一、灰分测定的意义

灰分是降低煤炭质量的物质，在煤炭加工利用的各方面都带来有害的影响，因此测定煤的灰分对于正确评价煤的质量和加工利用等都有重要意义。

1．灰分是表征煤炭质量的最主要指标，是考核煤矿和选煤厂煤炭产品质量的主要指标之一；商品煤灰分是煤矿、选煤厂和用（户）煤单位结算的依据；灰分也是现阶段我国制定煤炭出厂价格的基本依据。

2．煤用作动力燃料时，灰分增加，煤中可燃物质含量相对减少。矿物质燃烧灰化时要吸收热量，大量排渣要带走热量，因而降低了煤的发热量；灰分影响锅炉操作（如易结渣、熄火），加剧了设备磨损，增加排渣量。煤用于炼焦时，灰分增加，焦炭灰分也随之增加，从而降低了高炉的利用系数。

3．煤的灰分大小，直接影响着煤作为工业原料和能源使用时的作用。如炼焦、气化、加氢液化以及制造石墨电极等都要求煤的灰分在一定限度以下，否则将影响这些工业的生产和产品质量。在工业利用上，灰分小于10%称为特低灰煤，灰分在10%～15%称为低灰煤，灰分在15%～25%称为中灰煤，灰分在25%~40%称为富灰煤，灰分大于40%为高灰煤。

灰分对煤而言，虽然是“废料”，如何变废为宝，各地都有很多成功的经验。如用煤灰制造硅酸盐水泥，矿渣支架、矿渣砖等。煤灰还可以改良土壤，此外，从煤灰中可提炼锗、镓、钠、钒等重要元素，为国防工业和其它工业提供原料。

二、灰分来源

煤中的灰分不是煤的固有成分，而是煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。灰分常称为灰分产率。

煤中矿物质分为内在矿物质和外在矿物质。内在矿物质，又分为原生矿物质和次生矿物质。

1．原生矿物质，是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过1～2%；

2．次生矿物质，是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。次生矿物质的含量一般也不高，但变化较大。

内在矿物质所形成的灰分叫内在灰分，内在灰分只能用化学的方法才能将其从煤中分离出去。

3．外来矿物质，是在采煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。外在矿物质形成的灰分叫外在灰分，外在灰分可用洗选的方法将其从煤中分离出去。三、灰分的测定

灰分测定分为缓慢灰化法和快速灰化法。快速灰化法对某一矿区的煤，须经过缓慢灰化法反复核对，证明其误差不大时才可使用。快速法不作仲裁分析用。

方法要点：称取一定质量的空气干燥煤样，放入箱形电炉内，以一定的速度加热到( 815±10)℃，煤样在此条件下灼热到恒重，并冷却至室温后称重，以残留物质量占煤样原质量的百分数作为灰分产率。

1．仪器设备

测定方法需用下列仪器设备：

（1）箱形电炉：带有调温装置，能保持( 815±10)℃，炉膛应具有相应的恒温区，附有热电偶和高温表，炉子后壁上部具有直径25～30mm的烟囱，下部具有插入热电偶的小孔，小孔的位置应使热电偶的热接点在炉膛内能保持距炉底20～30mm的位置，炉门上应有一通气孔，直径约20mm。

（2）灰皿：长方形灰皿的底面为长45mm，宽22mm，高为14mm。

（3）干燥器：内装干燥剂（变色硅胶或块状无水氯化钙）。

（4）分析天平：精确到0.0001g。

（5）耐热板：瓷板或石棉板，宽度略小于炉膛，其规格与炉膛相适应。

2．测定方法

（1）缓慢灰化法（仲裁法）

①用预先灼烧至质量恒定并称出质量（称准到0.0002g）的灰皿，称取粒度小于

0.2mm的空气干燥煤样(1±0.1)g（称准到0.0002g）。煤样在灰皿中要铺平，使其每平方厘米不超过0.15g。将灰皿送入温度不超过100℃的箱形电炉中，在自然通风和炉门留有15mm左右缝隙的条件下，用少于30min的时间内将炉温缓慢升温至约500℃，并在此温度下保持30min后，继续升至(815±10)℃，然后关上炉门并在此温度下灼烧1h。灰化结束后从炉中取出灰皿放在石棉板上盖上灰皿盖，在空气中冷却5min。然后移入干燥器中冷却至室温（约20min），称量。

②最后进行检查性灼烧，每次20min，直到质量变化小于O.OOlg为止，采用最后一次测定的质量作为计算依据，灰分小于15%时不进行检查性灼烧。

（2）快速灰化法

快速灰化法可作为日常分析用，但必须用缓慢法对本厂的煤反复核对后，才能使用快速灰化法测定煤中灰分。

方法提要：将装有煤样的灰皿由炉外逐渐送入预先加热至( 815±10)℃的马弗炉中，灰化并灼烧至质量恒定。以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。

测定步骤如下：

①用预先灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度小于0.2mm 的空气干燥煤样(1±0.1)g ，精确至0.0002g ，均匀地摊平在灰皿中，使其每平方厘米的质量不超过0.15g 。将盛有煤样的灰皿预先分排放在耐热瓷板或石棉板上。

②将马弗炉加热到(815±10)℃，打开炉门，将放有灰皿的耐热瓷板或石棉板缓慢地推入马弗炉中，先使第一排灰皿中的煤样灰化。待5～lOmin 后，煤样不再冒烟时，以不大于2cm/min 的速度把二、三、四排灰皿顺序推进炉内炽热部分（若煤样着火发生爆燃，试验应作废）。

③关闭炉门，使其在(815±10)℃的温度下灼烧40min ，然后从炉中取出灰皿，先放在空气中冷却5min ，再移入干燥器中冷却到室温（约20min ）后称量。

④最后再进行每次为20min 的检查性灼烧，直到质量变化小于O.OOlg 为止。采用最后一次灼烧后的质量作为计算依据。如遇检查灼烧时结果不稳定，应改用缓慢灰化法重新测定。灰分小于15%时不必进行检查性灼烧。

3．分析结果的计算

空气干燥煤样的灰分按下式计算：

1100%ad m A m =⨯

式中 Aad —— 空气干燥煤样的灰分产率，%；

m 1 —— 恒重后的残留物的质量，g ，

m —— 空气干燥煤样的质量，g 。

4．灰分测定的精密度

灰分测定结果的重复性和再现性要求见下表规定：

表 灰分测定结果的重复性和再现性要求

5．测定灰分的注意事项

（1）煤中矿物质的变化

煤中矿物质在燃烧时许多组分都发生了化学变化，其反应方程式如下：

①当温度在400℃左右时：

4242CaSO 2H O CaSO 2H O ∙=+↑

22322322 2SiO Al O 2H O Al O 2SiO 2H O ∙∙=++↑

即煤中的硫酸盐和硅酸盐发生脱水反应，失去结晶水。

②当温度在500℃左右时：

32 C aCO CaO CO =+↑

32FeCO FeO CO =+↑

即煤中的碳酸盐在温度高于500℃时，则发生分解反应，生成氧化物和二氧化碳。 ③当温度在600℃左右时：

22232

4FeS 11O 2Fe O 8SO +=+ 224

2CaO 2SO O 2CaSO ++= 223 4FeO O 2Fe O +=

即在400～600℃时，由于空气中氧的作用，发生了氧化反应。为使反应完全，一般让煤样在500℃保温一段时间，使煤中的黄铁矿硫和有机硫被完全氧化。

④当温度高于700℃时：

当温度高于700℃时，煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发生分解，待温度达到800℃时分解反应基本完成。因此，煤的灰分测定温度规定为（815±10）℃。

（2）箱形电炉设烟囱的作用

试验结果表明，在不装烟囱的箱式电炉中测定灰分，由于通风不好，生成的二氧化硫不易排出，一部分会被灰中的碱性氧化物——氧化钙等吸收固定，以致灰分测定值偏高，同时也使煤灰的组成成分发生变化。因此箱式电炉后面应设一个烟囱，以保证炉内通风良好。

（3）测定灰分的温度条件

煤样用半小时从100℃升至500℃，在500℃停留30min ，再将温度升到(815±

10)℃灼烧，这样分段升温的目的是：

①从100℃升到500℃的时间控制为半小时，以使煤样在炉内缓慢灰化，防止爆燃，否则部分挥发性物质急速逸出将矿物质带走会使灰分测定结果偏低。

②在500℃停留30min，是使煤样燃烧时产生的二氧化硫在碳酸盐（主要是碳酸钙）分解前（碳酸钙在500℃以上才开始分解）能全部逸出，否则会同碳酸钙的分解产物氧化钙生成难分解的硫酸钙，使煤中硫分固定在煤层中。这样既增加煤灰中的含硫量，又增高煤的灰分。

③最终灼烧温度之所以定为(815±10)℃，是因为在此温度下，煤中碳酸盐分解结束而硫酸盐尚未分解。一般纯硫酸盐在1150℃以上才开始分解，但如与硅、铁共存，实际到850℃即开始分解。下载本文