實驗六　煤的最高內在水分的測定（參考GB/T 4632—2008）

一、實驗目的

1.了解和熟悉煤的最高內在水分在煤炭領域的運用；

2.掌握和學習煤的最高內在水分測定方法。

二、實驗原理

煤樣達到飽和吸水后，用恒濕紙除去大部分外在水分，在溫度30℃、相對濕度為96%，在通氮常壓下達到濕度平衡，然后在105～110℃的溫度下干燥，以其質量損失的百分數(shù)表示煤的最高內在水分。本實驗主要介紹常壓測定方法。依據(jù)的標準方法為GB/T 4632—2008《煤的最高內在水分測定方法》。

煤的最高內在水分又稱平衡水，它是指煤的毛細孔達到飽和吸水狀態(tài)時的水分，或者說是煤在飽和水蒸氣（相對濕度100%）氣氛中達到平衡時除去外在水以外的水分。由于上述條件很難達到，實際測定時是在溫度為30℃、相對濕度為96%～97%的條件下達到吸濕平衡時的內在水分。煤的最高內在水分在絕大多數(shù)情況下取決于煤的內表面積，因此它與煤的結構和變質程度有一定關系。在煤炭分類中，用最高內在水分將發(fā)熱量折算成恒濕無灰基高位發(fā)熱量，據(jù)此來劃分長焰煤和褐煤。

三、儀器設備及試劑

（1）硫酸鉀晶體及其飽和溶液　大約以硫酸鉀10g和蒸餾水3mL的比例混合而成。

（2）氮氣　純度99.9%，含氧量小于100μL/L。

（3）干燥劑　硅膠或其他干燥劑。

（4）充氮常壓法最高內在水分測定儀　煤炭科學研究院試制工廠生產(chǎn)的WCN-A6型最高內在水分測定儀，如圖3-4～圖3-6所示。能維持溫度在（30±0.1）℃，并能連續(xù)運轉72h以上。

（5）振蕩機　振幅40mm，頻率240/min。

（6）充氮干燥箱　如長沙開元儀器股份有限公司生產(chǎn)的5E-MIN6150型充氮干燥箱，如圖3-1和圖3-2，帶有自動控溫裝置，能保持溫度在105～110℃范圍內。可以通氮氣。

（7）天平　感量0.1mg。

（8）水浴　能控溫在（30±1）℃，用于處理煤樣。

（9）真空泵　見圖3-7。

（10）吸濾瓶　容積3L，見圖3-7。

（11）布氏漏斗　直徑100mm。

（12）錐形瓶　容積250mL。

（13）標準篩　孔徑為0.6mm及0.45mm的篩子各一個。

（14）恒濕紙　將大張定性濾紙切成10mm×10mm的小塊，使用時往紙上噴水，使其含水量為13%～15%。

（15）潮濕箱　尺寸為25mm×25mm×15mm的帶蓋木箱，箱內四周襯兩層草板紙，使用時用水浸濕。

（16）樣皿　直徑為50mm、高約30mm的帶蓋稱量瓶。

四、實驗步驟

1.儀器準備

在調濕器底部放置15～20mm厚的飽和硫酸鉀溶液及其固體晶體混合物，再往水槽中注入足夠量的蒸餾水，連接好儀器，啟動最高內在水測定儀，并將調濕器內的溫度控制在（30±0.1）℃。

2.煤樣預處理

取煤樣約20g于錐形瓶中，加入100mL蒸餾水。將錐形瓶置于振蕩機上振蕩30min，然后放入（30±1）℃的水浴中保持3h并在其間適當搖動幾次。取出錐形瓶，將煤樣倒入鋪有濾紙的布氏漏斗中，用真空泵抽濾至煤樣剛露出水面。照此操作繼續(xù)用蒸餾水沖洗2次，每次用水25mL左右。然后用小鏟輕輕將煤樣混合均勻，從中取出4g左右（其余用濾紙包住并用水浸濕，儲于氣密的容器里備用）用雙層濾紙包裹，用手用力攥一下，然后放在潮濕箱內的篩子上。將煤樣于恒濕紙混合，并使煤團散開而落在下面的篩子上。再在下篩上進行同樣的操作，最后使煤樣落在箱底的道林紙上。從中取出1～2g放在已稱量過的樣皿中，將煤樣攤平。

3.濕度調節(jié)

將帶樣的樣皿和蓋一并放在調濕器的樣皿托架上，樣皿放在中間氣體循環(huán)器喇叭口的正下方，打開樣皿蓋子，蓋上調濕器蓋并緊固。啟動儀器并以1L/min的速度往調濕器內通氮氣10min，關閉氮氣出入口，記錄調濕開始時間，24h后稱量一次，以后每調濕6h稱量一次直到相連兩次稱量的質量差不超過稱樣量的0.3%（達到濕度平衡）為止。打開調濕器蓋子，立刻蓋上樣皿蓋，擦干樣皿外壁的蒸汽，在實驗室氣氛下放置5min然后稱量。

4.水分的測定

將經(jīng)濕度調節(jié)后的帶樣樣皿打開蓋子放入預先加熱到105～110℃的通氮干燥箱中，關閉箱門，并以350mL/min的速度通入氮氣，2h后打開干燥箱門，蓋嚴樣皿蓋，于室溫下冷卻5min，再移入干燥器內放置15min稱量（稱準至0.0002g）。然后以同樣的程序進行檢查性干燥實驗，每次30min，直到相連兩次干燥的質量減少不超過0.0010g或質量增加時為止。

五、結果表示

①煤樣最高內在水分MHC以質量分數(shù)計，按式（3-2）計算：

　?。?-2）

式中　m1——樣皿及蓋的質量，g；

m2——濕度平衡后的煤樣、樣皿及蓋的質量，g；

m3——干燥后煤樣、樣皿及蓋的質量，g。

②取平行測定結果的平均值，修約至小數(shù)點后一位報出結果。

③最高內在水分測定原始記錄可見表3-4。

　　測定者：　　　　　　　　　審核者：　　　　　　　　　　日期　　年　　月　　 日

六、精密度

精密度見表3-5。

七、注意事項

（1）煤樣的干濕狀態(tài)　由于煤干燥后其毛細管結構發(fā)生了變化，直接用干燥過的煤做實驗比用預先用水浸泡的濕煤進行調濕平衡所得的結果要低，特別對褐煤影響比較大偏低約0.3%～1%。

（2）過度脫水　煤樣用水浸濕后要濾去多余水分，但必須防止過度抽濾，以免煤毛細管中的水脫除，使結果偏低。

（3）溫度和濕度　實驗過程中必須保證調濕器內溫度在（30±0.1）℃，濕度96%～97%。這是因為硫酸鉀飽和溶液，只有在30℃時的水蒸氣分壓才是4.1kPa（30.6mmHg），即相對濕度為96%～97%。

（4）煤樣粒度　煤的粒度大其毛細管完整性好，粒度小，毛細管易被破壞，因此，煤的最高內在水分有隨粒度減小而降低的趨勢。但是粒度若在0.1～6mm范圍內變化不明顯。

八、思考題

1.測定最高內在水分的意義是什么？

2.說明最高內在水分、分析水分、全水分之間的區(qū)別和聯(lián)系。

3.煤的最高內在水與揮發(fā)分有什么關系？原因何在？

4.如何判斷試樣已經(jīng)達到平衡？

5.影響煤的最高內在水分測定的主要因素是什么？為什么？

6.有人說全水應比內在水分高，這種說法是否正確？

九、知識擴展

［1］　孫越.煤的最高內在水分測定方法探討［J］.煤炭與化工，2017，10：125-126.

［2］　王曉玉.影響煤的最高內在水分測定結果的因子分析［J］.陜西煤炭，2016，5：37-38.

　　（云南省煤炭產(chǎn)品質量檢驗站　何智斌執(zhí)筆）