第三節(jié)　煤的固態(tài)膠體性質(zhì)

一、煤的潤濕性及潤濕熱

1．煤的潤濕性

煤的潤濕性是煤吸附液體的一種能力。當(dāng)煤與液體接觸時，如果固體煤的分子與液體分子的作用力大于液體分子間的作用力，則固體煤可以被液體潤濕，煤的表面黏附該液體；反之，則固體煤不能被潤濕。可以用潤濕程度表示它們之間的關(guān)系。通常用液體的表面張力和固體表面之間的夾角（接觸角）來判斷液體對固體的潤濕程度（見圖2-13）。若θ<90°，則固體是親液的，即液體可以潤濕固體，其接觸角越小，潤濕性越好；若θ>90°，則固體是憎液的，即液體不潤濕固體，容易在其表面上移動，不能進(jìn)入毛細(xì)孔。

通過測定接觸角可確定液體對煤潤濕程度的大小，測定方法主要有粉末法、做板法、液滴法等，對粉煤無法測定其接觸角時，可將粉煤加壓成型塊再進(jìn)行測定。

測定煤的接觸角，通常分別用水和苯作為液體介質(zhì)來反映煤的親水性和親油性。煤的液體接觸角的大小與煤化程度和液體的種類有關(guān)，如圖2-14所示。從圖中可以看出，隨著煤化程度的加深，對于氮-水系統(tǒng)，cosθ呈減小趨勢，即θ是增大的，所以煤對水的潤濕性是下降的。與此相反，對于氮-苯系統(tǒng)，cosθ呈增加趨勢，所以隨煤化程度的提高，煤對苯的潤濕性是增加的。通常，年輕煤對水介質(zhì)的親和性較強(qiáng)，中等以上煤化程度的煤對水的親和性較差。

2．煤的潤濕熱

當(dāng)煤被液體潤濕時放出熱量，稱為煤的潤濕熱，單位為J/g。煤的潤濕熱通常用量熱計直接測定。它的大小與液體種類和煤的表面積有關(guān)。潤濕熱的產(chǎn)生實際上是液體在煤的孔隙內(nèi)表面上發(fā)生吸附作用的結(jié)果。吸附作用越強(qiáng)，比表面積越大，潤濕熱就越高。由于甲醇對煤的潤濕能力強(qiáng)，作用快，作為潤濕劑能在幾分鐘內(nèi)全部釋放出潤濕熱。

甲醇潤濕熱與煤化度大致呈拋物線的關(guān)系，低煤化度的潤濕熱很高，但隨著w（C）增加而急劇下降，在w（C）接近90％時潤濕熱達(dá)到最低點，以后又逐漸回升。根據(jù)潤濕熱的測定值可以粗略確定煤的內(nèi)表面積，但是由于導(dǎo)致熱量釋放的原因除表面潤濕外還有一些其他因素，所以用潤濕熱計算表面積不太準(zhǔn)確，尤其對很年輕的煤誤差更大。

二、煤的表面積

煤的表面積包括外表面積和內(nèi)表面積兩部分，但外表面積所占比例極小，主要是內(nèi)表面積。煤的內(nèi)表面積是指煤內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的全部表面積（孔壁面積），一般以比表面積（m2/g）表示，即單位質(zhì)量的煤所具有的總表面積。煤的表面積大小與煤的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性有密切關(guān)系，是重要的物理指標(biāo)之一。

煤的比表面積測定方法有多種，如潤濕熱法、BET．法、孔體積法（PD法）和氣相色譜法。煤的比表面積隨著煤化程度的變化具有一定的變化規(guī)律。煤化程度低的煤和煤化程度高的煤其比表面積大，而中等煤化程度的煤，比表面積小，反映了煤化過程中，分子空間結(jié)構(gòu)的變化。

三、孔隙率和孔徑分布

1．煤的孔隙率

煤是一種固態(tài)膠體物質(zhì)，煤粒內(nèi)部存在許多毛細(xì)管和一定的孔隙，孔隙體積占煤的總體積之比稱為孔隙率，也可用單位質(zhì)量煤包含的孔隙體積（cm3/g）表示。因為氦分子能充滿煤的全部孔隙，而汞（水銀）在不加壓的條件下完全不能進(jìn)入煤的孔隙，所以由式（2-11）可求出煤的孔隙率，即

式中　d氦——用氦測定的煤的密度，g/cm3；

d汞——用汞測定的煤的密度，g/cm3。

也可以用真密度和視密度來計算煤的孔隙率

孔隙率與煤化程度之間呈一定的變化規(guī)律，其關(guān)系如圖2-15所示，曲線形狀是兩邊高、中間低。煤化程度較高和煤化程度較低的煤孔隙率高，而中煤化程度的煤在碳含量為89％附近，煤孔隙率出現(xiàn)最低值，這是由于煤化程度的增加，煤在變質(zhì)作用下結(jié)構(gòu)漸趨緊密，孔隙率下降。但煤化程度再增高，煤的緊密程度增加產(chǎn)生體積收縮而裂隙增加，導(dǎo)致孔隙率又有所增加。影響孔隙率的因素很多，除煤化程度外，還受成煤條件、煤巖顯微結(jié)構(gòu)等因素的影響，所以同一含碳量，特別是年輕煤其孔隙率有一個相當(dāng)大的波動范圍。

2．孔徑分布

煤的孔徑大小并不是均一的，按霍多特分級有：微孔，其直徑小于100nm；過渡孔，孔徑為100～1000nm；中孔，孔徑為1000～10000nm；大孔，孔徑大于10000nm。孔徑分布可用壓汞法、氮氣等溫（-196℃）吸附等方法來測定。

不同煤化程度煤的孔隙體積分布有一定規(guī)律：

①含碳量低于75％的褐煤，粗孔占優(yōu)勢，過渡孔基本沒有；

②含碳量在75％～82％的煤，過渡孔特別發(fā)達(dá)，孔隙總體積主要由過渡孔和微孔所決定；

③含碳量在88％～91％的煤，微孔占優(yōu)勢，其體積占總體積的70％以上，過渡孔一般很少。

可見隨煤化程度的逐漸提高，煤的孔徑逐漸減小，且孔體積中微孔體積所占的比例逐漸增大，反映了煤的物理結(jié)構(gòu)漸趨緊密。

小結(jié)

測試題

一、填空題

1．通常采用（?。┍硎久旱臐櫇裥源笮?。

2．介質(zhì)的種類、礦物質(zhì)的含量等均對潤濕性有影響，但主要與（?。┯嘘P(guān)，試驗表明，煤的潤濕熱大致為（?。?/p>

3．煤中孔隙的孔徑并不均勻，通常根據(jù)孔徑大小將其劃分為（?。ⅲā。┖停ā。?。

4．煤的孔隙率與煤化程度的關(guān)系一般呈（　）形。

5．煤的表面積的大小通常用比表面積表示，測定方法有（　）、（?。?、（　）、（?。?/p>

6．孔隙率與煤化程度有關(guān)，曲線形狀為（?。?dāng)w（C）在（?。└浇拿旱目紫堵首畹?。

7．測定煤比表面積的方法有（?。ⅲā。┖停ā。?。

8．液體的表面張力與固體表面之間的夾角小于90則（?。?。

二、簡答題

煤的透光率和孔隙率與煤化程度的關(guān)系如何？影響煤的導(dǎo)電性的因素有哪些？