无烟煤 （anthracite coal)

煤炭分类中高度煤化度的煤，外观呈或黑色，质硬，具有金属光泽，含碳量一般在90%以上，燃烧时火焰短而少烟，不结焦，通常用做动力或生活燃料，在化学工业和冶金工业中有广泛的用途，在炭素制品生产中，无烟煤是生产各种炭块、炭质电极和电极糊的原料。

煤化度和分类 煤化度是表示煤化作用深浅的等级，泥炭向褐煤、烟煤、无烟煤变质过程中，煤化度逐步提高，中国煤炭分类采用干燥无灰基挥发分作为煤化度指标。中国国家标准GB5751-86“中国煤炭分类”将煤分为14大类，干燥无灰基挥发分≤10%的煤称为无烟煤，并根据干燥无灰基挥发分含量(V_daf)和干燥无灰基氢含量(H_daf)的大小，将无烟煤分成无烟煤1号、2号、3号(表1)分别代表变质程度较深(年老)、中等变质程度、较浅变质程度3种无烟煤。中国主要无烟煤矿的挥发分及氢元素含量典型数据见表2所示。

无烟煤的物理机械性质 无烟煤的物理机械性能包括密度和硬度。

密度 无烟煤的密度波动范围很大，影响因素也较多，其中主要有煤的种类(成因因素)、岩相组成、矿物质的种类和含量等。无烟煤的真密度一般在1.36～1.80g/cm³之间，体积密度在1.40～1.70g/cm³之间。

硬度 煤的硬度一般以莫氏硬度和显微硬度来表示，在各种类别的煤中无烟煤的莫氏硬度最大，接近4；褐煤和某些焦煤的莫氏硬度只有2～2.5。无烟煤的显微硬度随着煤化度的提高而增加，因此显微硬度也是区分不同煤化度的无烟煤的依据，中国无烟煤的显微硬度一般在250～1500MPa范围内，其中无烟煤1号的显微硬度在700MPa以上，无烟煤3号的显微硬度多在500MPa以下，2号无烟煤的显微硬度在二者之间。

无烟煤镜质组反射率 镜质组是煤的主要组分．颗粒较大而表面均匀，其反射率易于测定，煤的镜质组反射率随煤化度的加深而增大，镜质组的平均最大反射率作为煤化度指标已应用于一些国家的煤炭分类中。无烟煤是高煤化度的煤，含碳量一般大于90%，因此在各种类型的煤中具有最大的反射率。从褐煤到无烟煤的镜质组的油浸最大反射率从0.2%急增到10%，空气中反射率由5.4%上升到18%(图1)。

电阻率与石墨化性能 煤的电阻率随煤化度的提高而降低，碳含量在87%以上的煤，电阻率显著下降(图2)，无烟煤的电阻率较烟煤低得多，经过1300℃左右煅烧过的无烟煤粉末电阻率可降低到1000μΩ.m左右，无烟煤在高温下比较容易进入石墨化状态，此时无烟煤的微晶组织(碳网格片状体的叠层)的尺寸增大、层间距缩小，煅烧温度达到2000℃左右的“电煅无烟煤”的电阻率能降低到600μΩ.m以下(表3)，可以作为生产优质炭块、炭质电极或优质电极糊的主要原料。

无烟煤的显微结构 见无烟煤炭相。

炭素制品工业对无烟煤的质量要求 不同工业使用无烟煤有不同的要求，作为生产炭块、炭质电极和电极糊主要原料的无烟煤需要具备以下条件：

灰分含量低 生产炭素制品的无烟煤灰分越低越好，比较理想的优质无烟煤灰分应小于6%。无烟煤的灰分有两种，一种是煤中夹杂的矿物质，另一种是开采时混入的矸石，将原煤破碎后洗选，可以有效地降低煤的灰分。中国多数无烟煤矿区的无烟煤灰分较大，如华北矿区的无烟煤的原煤灰分多数为10%～20%或更高，经过洗选及挑选出的块煤灰分可降低到8%~10%，宁夏汝基沟矿区的无烟煤原煤灰分一般低于10%，经过洗选后灰分可降低至6%左右。

机械强度 高炭素制品的机械强度是一项重要的质量指标，成品的机械强度与原料的机械强度有直接关系，测量无烟煤的机械强度有几种方法，用得比较多的是测定磨损率(转鼓试验法)，另一种是测量在一定高度自由掉落时的“击碎指数”。不同产地的无烟煤其机械强度差别很大，有的无烟煤在矿井中具有一定机械强度，但采掘后运输到地面、暴露在大气中强度很快下降，甚至自行碎裂成小块或粉粒状，这样的无烟煤不能作为炭素制品的原料，生产炭素制品需采用经过挑选的具有较高强度的块状无烟煤。

热稳定性好 无烟煤的热稳定性是一项很重要的工艺性能，有的无烟煤在煅烧时很容易炸裂成小块，说明这种无烟煤的热稳定性差，测定热稳定性的方法为将一定数量6～13mm的无烟煤在(850±10)℃温度下灼烧30min，冷却后通过6mm的筛网筛分，留在6mm筛网上的试样越多，说明这种煤的热稳定性越好，热稳定性系数K值为留在6mm筛网上的试样百分数，大于70%为热稳定性好的无烟煤，70%～55%为热稳定性中等的无烟煤。小于55%为热稳定性较差的无烟煤。

硫分应低 中国无烟煤的硫分高低与成煤地质年代有明显关系，因此不同地区的无烟煤硫分差别很大，如汝基沟、京西等矿区的无烟煤其硫分均在0.5%以下，晋城、焦作、阳泉等矿区从煤田上部开采的无烟煤多为低硫煤，硫分普遍低于1.0%，而从煤田下部开采得到的多为高硫无烟煤，硫分高达2%～4%。无烟煤中的硫有的以有机化合物形式存在，在煅烧时多数可分解挥发；有的以无机化合物形式存在，煅烧温度下不易分解。无烟煤如含硫较多，不仅煅烧时排出含硫气体，污染环境，也会降低无烟煤的抗热震性。

无烟煤的抗碱性 无烟煤是生产炭块的主要原料，高炉炭块在长期使用中受到高炉熔渣内碱金属和碱土金属元素及其盐类的侵蚀而损坏，炭块的抗碱性与原料无烟煤受碱类化合物侵蚀后的灰分增量、残余线膨胀系数的大小有直接联系，灰分增量和残余线膨胀系数越低，则制成的炭块抗碱性越好，表4为中国4种无烟煤在高温下以碳酸钾侵蚀15h后的抗碱性测定数据，宁夏汝基沟无烟煤的抗碱性最好。

中国无烟煤资源与主要矿区 中国无烟煤资源十分丰富，据20世纪80年代统计，无烟煤储量占全国煤炭储量14%，其绝对储量在千亿吨以上，中国无烟煤资源分布特点是非常集中，特大型无烟煤矿位于山西和贵州两省，全国约有46%的无烟煤资源分布在山西省，30%以上的无烟煤资源分布在贵州省。20世纪90年代正在开采的大型无烟煤矿有阳泉、焦作、京西、晋城、汝基沟等。尚未大量开采的特大型无烟煤矿区在贵州的纳雍和织金地区、山西的阳城和高平地区，中国无烟煤资源另一特点是挥发分大于6.5%的较多，如山西阳泉、荫营和宁夏汝基沟；挥发分3.5%～6.5%的无烟煤较少(如晋城、焦作)；而煤化度较高、挥发分小于3.5%的无烟煤(京西、福建龙岩)产量也不多。

焦作无烟煤是一个老矿区，煤的机械强度较高、产块率为23%左右，未经洗选的商品煤平均灰分高达20%左右，洗选后灰分可降低到12%左右。挥发分一般为3.58%～5.56%，硫分视各采矿点而异，有的矿点开采出的无烟煤硫分在0.5%以下、有的高达1%～2%，但焦作煤的热稳定性较好。

阳泉无烟煤是中国目前产量最大的无烟煤矿区，灰分含量与采煤层有关，如采自矿体“丈八层”的煤灰分较低，采自矿体“四尺层”或“七尺层”的煤灰分较高，经过洗选的块煤其灰分可降低至8%～9%。阳泉煤挥发分较高，一般为6.58%～8.21%，煤的机械强度较低，产块率只有14%左右，热稳定性不如焦作煤。

晋城无烟煤机械强度较高，产块率达50%以上，商品煤灰分略低于阳泉及焦作无烟煤，个别矿点大块煤灰分低于12%，含硫量很低(一般在0.3%左右)，挥发分一般为4.38%～6.0%，热稳定性与焦作煤相仿。

汝基沟无烟煤(也称太西无烟煤)是20世纪90年代中国优质无烟煤主要矿区，产块率在40%以上。以大峰矿的商品煤质量最好，平均灰分低于9%，经过洗选后的块煤灰分可降低到6%左右，甚至更低。硫分略高，一般为0.7%左右；挥发分一般为6.56%～6.97%．挥发分比焦作煤、晋城煤高。热稳定性也不如焦作煤或晋城煤。

到2000年中国炭素工业生产炭块、炭质电极和电极糊所用的原料无烟煤尚无统一的国家质量标准，多数是炭素厂与煤矿协商后制定双方供货质量指标，举例见表5所示。