的硬度最小，約2～2.5；無(wú)煙煤的硬度最大，接近4。

6.脆度

是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物質(zhì)、煤巖成分、煤化程度等都對(duì)煤的脆度有影響。在不同變質(zhì)程度的煤中，長(zhǎng)焰煤和氣煤的脆度較小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，無(wú)煙煤的脆度最小。

7.斷口

是指煤受外力打擊后形成的斷面的形狀。在煤中常見(jiàn)的斷口有貝殼狀斷口、參差狀斷口等。煤的原始物質(zhì)組成和煤化程度不同，斷口形狀各異。

8.導(dǎo)電性

是指煤傳導(dǎo)電流的能力，通常用電阻率來(lái)表示。褐煤電阻率低。褐煤向煙煤過(guò)渡時(shí)，電阻率劇增。煙煤是不良導(dǎo)體，隨著煤化程度增高，電阻率減小，至無(wú)煙煤時(shí)急劇下降，而具良好的導(dǎo)電性。

（二） 煤的化學(xué)組成

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，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)定條件下完全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�；曳衷礁撸瑹嵝�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)物稱為焦渣。焦渣減去灰分稱為固定碳。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。

（三）煤的工藝性質(zhì)

為了提高煤的綜合利用價(jià)值，必須了解、研究煤的工藝性質(zhì)，以滿足各方面對(duì)煤質(zhì)的要求。煤的工藝性質(zhì)主要包括：粘結(jié)性和結(jié)焦性、發(fā)熱量、化學(xué)反應(yīng)性、熱穩(wěn)定性、透光率、機(jī)械強(qiáng)度和可選性等。

1.粘結(jié)性和結(jié)焦性

粘結(jié)性是指煤在干餾過(guò)程中，由于煤中有機(jī)質(zhì)分解，熔融而使煤粒能夠相互粘結(jié)成塊的性能。結(jié)焦性是指煤在干餾時(shí)能夠結(jié)成焦炭的性能。煤的粘結(jié)性是結(jié)焦性的必要條件，結(jié)焦性好的煤必須具有良好的粘結(jié)性，但粘結(jié)性好的煤不一定能單獨(dú)煉出質(zhì)量好的焦炭。這就是為什么要進(jìn)行配煤煉焦的道理。粘結(jié)性是進(jìn)行煤的工業(yè)分類的主要指標(biāo)，一般用煤中有機(jī)質(zhì)受熱分解、軟化形成的膠質(zhì)體的厚度來(lái)表示，常稱膠質(zhì)層厚度。膠質(zhì)層越厚，粘結(jié)性越好。測(cè)定粘結(jié)性和結(jié)焦性的方法很多，除膠質(zhì)層測(cè)定法外，還有羅加指數(shù)法、奧亞膨脹度試驗(yàn)等等。粘結(jié)性受煤化程度、煤巖成分、氧化程度和礦物質(zhì)含量等多種因素的影響。煤化程度最高和最低的煤，一般都沒(méi)有粘結(jié)性，膠質(zhì)層厚度也很小。

2.發(fā)熱量

是指單位重量的煤在完全燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量，亦稱熱值，常用106J/kg表示。它是評(píng)價(jià)煤炭質(zhì)量，尤其是評(píng)價(jià)動(dòng)力用煤的重要指標(biāo)。國(guó)際市場(chǎng)上動(dòng)力用煤以熱值計(jì)價(jià)。我國(guó)自1985年6月起，改革沿用了幾十年的以灰分計(jì)價(jià)為以熱值計(jì)價(jià)。發(fā)熱量主要與煤中的可燃元素含量和煤化程度有關(guān)。為便于比較耗煤量，在工業(yè)生產(chǎn)中，常常將實(shí)際消耗的煤量折合成發(fā)熱量為2.930368×107J/kg的標(biāo)準(zhǔn)煤來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

3.化學(xué)反應(yīng)性

又稱活性。是指煤在一定溫度下與二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反應(yīng)能力。它是評(píng)價(jià)氣化用煤和動(dòng)力用煤的一項(xiàng)重要指標(biāo)。反應(yīng)性強(qiáng)弱直接影響到耗煤量和煤氣的有效成分。煤的活性一般隨煤化程度加深而減弱。

4.熱穩(wěn)定性

又稱耐熱性。是指煤在高溫作用下保持原來(lái)粒度的性能。它是評(píng)價(jià)氣化用煤和動(dòng)力用煤的又一項(xiàng)重要指標(biāo)。熱穩(wěn)定性的好壞，直接影響爐內(nèi)能否正常生產(chǎn)以及煤的氣化和燃燒效率。

5.透光率

指低煤化程度的煤（褐煤、長(zhǎng)焰煤等），在規(guī)定條件下用硝酸與磷酸的混合液處理后，所得溶液對(duì)光的透過(guò)率稱為透光率。隨著煤化程度加深，透光率逐漸加大。因此，它是區(qū)別褐煤、長(zhǎng)焰煤和氣煤的重要指標(biāo)。

6.機(jī)械強(qiáng)度

是指塊煤受外力作用而破碎的難易程度。機(jī)械強(qiáng)度低的煤投入氣化爐時(shí)，容易碎成小塊和粉末，影響氣化爐正常操作。因此，氣化用煤必須具備較高的機(jī)械強(qiáng)度。

7.可選性

是指煤通過(guò)洗選，除去其中的夾矸和礦物質(zhì)的難易程度。我國(guó)現(xiàn)行的選煤方法，詳見(jiàn)第四節(jié)。

二、用途與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（一） 煤的工業(yè)分類

1958年，國(guó)家頒布了以煉焦用煤為主的分類方案，為工業(yè)部門(mén)合理使用煤炭資源創(chuàng)造了有利條件，但在實(shí)踐中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。在認(rèn)真分析研究和吸收國(guó)外先進(jìn)分類方法的基礎(chǔ)上，為了使各項(xiàng)分類的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最能反映煤的質(zhì)量特點(diǎn)，達(dá)到更加合理地利用煤炭資源的目的，1986年，國(guó)家重新頒布了從褐煤到無(wú)煙煤的全面技術(shù)分類標(biāo)準(zhǔn)，將自然界中的煤劃分為14大類，其中，褐煤和無(wú)煙煤又分別劃分為2個(gè)和3個(gè)小類（表2.2.1）。這就是我國(guó)現(xiàn)行的煤炭分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

表 2.2.1中國(guó)煤炭分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) （GB5751-86）

（1） 分類指標(biāo)及其符號(hào)Vr為干燥無(wú)灰基揮發(fā)分（%）；Hr為干燥無(wú)灰基氫含量（%）；GR.I（簡(jiǎn)記G）為煙煤的粘結(jié)指數(shù)；Y為煙煤的膠質(zhì)層最大厚度；PM為煤樣的透光率（%）；b為煙煤的奧亞膨脹度（%）；Q-A.GNGW為煤的恒濕無(wú)灰基高位發(fā)熱量（MJ/kg）。

（2） 煤類的編碼各類煤用兩位阿拉伯?dāng)?shù)碼表示。10位表示煤的揮發(fā)分，個(gè)位數(shù)在無(wú)煙煤及褐煤表示煤化程度，在煙煤表示結(jié)粘性。

（二） 各煤類的主要特征和用途

1.褐煤

它是煤化程度最低的煤。其特點(diǎn)是水分高、比重小、揮發(fā)分高、不粘結(jié)、化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性差、發(fā)熱量低，含有不同數(shù)量的腐殖酸。多被用作燃料、氣化或低溫干餾的原料，也可用來(lái)提取褐煤蠟、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。一號(hào)褐煤還可以作農(nóng)田、果園的有機(jī)肥料。

2.長(zhǎng)焰煤

它的揮發(fā)分含量很高，沒(méi)有或只有很小的粘結(jié)性，膠質(zhì)層厚度不超過(guò)5mm,易燃燒，燃燒時(shí)有很長(zhǎng)的火焰，故得名長(zhǎng)焰煤。可作為氣化和低溫干餾的原料，也可作民用和動(dòng)力燃料。

3.不粘煤

它水分大，沒(méi)有粘結(jié)性，加熱時(shí)基本上不產(chǎn)生膠質(zhì)體，燃燒時(shí)發(fā)熱量較小，含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤氣和民用或動(dòng)力燃料。

4.弱粘煤

水分大，粘結(jié)性較弱，揮發(fā)分較高，加熱時(shí)能產(chǎn)生較少的膠質(zhì)體，能單獨(dú)結(jié)焦，但結(jié)成的焦塊小而易碎，粉焦率高。這種煤主要用作氣化原料和動(dòng)力燃料。

5. 1/2中粘煤

它具有中等粘結(jié)性和中高揮發(fā)分�？梢宰鳛榕涿簾捊沟脑�料，也可以作為氣化用煤和動(dòng)力燃料。

6.氣煤

揮發(fā)分高，膠質(zhì)層較厚，熱穩(wěn)定性差。能單獨(dú)結(jié)焦，但煉出的焦炭細(xì)長(zhǎng)易碎，收縮率大，且縱裂紋多，抗碎和耐磨性較差。故只能用作配煤煉焦，還可用來(lái)煉油、制造煤氣、生產(chǎn)氮肥或作動(dòng)力燃料。

7.氣肥煤

它的揮發(fā)分和粘結(jié)性都很高，結(jié)焦性介于氣煤和肥煤之間，單獨(dú)煉焦時(shí)能產(chǎn)生大量的氣體和液體化學(xué)物質(zhì)。最適合高溫干餾制造煤氣，更是配煤煉焦的好原料。

8.肥煤

具有很好的粘結(jié)性和中等及中高等揮發(fā)分，加熱時(shí)能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，形成大于25mm的膠質(zhì)層，結(jié)焦性最強(qiáng)。用這種煤來(lái)煉焦，可以煉出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但這種焦炭橫裂紋多，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小塊。由于粘結(jié)性強(qiáng)，因此，它是配煤煉焦中的主要成分。

9. 1/3焦煤

它是介于焦煤、肥煤和氣煤之間的過(guò)渡煤，具有很強(qiáng)的粘結(jié)性和中高等揮發(fā)分，單獨(dú)用來(lái)煉焦時(shí)，可以形成熔融性良好、強(qiáng)度較大的焦炭。因此，它是良好的配煤煉焦的基礎(chǔ)煤。

10.焦煤

具有中低等揮發(fā)分和中高等粘結(jié)性，加熱時(shí)可形成穩(wěn)定性很好的膠質(zhì)體，單獨(dú)用來(lái)煉焦，能形成結(jié)構(gòu)致密、塊度大、強(qiáng)度高、耐磨性好、裂紋少、不易破碎的焦炭。但因其膨脹壓力大，易造成推焦困難，損壞爐體，故一般都作為煉焦配煤使用。

11.瘦煤

具有較低揮發(fā)分和中等粘結(jié)性。單獨(dú)煉焦時(shí)，能形成塊度大、裂紋少、抗碎強(qiáng)度較好，但耐磨性較差的焦炭。因此，用它加入配煤煉焦，可以增加焦炭的塊度和強(qiáng)度。

12.貧瘦煤

揮發(fā)分低，粘結(jié)性較弱，結(jié)焦性較差。單獨(dú)煉焦時(shí)，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化劑的作用。故可作煉焦配煤使用，同時(shí)，也是民用和動(dòng)力的好燃料。

13.貧煤

具有一定的揮發(fā)分，加熱時(shí)不產(chǎn)生膠質(zhì)體，沒(méi)有粘結(jié)性或只有微弱的粘結(jié)性，燃燒火焰短，煉焦時(shí)不結(jié)焦。主要用于動(dòng)力和民用燃料。在缺乏瘦料的地區(qū)，也可充當(dāng)配煤煉焦的瘦化劑。

14.無(wú)煙煤

它是煤化程度最高的煤。揮發(fā)分低、比重大、硬度高、燃燒時(shí)煙少火苗短、火力強(qiáng)。通常作民用和動(dòng)力燃料。質(zhì)量好的無(wú)煙煤可作氣化原料、高爐噴吹和燒結(jié)鐵礦石的燃料，以及制造電石、電極和炭素材料等。

              以上是煤的水分、灰分、揮發(fā)分和發(fā)熱量對(duì)燃燒性能的影響