一种快速测定煤中灰分的方法
【专利摘要】本发明涉及一种快速测定煤中灰含量的方法，包括如下步骤：⑴、在质量恒定的灰皿中，称取粒度为0.2㎜以下的分析煤样(0.5±0.05)g,并使煤样在灰皿中分布均匀；⑵、马弗炉加热到850℃时，打开炉门，将盛有煤样的灰皿置于敞开的炉门口并停放(3～5)min，然后以不大于2cm/min的移动速度将煤样推入炉内恒温区,关上炉门，灼烧(15～25)min；⑶、从炉中取出灰皿，冷却，称重，按照公式Aad﹦m1(灼烧后残留物的质量)/m(煤样的质量)×100％计算煤中灰分；⑷、重复步骤⑴至⑶3～5次，观察计算结果是否在允许误差范围内，若在则取其平均值作为分析结果，若不在则重新试验。本发明方法在保证分析结果准确性的同时，具有煤样用量少、分析时间短的优点，在最佳实施例中，每个煤样的测试时间仅为30～45min。
【专利说明】
一种快速测定煤中灰分的方法
技术领域
[0001] 本发明属于煤质分析测试领域，特别涉及一种快速测定煤中灰含量的方法。
【背景技术】
[0002] 煤中灰分是指煤中所有可燃物完全燃烧，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，所以准确地讲，应称为煤的灰分产率。然而实际生产中， 煤无论是用来炼焦、气化、燃烧还是煤炭精深加工等，虽然用途不同，但都是利用煤中的有 机质。例如，在炼焦工业中，灰分过高会降低焦炭的质量，消耗更多的原材料;作为燃烧燃料 时，灰分过高会降低热效率，并增加排渣工作量;作为气化原料，灰分过高往往会由于结渣 而引起操作困难，降低合成气的质量及转化率。因此，煤炭贸易过程中煤炭质量的评价以及 煤炭加工利用过程中，快速准确地测定煤中灰分具有十分重要的意义。
[0003] 目前，煤中灰分测定方法在国标中(GB/T 212-2008)有两种方法，即缓慢灰化法和 快速灰化法。缓慢灰化法为仲裁法，测定结果比较准确，但是费时费力，每测定一个试样从 采样、制样、仪器调试准备到最后检测，实际需要4个小时左右;快速灰化法相对而言，需要 的时间较短，可作为日常分析方法。快速灰化法分析方法在国标中又有两种方法，即：方法 A-快速灰分测定仪测定;方法B-同缓慢灰化法一样使用马弗炉测定。但是，现有技术存在 的最大缺点是，检测法检测时间长。不论是采用方法A或者方法B，即使是熟练的分析测试人 员，也需要2-3个小时。
[0004]因此，简单、快速、准确的煤炭灰分检测方法也是近年来煤质分析领域的分析测试 人员研究探索的一个重要方向。
[0005] 中国专利CN 102749433 A，公开了一种煤炭灰分检测方法，包括步骤：（1)采集多 个煤样，然后破碎、缩分得到多个分析样；（2)随机测定步骤(1)中得到的3个分析样的质量、 体积和全水分，并采用现有方法得到所述3个分析样的灰分；（3)将上述步骤(2)中得到的数 值分别带入公式
[0006] Ad=(100Xa/(100-Mt)-100XbXV/(100Xm-mXMt)+cXMt/(100-Mt)) X100%
[0007] 中得到一组方程式，然后计算公式中a、b和c的数值；（4)测定步骤（1)中得到的其 它任一分析样的质量和体积；（5)利用公式计算所述其它任一分析样的灰分。该发明方法的 检测时间比现有技术中的方法明显缩短，但是分析样品较少(3个分析样），且煤样的灰分值 是根据计算所得，由于分析样品的质量、体积和全水分的分析值均存在一定的系统误差，因 此根据该方法计算所得灰分值的误差相对较大，分析结果的精确性会相应降低。
[0008] 中国专利CN 104390927 A，公开了一种煤炭样品中灰分的新型快速检测方法，所 述方法包括以下步骤:S1.收集和制备若干个煤炭样品，常规方法分别测定每个样品的灰分 含量;S2.用NIRS分析仪扫描收集所述煤炭样品的光谱数据和曲线；S3 .对S2所得样品的光 谱数据进行处理，经回归计算获得灰分的定标方程，修正和验证灰分定标方程，建立检测模 型；S4.将待测煤炭样品依次直接装满NIR仪的进样器，启动扫描键，NIR仪自动记录存储样 品光谱，确定样品归属谱图类型，选择相应的检测模型，获得检测结果。该方法能够快速、准 确地检测出煤炭灰分，但是该法的技术要求高，煤样的光谱数据和曲线处理过程复杂，需要 具备较高的数理分析知识得专业分析检测人员才能完成。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种适合于煤炭洗选及加工贸易过程的、快速而准确地测定 煤中灰分的方法，以解决现有技术中存在的灰分测定过程费时费力的技术问题。本发明是 通过如下技术方案来实现的。
[0010] -种快速测定煤中灰分的方法，包括如下步骤：
[0011 ]步骤一，在预先灼烧称准至0.000Ig的质量恒定的灰皿中，称取粒度为0.2mm以下 的分析煤样(〇. 5 ± 0.05) g，称准至0.000 Ig，轻轻摇动灰皿，使煤样在灰皿中分布均匀，将盛 有煤样的灰皿预先排放在耐热瓷板或石棉板上；
[0012] 步骤二，将盛有煤样的灰皿置于敞开炉门温度已维持在(815 ± 10) °C的马弗炉炉 门口处，停放(3~5 )min，然后再以不大于2cm/min的移动速度将煤样逐渐向炉内推进约50 mm，待煤样表面明显氧化变色后，再将所述盛有煤样的灰皿推入马弗炉内中央恒温区，关上 炉门，在(815±10)°C的温度下灼烧（15~25)min，待煤样表面不见火星后，继续检查性灼烧 (2~10)min，然后取出所述瓷皿，冷却后称量计算；
[0013] 步骤三，从所述马弗炉炉中取出灰皿，冷却后称量，按照公式Aad=nu/m X 100 %计算 煤中灰分，式中：Aad-空气干燥基煤样的灰分（％)、m-空气干燥基煤样的质量(g)、nu-灼 烧后残留物的质量(g);
[0014] 步骤四，重复步骤一至步骤三(3~5)次，观察计算结果是否在允许误差范围内，若 在则取其平均值作为分析结果，若不在则重新试验。
[0015] 上述测试方法中，所使用的灰皿优选为长49mm、宽20mm、高12mm的瓷质长方形瓷 皿，所述瓷质长方形瓷皿中煤样试样的厚度保持在约50mg/cm2。
[0016] -种更为优选的技术方案为，上述测试方法中，所述步骤二中，盛有煤样的灰皿在 敞开的马弗炉炉门口处停放至煤样表面明显氧化变色，然后再以不大于lcm/min的移动速 度将所述煤样逐渐向炉内推进约50mm，待煤样表面明显氧化变色后，再将所述盛有煤样的 灰皿推入马弗炉内中央恒温区，关上炉门进行灼烧和检查性灼烧操作。
[0017] 进一步地，上述测试方法中，所述盛有煤样的灰皿推入所述马弗炉炉内（815 ± 10) °C中央恒温区内灼烧至煤样表面不见火星后，若煤样灰分在15%以下者，继续灼烧(3~5) min;若煤样灰分在15%以上者，则继续灼烧(5~7)min，然后取出所述瓷皿，冷却后称量计 算。
[0018] -种更为优选的技术方案为，根据权利要求4所述的快速测定煤中灰分的方法，其 特征在于，所述马弗炉炉内（815 ± 10) °C中央恒温区每次放置2~3个盛有煤样的灰皿。
[0019] 本发明方法与现有技术相比，具有如下显著的技术进步。
[0020] (1)煤样用量少，国标GB/T 212-2008中，每次检测需要煤样为（l±0.1)g，而本发 明方法仅需煤样(0.5±0.05)g，由于煤样的减少，因而避免了煤样灼烧时局部过厚，在减少 煤样灰化测试时间的同时，既避免了煤样的燃烧不完全，又防止了底部煤样中硫化物生成 的二氧化硫被上部碳酸盐分解生成的氧化钙覆盖固定，从而使得煤中硫化物在碳酸盐分解 前就完全氧化并排出。同时，由于本发明方法是先将盛有煤样的灰皿置于敞开的马弗炉炉 门处停放(3~5)min，保证了灰化过程中始终能够保持良好的通风状况，使硫化物气体一经 生成就及时排除，避免了其与煤中金属离子接触，生产硫酸盐，提高了煤中灰分含量分析结 果的可靠性和准确性。
[0021] (2)本发明方法充分考虑了煤样的特性，先将盛有煤样的灰皿置于敞开炉门且炉 内中央温度维持在(815 ± 10) °C的马弗炉炉门口处，该处的温度约为200°C左右，而煤的燃 点在260~400°C之间，物质达到燃点后就激烈氧化，因此煤在燃点以下分解就避免了煤样 着火燃烧，同时还可避免稳定性差的煤突遇高温产生热裂并发生飞溅的现象。
[0022] (3)本发明方法注重推样速度，即先将盛有煤样的灰皿置于敞开的马弗炉炉门处 停放(3~5)min，然后再以不大于2cm/min的移动速度将煤样逐渐向炉内推进约50mm，待煤 样表面明显氧化变色后，再将所述盛有煤样的灰皿推入马弗炉内中央恒温区，关上炉门，完 成灼烧和检查性灼烧操作。众所周知，煤在250°C开始分解，随着温度升高软化形成胶体，在 530~600°C固化生成半焦。生成半焦后势必会需要延长灼烧时间。因此，适当控制煤样的处 理温度，通过渐进式升温，使煤样在比较低的温度下被氧化，破坏了煤的结焦性，这样有利 于煤样完全灼烧，并且缩短了灼烧时间。因此，采用本发明方法与现有技术国标GB/T 212-2008中所推荐的方法相比，每个煤样的测试时间不超过1小时，尤其是最佳实施例中，每个 煤样的测试时间仅为30~45min。
【具体实施方式】
[0023]下面通过方法可靠性验证例、具体的实施例、最佳实施例以及对比例进一步说明 本发明所述方法。其中，本发明方法可靠性验证例采用了6种不同灰分含量的标准煤，其相 应的编号为 68111101111、6811110比、681111071^、6811111(^、68111102]_、681111096;本发明 方法的具体实施例、最佳实施例以及对比例中采用的分析煤样则来自于古交市龙泉煤矿原 煤、忻州市保德煤矿原煤以及这两种原煤经太原市某选煤厂洗选得到的块精煤、过精煤、中 煤等。需要指出的是，根据煤中灰分含量的不同，灰分测定的精密度的允许误差范围也是不 同的，因此应根据煤样的大致情况，初步判断其灰分含量范围（< 15.00 %、>30.00 %、 15.00 %~30.00 % )，然后再确定适宜的灼烧时间。
[0024]本发明所有的可靠性验证例、具体的实施例、最佳实施例以及对比例中，煤中灰分 的分析均按照如下步骤进行。
[0025] 步骤一，在预先灼烧至质量恒定的长49mm、宽20mm、高12mm的瓷质长方形瓷皿中， 称取粒度为〇. 2mm以下的分析煤样(0.5 ±0.05)g，称准至0.0 OOlg，轻轻摇动灰皿，使煤样在 灰皿中分布均匀，将盛有煤样的瓷质长方形瓷皿预先排放在耐热瓷板或石棉板上。
[0026]步骤二，将马弗炉加热到850°C，打开炉门，将盛有煤样的瓷质长方形瓷皿置于敞 开的马弗炉门口处停放(3~5 )min，然后再以不大于2cm/min的移动速度将已灰化煤样推入 所述马弗炉炉内恒温区，关上马弗炉炉门，在(815±10)°C的温度下灼烧(15~25)min。 [0027]步骤三，从所述马弗炉炉中取出瓷质长方形瓷皿，放在空气中冷却至室温，然后称 重，按照公式Aad=Hi 1/!!!X 100计算煤中灰分，式中:Aad-空气干燥煤样的灰分（％ )、m-称取空 气干燥煤样的质量(g)、mi-灼烧后残留物的质量(g);
[0028] 步骤四，重复步骤一至步骤三(3~5)次，观察计算结果是否在允许误差范围内，若 在则取其平均值，若不在则重新试验。
[0029] 上述测试方法中，所使用的灰皿为直径45mm、高12mm的圆形瓷皿，所述圆形瓷皿中 试样的厚度保持在约50mg/cm 2〇
[0030] 在步骤二中，盛有煤样的灰皿在敞开的马弗炉炉门口处停放至煤样表面明显氧化 变色，然后优选以不大于lcm/min的移动速度将所述煤样推入所述马弗炉炉内在(815±10) °C恒温区内灼烧至不见火星后，继续检查性灼烧(2~7)min，然后取出所述圆形瓷皿，冷却 后称量计算。
[0031] 本发明所述方法中，灰分(Aad)测定的精密度如下表1所示。
[0032] 表1灰分测宙的精密度的测宙允许误差
[0034] 验证例1。
[0035]标准煤样是附有证书的煤标准物质，其一种或多种特性值用建立了溯源性的程序 确定，使之可溯源到准确复现的用于表示该特性值的计量单位，而且每个标准值都附有给 定置信水平的不确定度。
[0036]本标准物质采取预选的原煤，经自然干燥、破碎、混匀后全部通过80目筛（<0.2 mm)，再混匀、分装成瓶。随机抽取25瓶样品，采用GB/T 212-2008煤中灰分的测定方法(缓 慢灰化法法)进行均匀性检验，最小取样量（1.〇〇〇〇±0.1)g，由8个合格实验室按规定的实 验方法进行协同试验，全部实验结果进行数理统计处理后计算出标准值，其标准值有效期 为一年。其标准煤样具有塑源性、均匀性和稳定性等特点，所以用标准煤样进行测定，测定 的结果与标准值进行比较，做显著性检验，就可判别有无系统误差存在，或所得的结果是否 在标样标准值的不确定度范围内。故以下试验都是通过对标准煤样的测定与其标准值进行 比较而进行的。
[0037]下面是3种标样灰分值为Aad<15%的标样煤样，将其标样值分别换算成分析基Aad 如下表2，相应的试验结果(丨旦温区灼烧5min)见下表3。
[0038]表2 标准煤样灰分换算表(GBW11101m、GBW11101L、GBW11107k)
[0042]从以上结果表明，利用本发明所述方法，对于Aad<15%与标样的分析结果与其标 准值有很好的对应关系，且不必进行检查性灼烧。
[0043] 验证例2。
[0044] 选择3种标样灰分值15.00 %~30.00 %的标样进行试验，将其标样值分别换算成 分析基Aad如下表4，相应的试验结果(恒温区灼烧5~7min)见下表5。
[0045] 耒 4 标准傾样龙分拖笪耒(TtRWI I I IOfXRWl 1 102 iXRWl I 109a)
[0050]从以上结果表明：对于Aad 2 15%的分析煤样，利用本发明所述方法在恒温区灼烧 5min，然后再进行检查性灼烧2min，得到的所得分析结果更可靠准确，该分析结果同样与标 准煤样的灰分标准值具有良好的对应关系，可以满足日常生产中煤质分析的需要。
[0051 ] 实施例1。
[0052]本实施例中，龙泉原煤、保德原煤灰分含量采用GB/T 212-2008中快速灰化法方法 B的测定，其中龙泉原煤Aad值为36.89%、保德原煤Aad值为42.14%，二者的洗选产物灰分均 <15%。试验过程中，所有煤样的灼烧时间为3min~5min，灼烧过程敞开炉门，试验结果下 表6 〇
[0053]表6两种原煤及其洗选产物精煤的试验结果
[0055] 从表6的试验结果可以看出，利用本发明所述方法，对于Aad<15%的分析煤样，灼 烧3min，然后再检查性灼烧2min，其分析结果差别不大，尤其对于灰分含量较小的分析煤 样，更是如此，因此不必进行检查性灼烧。而对于Aad 2 15 %的分析煤样(原煤），恒温区灼烧 3min，然后再进行检查性灼烧2min，得到的所得分析结果与煤样灰分含量的实际结果36.89 差异较大。
[0056] 为了得到更为准确的分析结果，我们选取了龙泉原煤、龙泉块精煤1、龙泉过精煤2 作为对照例，进一步通过延长初始灼烧时间，考察了灼烧时间对试验结果的影响，结果见下 表7。
[0057]表7龙泉煤矿原煤及其洗选产物精煤的试验结果(单位/% )
[0059] 由表7可以看出，对于AaG 15%的龙泉原煤，适当增加在恒温区的灼烧时间，可以 明显提高分析结果的准确性和可靠性。
[0060] 在试验过程中，我们发现，只有将煤样至于马弗炉炉内中央恒温区，才能防止试验 煤样燃烧而使试验过程作废，这是因为在马弗炉炉内中央恒温区，温度较高，分析煤样基本 处于还原环境，经过本发明方法步骤一中，将盛有煤样的瓷质长方形瓷皿置于敞开的马弗 炉门口处停放(3~5)min，使得煤样在比较低的温度下被氧化，煤的结焦性遭到破坏，因而 此时再将煤样置于马弗炉炉内中央恒温区有利于试样被完全灼烧，且因煤在燃点以下已经 有大量挥发分分解排出，故在马弗炉炉内中央恒温区不会再引起"明火"现象，即煤样燃烧。
[0061 ]此外，在所述马弗炉炉内（815± 10) °C中央恒温区每次放置若干个盛有煤样的灰 皿同时进行试验，可以进一步节省时间。但是，若灰皿放置过多，则可能存在部分煤样灼烧 不完全，从而降低本发明方法的精确性。根据我们的试验情况，最佳的煤样放置数量为2~3 个/次。
[0062] 实施例2。
[0063]本实施例中，龙泉原煤、保德原煤灰分含量采用GB/T 212-2008中快速灰化法方法 B的测定，其中龙泉原煤Aad值为36.89%、保德原煤Aad值为46.83%，二者的洗选产物中煤的 灰分均2 15%。试验过程中，所有煤样的灼烧时间为5min~7min，灼烧过程敞开炉门，试验 结果下表8。
[0064] 表8两种原煤及其洗选产物中煤的试验结果
L〇〇67」由表8的试验结果，可以看出本发明方法所得分析结果基本接近于根据国标快速 灰化法B所得的测量值，但是每个煤样的分析时间比国标所述方法要节省30~50min，且分 析结果完成能够实际生产的需要。
[0068] 对比例1。
[0069] 本对比例中，分析煤样灰分均<15%，恒温区灼烧3~5min。
[0070]表9两种原煤的洗选产物精煤的试验结果
[0072] 对比例2。
[0073] 本对比例中，煤样灰分均2 15%，恒温区灼烧5~7min。
[0074]表10两种原煤的洗选产物中煤的试验结果
[0076]由表9、表10的试验结果，可以看出本发明方法与同等条件下关闭马弗炉炉门所测 得的分析结果相比，分析结果更为准确。
[0077]以上仅是本发明的一些最佳实施例，本领域技术人员可以理解，在本说明书的教 导之下，可以对本发明做出一些修改或变化，任何修改或变化均属于本发明权利要求所限 定的保护范围。
【主权项】
1. 一种快速测定煤中灰分的方法，包括如下步骤： 步骤一，在预先灼烧称准至0.0 OOlg的质量恒定的灰皿中，称取粒度为0.2mm以下的分 析煤样(〇. 5 ±0.05)g，称准至0.0 OOlg，轻轻摇动灰皿，使煤样在灰皿中分布均匀，将盛有煤 样的灰皿预先排放在耐热瓷板或石棉板上； 步骤二，将盛有煤样的灰皿置于敞开炉门温度已维持在(815 ± 10) °C的马弗炉炉门口 处，停放(3~5)min，然后再以不大于2cm/min的移动速度将煤样逐渐向炉内推进约50mm，待 煤样表面明显氧化变色后，再将所述盛有煤样的灰皿推入马弗炉内中央恒温区，关上炉门， 在(815±10)°(：的温度下灼烧（15~25)1^11，待煤样表面不见火星后，继续检查性灼烧(2~ 10)min； 步骤三，从所述马弗炉炉中取出灰皿，冷却后称量，按照公式Aad=nu/m X 100 %计算煤中 灰分，式中：Aad-空气干燥基煤样的灰分（％)、m-空气干燥基煤样的质量(g)、nu-灼烧后 残留物的质量(g); 步骤四，重复步骤一至步骤三(3~5)次，观察计算结果是否在允许误差范围内，若在则 取其平均值作为分析结果，若不在则重新试验。2. 根据权利要求1所述的快速测定煤中灰分的方法，其特征在于，所述灰皿为长49mm、 宽20mm、高12mm的瓷质长方形瓷皿，所述瓷质长方形瓷皿中煤样试样的厚度保持在约50mg/ cm2。3. 根据权利要求1或2所述的快速测定煤中灰分的方法，其特征在于，所述步骤二中，盛 有煤样的灰皿在敞开的马弗炉炉门口处停放至煤样表面明显氧化变色，然后再以不大于 lcm/min的移动速度将所述煤样逐渐向炉内推进约50mm，待煤样表面明显氧化变色后，再将 所述盛有煤样的灰皿推入马弗炉内中央恒温区，关上炉门进行灼烧和检查性灼烧操作。4. 根据权利要求3所述的快速测定煤中灰分的方法，其特征在于，所述盛有煤样的灰皿 推入所述马弗炉炉内（815±10)°C中央恒温区内灼烧至煤样表面不见火星后，若煤样灰分 在15 %以下者，继续灼烧(3~5)min;若煤样灰分在15 %以上者，则继续灼烧(5~7)min，然 后取出所述瓷皿，冷却后称量计算。5. 根据权利要求4所述的快速测定煤中灰分的方法，其特征在于，所述马弗炉炉内（815 ± 10) °C中央恒温区每次放置2~3个盛有煤样的灰皿。
【文档编号】G01N5/04GK105842110SQ201610364160
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】王迎春, 薛永兵, 史宝平, 王潇潇, 潘瑞丽
【申请人】太原科技大学