实验室测定肥料中氮、磷、钾的含量的步骤

析用开氏法测定煤样中氮元素含量的主要影响因素 - 豆丁网

2014年6月3日开氏法测定氮元素含量的基本原理及其反应机理:2.1开氏法测定氮元素的基本原理是:煤样在混合催化剂存在下,用浓H2SO4消化。

煤的元素组成，是研究煤的变质程度，计算煤的发热量，估算煤的干馏产物的重要指标，也是工业中以煤作燃料时进行热量计算的基础。 煤中除无机矿物质和水分以外，其余都是有机质。

由于组成煤的基本结构单元是以碳为骨架得多聚芳香环系统，在芳香环周围有碳、氢、氧及少量的氮和硫等原子组成的侧链和官能团。如羧基（-COOH）、羟基（-OH）和甲氧基（-OCH3）。说明了煤中有机质主要由碳、氢、氧和氮、硫等元素组成。

煤的变质程度不同，其结构单元不同，元素组成也不同。碳含量随变质程度的增加而增加，氢、氧含量随变质程度的增加而减少，氮、硫与变质程度则无关系（但硫含量与成煤的古地质环境和条件有关）。

一、材料：各种干燥、过筛（60～80目）的植物样品。

二、仪器设备：消化管； 微量凯氏定氮蒸馏装；三角烧瓶；微量滴定管； 量筒；容量瓶；烧杯；移液管等。

三、植物样品中氮元素含量检测实验：

1、样品提取分离：准确称取烘至恒重的样品0.1000g～0.5000g（依样品含氮量而定，含氮1～3mg宜），置10ml离心管中，加入5ml5％三氯乙酸，90℃水浴中浸提15min，不时搅拌。

取出后用少量蒸馏水冲洗玻棒，待溶液冷却后，4000rpm离心15min，上清液弃去。并用5％三氯乙酸洗沉淀2～3次，离心，弃去上清液，最后用蒸馏水将沉淀无损地洗入铺有滤纸的漏斗上，去掉滤液后，将沉淀和滤纸在50℃下烘干，用于蛋白氮的测定。

2、样品的消化：取4支消化管编号。1号管直接放入称好的材料用于测定总氮，2号管放入上述烘干的滤纸和沉淀，用于蛋白氮的测定，3号管放入同样滤纸一张、4号管不加任何样品作为空白对照，注意将样品放入消化管底部。

向各消化管加浓硫酸5ml，混合催化剂0.3g～0.5g，将样品浸泡数h或放置过夜后，在管口盖一小漏斗，放在远红外消煮炉上加热消化。开始时温度可稍低，以防止内容物上升至管口。泡沫多时，可从小漏斗加入2～3滴无水乙醇。

到管口出现白色雾状物时，泡沫已不再产生；此时可逐渐升温，使内容物达到微沸。直到消化液变为清澈透明为止。

消化过程中，若在消化管上部发现有黑色颗粒时，应小心地转动消化管，用消化液将它冲洗下来，以保证样品消化完全。消化过程约需2～3h。

3、定容消化完毕待溶液冷却后，沿管壁仔细加入10ml左右无氨蒸馏水，以冲洗管壁，再将消化液小心转入100ml容量瓶中。以无氨水少量多次冲洗消化管，洗涤液并入容量瓶。冷却后用无氨水定容至刻度，混匀备用。

4、蒸馏及滴定 以下几步进行：

A、仪器的洗涤：先经一般洗涤后，还要用水蒸气洗涤。可按下列方法进行蒸气洗涤。先在蒸气发生器中加入2／3体积的蒸馏水（事先加入几滴浓硫酸，使其酸化，加入甲基红指示剂，并加入少许沸石或毛细玻璃管以防止爆沸）。

打开漏斗下的夹子，用电炉或酒精炉加热至沸腾，使水蒸气通入仪器的各个部分，以达到清洗的目的。在冷凝管下端放置一个三角瓶接收冷凝水。然后关紧漏斗下的夹子，继续用蒸气洗涤5min。

冲洗完毕，夹紧蒸气发生器与收集器之间的连接橡胶管，蒸馏瓶中的废液由于减压而倒吸进入收集器，打开收集器下端的活塞排除废液。

如此清洗2～3次，再在冷凝管下端换放一个盛有硼酸－指示剂混合液的三角瓶，使冷凝管下口完全浸没在液面以下0.5cm处，蒸馏1～2min，观察三瓶内的溶液是否变色。

如不变色，表示蒸馏装置内部已洗干净。移去三角瓶，再蒸馏1～2min，用蒸馏水冲洗冷凝管下口，关闭电炉，仪器即可供测定样品使用。

B、标准硫酸铵测定为了熟悉蒸馏和滴定的操作技术，并检验实验的准确性，找出系统误差，常用已知浓度的标准硫酸铵测试三次。

在三角瓶中加入20ml硼酸－指示剂混合液，将此三角瓶承接在冷凝管下端，并使冷凝管的出口浸入溶液中。注意在加样前务必打开收集器活塞，以免三角瓶内液体倒吸。准确吸取2ml硫酸铵标准溶液，加到漏斗中。

四、结果计算：

样品中总氮量（％）＝0.010×(V3—V0)×100×14/(W×1000×10)×100×氮的回收率样品中蛋白氮含量（％）＝0.0100×(V1－V2－V0)×100×14/(W×5×1000)×100×氮的回收率。

回收率（％）＝0.0100×(V－V0)×14/(2.0×0.6×100)×100。

一、药剂空白高的问题：

造成药剂空白高主要原因是过硫酸钾纯度不够。空白高于0.030 ，就需要提纯过硫酸钾。提纯方法就是二次结晶过硫酸钾：

1、（可以同时做两份）在1L的大烧杯中加入约800mL水，50 摄氏度的水浴锅上加热（水浴锅的温度要用温度计检测下是不是正常，以免超过60摄氏度。过硫酸钾在60 摄氏度以上会分解）。

我的经验是先加入90 克过硫酸钾，用一滤纸盖在上面（避免污染），溶解速度慢， 可以边做别的事边提纯，有空就去搅拌几下，全部溶解之后（速度较慢）。

用勺子逐渐向烧杯中加入过硫酸钾，一次不要加太多，溶了再加，直至不管怎样搅拌，隔了近一小时多都不能溶解为止（刚好有一丁点儿不能溶解），这个过程挺漫长。

2.把完全溶解的饱和溶液放在室温中自然冷却，用一干净的塑料袋包住烧杯口， 并用皮筋扎紧，再放进冰箱里（调到低温度），放置一晚上，重结晶。建议同时用一个1L 的广口瓶放一瓶无氨水在冰箱里冷藏（用于冲洗用）。

3.重结晶一夜后，第二天早上拿出来立即倒掉上清液，重结晶的晶体会结成一块沉在瓶底，但其实结构很松散，用钢勺什么的弄两下就离散开了，然后再清洗：用冰好的无氨水清洗几遍，尽量不要让下面的结晶流失。

4.二次结晶：清洗后的烧杯里只剩下下面的结晶，向烧杯中加入约400ML 的无氨水，搅拌溶解，这次跟次结晶不同的是向烧杯中慢慢地加入无氨水，一开始可以一次稍多点水 （看结晶的多少），剩下不多时要等久些，加的水也要少，直到有一丁点儿结晶不能溶解为止。

5.然后重复第2步骤（二次结晶）、第3步骤（清洗）。

6.清洗后倒掉上清液，把结晶移入一250ML的烧杯中，然后放入50摄氏度烘箱烘干即可 （烘箱里的温度要用温度计检测是否正常）。烘干箱里不要放入其它物品，以免再次污染。

烘干时间较长，（我的烘了二天三夜）可以晚上放烘干箱里烘，白天放在50 度水浴锅上蒸干一定。完全烘干后的药品跟原来的药品一样松散干燥，搅动会发出清脆的声音。

7 ．烘干后的药品从烘箱里拿出要放在干燥器里冷却一小时以上。冷却后用干净的聚乙烯瓶装好盖紧。

8.实验过程中加碱性过硫酸钾的时候一定要避免加在瓶口处。

二、总氮取水体积：

因为碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮取水样量为10ML时，测定范围为0.20mg/l7.00mg/l。总氮高于7 mg/l时要适当减少取水样量。

如果取5ML水样再稀释至10ML 进行测定的话，高检出限是14 mg/l。当总氮高于14 mg/l 时取水量就要再减少进行测定。我一般是取2ML水样进行测定。

出水总氮低时可以取5ML水样进行测定。 吸取水样时要取静止一定时间后的上清液。

三、要用新鲜的无氨水：

整个总氮的测定过程中所用的无氨水，包括加药前稀释至10ML 用的无氨水，消解后加的无氨水，以及测定吸光值时参比样用的无氨水，都必须使用同一瓶水。 以免不同无氨水不同带来的误差。

四、密封事项：

比色管盖子用生料带缠好，这样密封性更好，防止氨氮跑出。

生料带对药剂没影响不会影响结果。但缠在盖子上的生料带要保持完好无损，以免碎屑掉入比色管内，影响吸光值，从而影响化验结果。比色管盖子一定要塞紧，然后用纱布和绳子扎紧。扎好后把纱布边沿往下拔， 使纱布紧密包住盖子。

五、灭菌锅的温度灭菌锅的温度设定为125度，消解时间设定为1小时。

六、趁热拿出消解结束后，待灭菌锅压力降为0 后，马上打开放气阀放气，放气后马上打开灭菌锅盖，立即拿出装比色管的烧杯，把总氮的比色管（压住总氮比色管的盖子）趁热多次摇匀，放回烧杯中，自然冷却。

七、加入1+1盐酸后，10分钟之后测定吸光值（只要是10 分钟后就行，时间长些不要紧，但要避免污染。）。分光光度计要预热30分钟以上，测定总氮的吸光值时，要先测220 波长的吸光值，全部测完了再测275波长的吸光值。

1 范围

本方法规定了地球化学勘查试样中氮含量的测定方法。

本方法适用于水系沉积物及土壤试料中氮量的测定。

本方法检出限（3S）：0.002%氮。

本方法测定范围：0.006%～0.4%氮。

注：本方法测得的氮不包括硝态氮、亚硝态氮。因硝酸根离子在煮解过程中不会完全还原为铵离子，且易挥发损失。但一般土壤样品中硝态氮含量不超过全氮量的1%，故可以忽略不计（引自GB7848-87）。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本方法的本部分的引用而成为本部分的条款。

下列不注日期的引用文件，其最新版本适用于本方法。

GB／T 20001.4 标准编写规则 第4部分：化学分析方法。

GB 7848—87 森林土壤全氮的测定。

GB／T 14505 岩石和矿石化学分析方法总则及一般规定。

GB 6379 测试方法的精密度通过实验室间试验确定标准方法的重复性和再现性。

GB／T 14496—93 地球化学勘查术语。

3 方法提要

试料在硫酸钾、硫酸铜和硒的共存下，用硫酸煮解氧化，使试料中的氮转化为硫酸铵，再用氢氧化钠碱化后，加热蒸馏逸出氨，经硼酸溶液吸收，用盐酸标准溶液滴定并计算试料中氮的含量。

4 试剂

除非另有说明，在分析中仅使用确认为分析纯的试剂和蒸馏水或去离子水。

4.1 氢氧化钠

4.2 硼酸

4.3 硼砂

4.4 硒粉w（Se）=99%

4.5 硫酸（ρ 1.84g／mL）

4.6 盐酸（ρ 1.19g／mL）

4.7 硝酸（ρ 1.40g／mL）

4.8 乙醇 w（CH3CH2OH）=95%

4.9 氢氧化钠溶液 ρ（NaOH）=400g／L

4.10 盐酸溶液［c（HCl）=1mol/L］

量取84mL盐酸（4.6），用水稀释至1000mL。

4.11 王水（1+1）

75mL盐酸（4.6）和25mL硝酸（4.7）混合后，加入100mL水混匀。用时配制。

4.12 混合加速剂

将硫酸钾（K2SO4）和硫酸铜（）按10∶1比例，在玻璃研钵中研磨混匀，装入宽口玻璃瓶中。

4.13 硒溶液［ρ（Se）=10.0g/L］

称取5.0g硒粉（4.4）于250mL烧杯中，加入10mL王水（1+1）（4.11）溶解后，用水稀释至500mL，摇匀。装入磨口玻璃瓶中备用。

4.14 硼酸溶液［ρ（H3BO3）=20g／L］

称取20g硼酸（4.2）溶解在1000mL水中。

4.15 甲基红-溴甲酚绿混合指示剂 称取0.1g甲基红和0.5g溴甲酚绿，溶解在100mL乙醇（4.8）中，移入玻璃瓶中备用。其变色范围：pH4.4（红色）～pH5.4（蓝色）。

4.16 硼酸溶液含有甲基红、溴甲酚绿指示剂的混合溶液

100mL硼酸溶液（4.14），加入2mL甲基红-溴甲酚绿混合指示剂（4.15），用稀的氢氧化钠溶液及稀的盐酸溶液调节溶液呈紫红色，此时该溶液的 pH为4.5。

4.17 硼砂标准溶液［c（1/2Na2B4O7）=0.02000mol/L］

称取1.9068g硼砂（）（4.3）于250mL烧杯中，加入100mL水，溶解后移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

4.18 盐酸标准溶液

吸取20 mL 1mol/L盐酸溶液（4.10）于1000ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀后须用硼砂标准溶液（4.17）标定。

4.18.1 标定方法 平行分取3份各20.00mL硼砂标准溶液（4.17）于各150mL三角烧杯中，各滴加1滴甲基红-溴甲酚绿混合指示剂（4.15），用盐酸标准溶液（4.18）分别进行滴定，溶液由蓝色变为紫红色为终点。同时分取3份各20.0mL水作空白试验滴定。分别记录各次滴定溶液的体积。按以下公式计算盐酸标准溶液浓度（4.18）：

区域地球化学勘查样品分析方法

式中：c——盐酸标准溶液的浓度，mol/L；0.02000——硼砂标准溶液的浓度，mol/L；V1——硼砂标准溶液的体积，mL；V2——滴定硼砂标准溶液用去盐酸标准溶液的体积，mL；V0——滴定空白试验溶液用去盐酸标准溶液的体积，mL。

5 仪器及器具

5.1 市售通用的凯式法定氮装置

5.2 凯式烧瓶

规格：50mL。

5.3 三角锥瓶

规格：150mL。

6 分析步骤

6.1 试料

试料粒径应小于0.097mm，经室温干燥后，装入磨口小玻璃瓶中备用。

试料量 称取0.1g～1.0g试料，精确至0.0002g。

6.2 空白试验

随同试料分析全过程做双份空白试验。所用试剂需与试料测定（6.4）手续中使用同一瓶试剂，加入量也应一致。

6.3 质量控制

选取同类型水系沉积物或土壤一级标准物质2个～4个样品，随同试料同时分析。

6.4 测定

6.4.1 试料的煮解 称取试料（6.1）置于50mL凯式烧瓶（5.2）中，加入2g混合加速剂（4.12）及1mL硒溶液（4.13），加少许水润湿，加入5mL硫酸（4.5），瓶口放一小漏斗；于通风柜内，在调温电炉上先低温加热，待溶液中无泡沫发生（约需15min）后，再升高温度，使瓶内硫酸蒸汽回流的高度控制在瓶颈上部的三分之一处，要经常摇动凯式瓶，直至试料和煮解液完全变为灰白带绿色（约需15min）后，再继续煮解1h。全部煮解时间约需85～90min。切勿煮干。煮解完毕，取下凯式瓶，冷却，以待蒸馏。

6.4.2 蒸馏 在150mL三角锥瓶中加入5mL硼酸溶液含有甲基红-溴甲酚绿指示剂的混合溶液（4.16），将其套在凯式定氮蒸馏装置（5.1）的下端，端口置于硼酸溶液含有甲基红-溴甲酚绿指示剂的混合溶液（4.16）液面以下3～4cm处。把煮解液全部转入蒸馏器的内室，并用水冲洗凯式瓶4次，冲洗液用量不要超过40mL，打开冷却水，经三通管加入20mL氢氧化钠深液（4.9），立即关闭蒸馏室，打开蒸气夹，用蒸气蒸镏。当三角锥瓶内的馏出液达到50～55mL（约需8～10min）后，用广泛pH试纸置冷却管口碰触蒸馏液，如无碱性反应，表示氨已蒸馏完毕。若仍为碱性反应，应继续蒸馏直至无碱性反应。同时进行空白试验（6.2）的蒸馏。

6.4.3 滴定 已蒸馏在150mL三角锥瓶吸收的氨溶液，用盐酸标准溶液（4.18）滴定，滴定至溶液由蓝色突跃变为紫红色即为滴定终点，记录盐酸标准溶液（4.18）的体积。同时进行空白试验的蒸馏及其吸收液的滴定，记录盐酸标准溶液（4.18）的体积。

7 分析结果的计算

按下式计算试料中氮的含量：

区域地球化学勘查样品分析方法

式中：V——滴定试料溶液用去盐酸标准溶液的体积，mL；V0——滴定空白溶液用去盐酸标准溶液的体积，mL；c——盐酸标准溶液（4.18）的浓度，mol/L；0.014——氮原子的毫摩尔质量，g/m mol；m——试料质量，g。

8 精密度

氮量的精密度见表1。

表1 精密度［w（N），10-2］

附 录 A

（资料性附录）

A.1 从实验室间试验结果得到的统计数据和其他数据

见表A.1。

本方法精密度协作试验数据是由多个实验室进行方法合作研究所提供的结果进行统计分析得到的。

表A.1中不需要将各浓度的数据全部列出，但至少列出3个或3个以上浓度所统计的参数。

A.1.1 列出了试验结果可接受的实验室个数（即除了经平均值及方差检验后，属界外值而被舍弃的实验室数据。）

A.1.2 列出了方法的相对误差参数，计算公式为，公式中为多个实验室测量平均值：x0为一级标准物质的标准值。

A.1.3 列出了方法的精密度参数，计算公式为，公式中Sr为重复性标准差：SR为再现性标准差。为了与GB/T20001.4所列参数的命名一致，本方法精密度表列称谓为：“重复性变异系数”及“再现性变异系数”。

A.1.4 列出了方法的相对准确度参数。相对准确度是指测定值（平均值）占真值的百分比。

表A.1 N统计结果表

附加说明

本方法由中国地质调查局提出。

本方法由武汉综合岩矿测试中心技术归口。

本方法由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所负责起草。

本方法主要起草人：张勤。

本方法精密度协作试验由武汉综合岩矿测试中心叶家瑜、江宝林组织实施。

1、通氮干燥法

2、空气干燥法

3、微波干燥法

实验室一般常用空气干燥法

要领：

称取一定量的小于6mm的煤样,在空气流中（干燥箱有鼓风设备）,于105-110度干燥到质量恒定,然后根据煤样的质量损失算出水分的含量.

一、矿物原料特点

(一) 煤的物理性质

煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。其中,除了比重和导电性需要在实验室测定外,其他根据肉眼观察就可以确定。煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据,并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。

1.颜色

是指新鲜煤表面的自然色彩,是煤对不同波长的光波吸收的结果。呈褐色—黑色,一般随煤化程度的提高而逐渐加深。

2.光泽

是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。煤化程度越高,光泽越强矿物质含量越多,光泽越暗风、氧化程度越深,光泽越暗,直到完全消失。

3.粉色

指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹,所以又称为条痕色。呈浅棕色—黑色。一般是煤化程度越高,粉色越深。

4.比重和容重

煤的比重又称煤的密度,它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重又称煤的体重或假比重,它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重是计算煤层储量的重要指标。褐煤的容重一般为1.05～1.2,烟煤为1.2～1.4,无烟煤变化范围较大,可由1.35～1.8。煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。在矿物质含量相同的情况下,煤的比重随煤化程度的加深而增大。

5.硬度

是指煤抵抗外来机械作用的能力。根据外来机械力作用方式的不同,可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。煤的硬度与煤化程度有关,褐煤和焦煤的硬度最小,约2～2.5无烟煤的硬度最大,接近4。

6.脆度

是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。在不同变质程度的煤中,长焰煤和气煤的脆度较小,肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大,无烟煤的脆度最小。

7.断口

是指煤受外力打击后形成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。煤的原始物质组成和煤化程度不同,断口形状各异。

8.导电性

是指煤传导电流的能力,通常用电阻率来表示。褐煤电阻率低。褐煤向烟煤过渡时,电阻率剧增。烟煤是不良导体,随着煤化程度增高,电阻率减小,至无烟煤时急剧下降,而具良好的导电性。

(二) 煤的化学组成

煤的化学组成很复杂,但归纳起来可分为有机质和无机质两大类,以有机质为主体。

煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。其中,碳、氢、氧占有机质的95%以上。此外,还有极少量的磷和其他元素。煤中有机质的元素组成,随煤化程度的变化而有规律地变化。一般来讲,煤化程度越深,碳的含量越高,氢和氧的含量越低,氮的含量也稍有降低。唯硫的含量则与煤的成因类型有关。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素,氧是助燃元素,三者构成了有机质的主体。煤炭燃烧时,氮不产生热量,常以游离状态析出,但在高温条件下,一部分氮转变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。含硫多的煤在燃烧时生成硫化物气体,不仅腐蚀金属设备,与空气中的水反应形成酸雨,污染环境,危害植物生产,而且将含有硫和磷的煤用作冶金炼焦时,煤中的硫和磷大部分转入焦炭中,冶炼时又转入钢铁中,严重影响焦炭和钢铁质量,不利于钢铁的铸造和机械加工。用含有氟和氯的煤燃烧或炼焦时,各种管道和炉壁会遭到强烈腐蚀。将含有砷的煤用于酿造和食品工业作燃料,砷含量过高,会增加产品毒性,危及人民身体健康。

煤中的无机质主要是水分和矿物质,它们的存在降低了煤的质量和利用价值,其中绝大多数是煤中的有害成分。

另外,还有一些稀有、分散和放射性元素,例如,锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀……等,它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中。其中某些元素的含量,一旦达到工业品位或可综合利用时,就是重要的矿产资源。

通过元素分析可以了解煤的化学组成及其含量,通过工业分析可以初步了解煤的性质,大致判断煤的种类和用途。煤的工业分析包括对水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算四项内容。

1.水分

指单位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低,煤的内部表面积越大,水分含量越高。水分对煤的加工利用是有害物质。在煤的贮存过程中,它能加速风化、破裂,甚至自燃在运输时,会增加运量,浪费运力,增加运费炼焦时,消耗热量,降低炉温,延长炼焦时间,降低生产效率燃烧时,降低有效发热量在高寒地区的冬季,还会使煤冻结,造成装卸困难。只有在压制煤砖和煤球时,需要适量的水分才能成型。

2.灰分

是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。灰分对煤的加工利用极为不利。灰分越高,热效率越低燃烧时,熔化的灰分还会在炉内结成炉渣,影响煤的气化和燃烧,同时造成排渣困难炼焦时,全部转入焦炭,降低了焦炭的强度,严重影响焦炭质量。煤灰成分十分复杂,成分不同直接影响到灰分的熔点。灰熔点低的煤,燃烧和气化时,会给生产操作带来许多困难。为此,在评价煤的工业用途时,必须分析灰成分,测定灰熔点。

3.挥发分

指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。它是对煤进行分类的主要指标,并被用来初步确定煤的加工利用性质。煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系,煤化程度越低,挥发分越高,随着煤化程度加深,挥发分逐渐降低。

4.固定碳

测定煤的挥发分时,剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰分称为固定碳。它是煤中不挥发的固体可燃物,可以用计算方法算出。焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系,因此,根据焦渣的外观特征,可以定性地判断煤的粘结性和工业用途。

(三)煤的工艺性质

为了提高煤的综合利用价值,必须了解、研究煤的工艺性质,以满足各方面对煤质的要求。煤的工艺性质主要包括:粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。

1.粘结性和结焦性

粘结性是指煤在干馏过程中,由于煤中有机质分解,熔融而使煤粒能够相互粘结成块的性能。结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。煤的粘结性是结焦性的必要条件,结焦性好的煤必须具有良好的粘结性,但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。这就是为什么要进行配煤炼焦的道理。粘结性是进行煤的工业分类的主要指标,一般用煤中有机质受热分解、软化形成的胶质体的厚度来表示,常称胶质层厚度。胶质层越厚,粘结性越好。测定粘结性和结焦性的方法很多,除胶质层测定法外,还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。煤化程度最高和最低的煤,一般都没有粘结性,胶质层厚度也很小。

2.发热量

是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量,亦称热值,常用106J/kg表示。它是评价煤炭质量,尤其是评价动力用煤的重要指标。国际市场上动力用煤以热值计价。我国自1985年6月起,改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。为便于比较耗煤量,在工业生产中,常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368×107J/kg的标准煤来进行计算。

3.化学反应性

又称活性。是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反应能力。它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。反应性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分。煤的活性一般随煤化程度加深而减弱。

4.热稳定性

又称耐热性。是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能。它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标。热稳定性的好坏,直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。

5.透光率

指低煤化程度的煤(褐煤、长焰煤等),在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后,所得溶液对光的透过率称为透光率。随着煤化程度加深,透光率逐渐加大。因此,它是区别褐煤、长焰煤和气煤的重要指标。

6.机械强度

是指块煤受外力作用而破碎的难易程度。机械强度低的煤投入气化炉时,容易碎成小块和粉末,影响气化炉正常操作。因此,气化用煤必须具备较高的机械强度。

7.可选性

是指煤通过洗选,除去其中的夹矸和矿物质的难易程度。我国现行的选煤方法,详见第四节。