煤的表面性质

煤的表面性质是指与煤的表面有关的一些属性。表面性质主要包括煤的润湿性、润湿热、内表面积、孔隙率和孔径分布等。这些性质表明了煤具有固态胶体结构的特性。

煤的润湿性是煤吸附液体的一种能力。又称煤的浸润性。当煤与液体接触时，若固体煤的分子与液体分子之间的作用力大于液体分子之间的作用力，固体表面可以粘附液体。煤的润湿性，对于煤的洗选、脱水、干燥和防尘等工艺过程都有实际意义。润湿性的强弱，通常用液体的表面张力与液体和煤表面之间的接触角的大小来量度。接触角愈小，煤愈易被润湿，当接触角为钝角时，煤不能被润湿。煤与液体的接触角大小，与煤的煤化度和液体的种类有关。当液体为水时，年轻煤易被水润湿，为亲水性煤；年老煤难于被水润湿，为憎水性煤。

煤的润湿热是指煤被液体润湿时所释放的热量。润湿热的大小，与液体的种类和煤的表面积有关。煤的润湿热通常用量热计直接测量。用甲醇作为润湿剂，因为甲醇对煤的润湿能力强，能迅速释放出全部润湿热。年轻煤的润湿热很高，随着煤化度的加深，润湿热急剧下降，当煤的碳含量为90%时，达到最低值，之后，随煤化度再加深又稍有升高。但润湿热随煤化度变化的规律性并不严格，这是因为还有其他原因也能导致热量释放，如年轻煤氧含量高，就可能与甲醇分子发生强极化作用，或结合成氢键而释放热量；某些矿物质组分，与甲醇作用也能放热。根据润湿热的测定值，可以确定煤的内表面积。煤的单位内表面积的润湿热约为0.418J/m²，据此计算所得的煤的内表面积波动于10~200m²/g之间。

煤的内表面积是指煤内部孔隙结构的全部表面积(孔壁面积)，以m²/g表示。煤的内表面积的大小与煤的微观结构和化学反应性有密切关系，是煤的重要物理指标之一。它的测定方法有多种，如润湿热法和经典的静态气体吸附法(B.E.T.法)等。煤的内表面积也可以用气相色谱法(也称动态法)来测定，其测定原理是，把一定量的煤样装在色谱柱内，在动态下测定柱后吸附气体的浓度变化，以此进行计算。煤的内表面积取决于煤的类型和煤的岩相组成。煤的内表面积值还与测定方法有关。所有的测定方法都有误差，所以测值往往不一致。不同方法测得的烟煤的内表面积如图所示。烟煤的内表面积变化范围为120~300m²/g。年轻煤的内表面积大，随煤化度的加深内表面积迅速减小，在煤的碳含量为88%左右时达到最低值，之后，随着煤化度的再加深又迅速增加。

煤的孔隙率是煤粒中毛细管和孔隙的体积占整个煤粒外观体积的百分数。又称煤的孔隙度。通常用置换法测定或用煤的真密度和煤的视密度按下式计算：

孔隙率=[(真密度–视密度)/真密度]×100

年轻烟煤的孔隙率高，在10%以上。随着煤化度的加深，孔隙率降低，在煤的碳含量为90%左右时，孔隙率最低，约为3%，之后!随煤化度的加深又有所增加。

图  不同方法测得的烟煤的内表面积

1–浸润热法；2–氖吸附法；3–CO₂吸附法。