美国阿岗煤样的密度测试.pdf

1 美国阿岗煤样的密度测试美国阿岗煤样的密度测试 Energe V，体积（cm3）; cell, 样室；exp ，膨胀室；Ta ， 仪 器的（环境）温度. 因为膨胀前后的气体摩尔数N是恒定不变的，如果在仪器的工作压力（0,则ρtrue ρm，即测试的密度小于真密度。 四．介质气体在样品表面吸附或吸收对密度测定的影响四．介质气体在样品表面吸附或吸收对密度测定的影响 如果测试用的介质气体能够吸附在煤样上（区分气体吸附在样品空隙表面或/和吸收在煤的机体中是难以 办得到的，故，在此，用吸附表示） ，那末，测试中，介质气体在膨胀前后的摩尔数可以表示为 ncellnexpnads膨胀前ncellnexpnads膨胀后11 如果在操作压力和温度下，测试介质气体是理想气体，吸附等温线符合式 12， nadskPW12 式 11 就转换为式 13 （Pcell,1Patm）VfPatmVexp k Pcell,1 Patm W RTaRTa （Pcell,2Patm）VfPcell.2 PatmVexp k Pcell,2 Patm W13 RTaRTa 对式 13 进行重排，得式 14 Pcell,2 Vf VexpkRTaW14 Pcell,1 Pcell,2 将式 14 代入式 4，得式 15 Pcell,2 Vs VcellVexpk RTaW15 Pcell,1Pcell,2 4 最后，得到测试的密度和真密度之间的关系如下 W1 ρtrue W/Vs 16 Pcell,21 Vcell Vexp kRtaW kRTa Pcell,1Pcell,2ρm 式 16 等同于式 17 11 kRTa17 ρtrueρm 根据式 17，如果k 0；ρtrue0 以 8 个煤样的 1/ρm 对 YH2作图得图 2， 。 因为所有数据是基于以氦作为参比气体推导的， 在表 3 中列出的用 外推法从 H2和 H2He 密度值外推求得的真密度与 He 密度是十分接近的。两者之差列于表 3 最后一栏。所 有煤样的差值都是很小的正数，这表明以 He 做介质测定煤的真密度时，He 在煤中的吸附影响是很小的。这 些结果表明，以 H2作介质测定煤的密度时，H2密度的增高的原因是 H2在煤中的吸附。这与其他研究者用不 同气体实验在伊里诺 6 号煤上的吸附强度所得到的结果是吻合的。研究发现吸附强度随着气体分子极性的增 高而增大。与 He 相比，H2的极性远大于 He，因此 H2的吸附强。吸附系数 K 也列于表 3。 H2的吸附常数 K 与的碳含量的关系示于图 3。吸附随着煤的碳含量的增高而增加。H2的吸附与煤阶的强 相关性说明在测定中，部分 H2有可能吸收在煤中。用气相色谱做的气体在煤中吸附性实验也表明，甲烷，二 氧化碳等其他气体对煤的吸附性与煤阶也有强相关性。 从本文测定的煤密度值，校正到干燥，无矿物质基数据，求得了煤的有机质密度。煤中主要的矿物组分 包括石英（密度为 2.656g/cm3） ，黄铁矿（5.00g/cm3） ，方解石（2.71g/cm3） ，和粘土（2.90g/cm3） 。八个煤 样的矿物组成列于表 4。用下式计算煤中矿物质的平均密度 Wi ρave ∑wi /∑vi Wmm /∑1 /∑fi /ρi24 ρi 或者 1 /ρave ∑fi /ρi（25） 式中，fi Wi/Wmm26 Wi 矿物 i 的质量（g） ，vi矿物 i 的体积 cm3， ρi矿物 i 的密度，Wmm矿物质的 总质量（g） ，fi 矿物的质量分数 每个煤样的矿物组分的平均密度列于表 4。 表 4煤样的矿物组分和有机质密度 矿物组成部分 （重量） 煤样石英黄铁矿方解石粘土矿物质平均密度有机质密度 BEU0.60.31.76.12.8831.387 WYO2.00.10.46.22.8431.342 ILL3.45.51.97.33.2311.301 Bli0.80.51.32.72.9241.273 LEW2.60.30.318.42.8811.289 PIT1.72.40.56.33.1341.284 UPP1.53.41.09.43.151.292 POC0.30.11.73.42.8451.339 7 有了式 24，可以进一步导出用氦密度和矿物平均密度计算煤的干燥，无矿物质基密度（ρc ）的公式 1fmm1 fmm 27 ρHeρave,mmρc 式中的fmm是煤中矿物质总量的质量分数， 或者是低温灰的质量分数。 根据该式计算的煤的有机质密度 结果也列于表 4。煤有机质的密度随煤阶或煤的碳含量规律变化（开口圆弧线，图 4） 开始时，有机质密度 随着碳含量增加而减小，在碳含量为 82左右达到最小值，而后，随着碳含量的增加而增大。 沃克等人深入地研究了煤的密度，报告了用几种不同流体介质（包括氦）测得的煤的密度结果。在一篇 述评文章中，沃克列举了一些报道，表明煤中有的小孔隙是氦不能进入的，同时氦在碳表面也有微小吸附。 但在 25℃时，这两种影响都很小。GAN 等人测定了不同煤阶煤的氦密度，测定的结果也列在了图 4 中。沃 克等人还报道了一些煤岩组分富集物的氦密度，其中镜煤的密度随煤阶变化规律如图 4 所示，但是密度值变 化幅度较大。树脂体（稳定）组分的密度较较低，半丝碳的密度比镜煤高。 七．七． 结论结论 本文测定的所有八个煤样的 H2密度明显大于 He 密度。这归因于在密度测定过程中 H2分子吸附于煤样。 H2的吸附/吸收系数随煤样的碳含量增高（或煤阶）而增加。煤的有机质密度或干燥无矿物质基密与煤阶密切 相关。从年轻煤开始，煤的有机质密度随着煤的碳含量的增高而减小，在碳含量为 82左右时达到一个极小 值，而后随着碳含量的增加而增大。煤中有小部分极小的孔隙是氦所不能进入的，这可能是在由煤的 H2密度 外推求得的密度微微大于用氦测定的煤密度的原因。