第三節　煤的固態膠體性質

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，不能進入毛細孔。

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行測定。

測定煤的接觸角，通常分別用水和苯作為液體介質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，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，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，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，年輕煤對水介質的親和性較強，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。潤濕熱的產生實際上是液體在煤的孔隙內表面上發生吸附作用的結果。吸附作用越強，比表面積越大，潤濕熱就越高。由于甲醇對煤的潤濕能力強，作用快，作為潤濕劑能在幾分鐘內全部釋放出潤濕熱。

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％時潤濕熱達到最低點，以后又逐漸回升。根據潤濕熱的測定值可以粗略確定煤的內表面積，但是由于導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表面積兩部分，但外表面積所占比例極小，主要是內表面積。煤的內表面積是指煤內部孔隙結構的全部表面積（孔壁面積），一般以比表面積（m2/g）表示，即單位質量的煤所具有的總表面積。煤的表面積大小與煤的微觀結構和化學穩定性有密切關系，是重要的物理指標之一。

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，分子空間結構的變化。

三、孔隙率和孔徑分布

1．煤的孔隙率

煤是一種固態膠體物質，煤粒內部存在許多毛細管和一定的孔隙，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律，其關系如圖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，煤孔隙率出現最低值，這是由于煤化程度的增加，煤在變質作用下結構漸趨緊密，孔隙率下降。但煤化程度再增高，煤的緊密程度增加產生體積收縮而裂隙增加，導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、煤巖顯微結構等因素的影響，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律：

①含碳量低于75％的褐煤，粗孔占優勢，過渡孔基本沒有；

②含碳量在75％～82％的煤，過渡孔特別發達，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，反映了煤的物理結構漸趨緊密。

小結

測試題

一、填空題

1．通常采用（　）表示煤的潤濕性大小。

2．介質的種類、礦物質的含量等均對潤濕性有影響，但主要與（　）有關，試驗表明，煤的潤濕熱大致為（　）。

3．煤中孔隙的孔徑并不均勻，通常根據孔徑大小將其劃分為（　）、（　）和（　）。

4．煤的孔隙率與煤化程度的關系一般呈（　）形。

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

6．孔隙率與煤化程度有關，曲線形狀為（　），當w（C）在（　）附近的煤的孔隙率最低。

7．測定煤比表面積的方法有（　）、（　）和（　）。

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系如何？影響煤的導電性的因素有哪些？