煤的密度是指單位體積煤的質(zhì)量,單位為g/cm3或kg/cm3。煤的密度有三種表示方法,煤的真密度、煤的視密度和煤的散密度。
煤的真密度是單個(gè)煤粒的質(zhì)量與體積(不包括煤的孔隙的體積)之比。測(cè)定煤的真密度常用比重瓶法,以水作置換介質(zhì),將稱量的煤樣浸泡在水中,使水充滿煤的空隙,然后進(jìn)行計(jì)算。褐煤的真密度為1.30~1.4g/cm3,煙煤為1.27~1.33g/cm3,無(wú)煙煤為1.40~1.80g/cm3。
煤的視密度(又稱煤的假密度)是單個(gè)煤粒的質(zhì)量與外觀體積(包括煤的孔隙)之比。測(cè)定煤的視密度常用涂蠟法和水銀法。涂蠟法是在煤粒的外表面上涂一層薄蠟,封住煤粒的孔隙,使介質(zhì)不能進(jìn)入,將涂蠟的煤粒浸入水中,用天平稱量,根據(jù)進(jìn)行計(jì)算。水銀法是將煤粒直接浸入水銀介質(zhì)中,根據(jù)煤粒排出的水銀體積計(jì)算煤的視密度。褐煤的視密度為1.05~1.30g/cm3,煙煤為1.15~1.50g/cm3,無(wú)煙煤為1.4~1.70g/cm3。
煤的散密度(又稱煤的堆密度)是裝滿容器的煤粒的質(zhì)量與容器容積之比。煤的堆密度是用一定容器直接測(cè)定的。煤的散密度一般為0.5~0.75g/cm3。
密度與相對(duì)密度在數(shù)值上相等,但其物理意義不同。學(xué)術(shù)上一般用密度,工業(yè)上習(xí)慣用相對(duì)密度(舊稱比重)。煤的相對(duì)密度是在20℃時(shí)煤的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比。煤是多孔性物料,孔隙中含有水、空氣或其他氣體。煤中還含有礦物雜質(zhì)。煤堆積在一起時(shí),顆粒之間存在空隙,其中充滿空氣。為了適應(yīng)不同的用途,煤的密度有三種表示方法:煤的真密度,煤的視密度和煤的散密度。
煤的真密度:在0℃時(shí)單個(gè)煤粒的質(zhì)量與其中固態(tài)物質(zhì)的實(shí)體積(不包括煤的孔隙的體積)之比。以g/cm3表示。煤的真密度反映煤分子空間結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì),它與其他煤的性質(zhì)有密切關(guān)系。研究煤的結(jié)構(gòu)、煤的精選加工以及計(jì)算煤層平均質(zhì)量等,都要測(cè)定煤的真密度。測(cè)定煤的真密度常用比重瓶法,以水作置換介質(zhì)。將稱量的煤樣浸泡在水中,使水充滿煤的孔隙,根據(jù)阿基米德原理進(jìn)行計(jì)算。用水作置換介質(zhì),操作方便;但水分子的直徑較大,不能進(jìn)入很細(xì)的毛細(xì)管和微孔中,測(cè)得的真密度僅是近似值。為了提高水對(duì)煤的滲透性,曾采用多種潤(rùn)濕劑。用氦作置換介質(zhì)可較準(zhǔn)確地測(cè)定煤的真密度。氦的分子直徑很小(l .78 λ),能滲入微細(xì)孔中,且對(duì)煤的表面不發(fā)生吸附作用。但用x射線研究表明:氦也不易進(jìn)入無(wú)煙煤的一些極小直徑的微孔中,室溫下氦有時(shí)也會(huì)被煤吸附。因此,用氦測(cè)定的真密度也并不完全是真實(shí)值。煤中礦物質(zhì)的真密度比煤有機(jī)質(zhì)的真密度大得多,如石英的真密度為2.15 g/cm3,粘土為2.40 g/cm3,黃鐵礦為5.00 g/cm3.煤中礦物質(zhì)真密度的平均值約為3.00 g/cm3。礦物質(zhì)的含量愈多,則煤的真密度愈高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù), 煤的灰分每增加1%,其真密度增高0.01 g/cm3??茖W(xué)研究上有時(shí)要用“純煤”(煤有機(jī)質(zhì))的真密度值。由于實(shí)際上不能完全脫除礦物質(zhì)后測(cè)定純煤的真密度,只能根據(jù)礦物質(zhì)成分的含量和真密度對(duì)測(cè)定值加以校正。但礦物質(zhì)成分含量的測(cè)定也比較復(fù)雜,故常用灰分代替礦物質(zhì)成分近似地加以校正。煤中礦物質(zhì)的含量及其密度與煤的灰分產(chǎn)率及其密度大致相當(dāng),因此,當(dāng)煤的礦物質(zhì)含量很少時(shí),可用灰分產(chǎn)率按下式校正后求得純煤真密。不同煤化度煤的真密度差異較大,并隨煤化度呈規(guī)律性變化,褐煤的真密度為1.28~1.42 g/cm3,煙煤為1.27~1.33 g/cm3,無(wú)煙煤為1.40~1.8 g/cm3。從褐煤到煙煤的真密度變化不甚明顯,碳含量在85%左右的煙煤真密度(1 .28~1.30 g/cm3),然后隨煤化度加深真密度逐漸增大,至無(wú)煙煤階段,真密度隨煤化度加深而急劇增加。同一煤化度的煤(用碳含量表示),其不同煤宕顯微組分的真密度也有差別,絲質(zhì)組(見(jiàn)惰質(zhì)組)的真密度,鏡質(zhì)組較小,穩(wěn)定組最小。(見(jiàn)圖)隨著煤化度加深(C含量增大),其差別漸趨消失。
煤的視密度:在20℃時(shí)單個(gè)煤粒(塊)的質(zhì)量與其外觀體積(包括煤的孔隙)之比,以g/cm3表示,又稱煤的假密度。計(jì)算煤的埋藏量以及煤的運(yùn)輸、粉碎和燃燒等過(guò)程,均需要煤的視密度數(shù)據(jù)。測(cè)定視密度的方法有多種,常用涂蠟法(或涂凡士林法)和水銀法。涂蠟法是在煤粒的外表面上涂一層薄蠟,封住煤 粒的孔隙,使介質(zhì)不能進(jìn)入。將涂蠟的煤粒浸入水中,用比重天平稱量,根據(jù)阿基米德原理測(cè)出煤粒的外觀體積,從而計(jì)算出視密度。水銀法則是將煤粒直接浸入水銀介質(zhì)中,因水銀的表面張力很大,在常壓下不能滲入煤的孔隙,煤粒排出的水銀體積,即為包括孔隙在內(nèi)的煤粒外觀體積,進(jìn)而就可計(jì)算出煤的視密度。不同煤化度的煤,其視密度相差很大,褐煤為1.05~1.30 g/cm3,煙煤為1.15~1.50 g/cm3,無(wú)煙煤為1.40 ~1.70 g/cm3。
煤的散密度:裝滿容器的煤粒集體的質(zhì)量與容器容積(包括煤粒之間的空隙)之比,以t/m3表示,又稱煤的堆積密度。設(shè)計(jì)煤倉(cāng)、計(jì)算煤堆質(zhì)量和車船裝載量以及焦?fàn)t和氣化爐設(shè)備的裝煤量時(shí),都需要使用煤的散密度數(shù)據(jù)。散密度是在一定容器中直接測(cè)定的。 測(cè)定時(shí)所用的容器愈大,準(zhǔn)確性愈高。煤的散密度是條件性的指標(biāo),受容器的大小、形狀和裝煤方法以及煤的水分和粒度等因素的影響。為得到較好的可比性和盡可能接近實(shí)際,對(duì)測(cè)定條件都有嚴(yán)格的規(guī)定。煤的散密度隨煤粒增大而增高。粒度愈均勻,煤的散密度愈小。煤的水分在增加到5%左右以前,散密度逐漸降低,此后即基本穩(wěn)定。在生產(chǎn)實(shí)際中,煤的散密度一般為0.50~0. 75 t/m3。根據(jù)煤的視密度和散密度, 可以計(jì)算煤料堆積床層的空隙率或空隙度,即煤粒之間的空隙體積與煤粒堆積體積的比