氮元素的测定(凯氏定氮法)知识点解说.doc

氮元素的测定（凯氏定氮法）知识点解说（全面版）资料
氮元素的测定（凯氏定氮法）
煤中的氮，主要是由成煤植物中的蛋白质转化而来，氮含量比较少，一般约为0.5～3.0％。氮是煤中唯一的完全以有机状态存在的元素。煤中氮含量随煤的变质程度的加深而减少。它与氢含量的关系是，随氢含量的增高而增大。
一、方法原理
称取一定量的空气干燥煤样，加入混合催化剂和硫酸，加热分解，氮转化为硫酸氢铵。加入过量的氢氧化钠溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸标准溶液滴定。根据用去的硫酸量，计算煤中氮的含量。
主要化学反应如下：

二、试剂
1．混合催化剂：将分析纯无水硫酸钠32g、分析纯硫酸汞5g和分析纯硒粉0.5g研细，混合均匀备用；
2．铬酸酐：分析纯；
3．硼酸：分析纯，3%水溶液，配制时加热溶解并滤去不溶物；
4．混合碱溶液：将分析纯氢氧化钠37g和化学纯硫化钠3g溶解于蒸馏水中，配制成100mL溶液；
5．甲基红和亚甲基蓝混合指示剂：
a.称取0.175g分析纯甲基红，研细，溶于50mL95%乙醇中；
b.称取0.083g亚甲基蓝，溶于50mL95%乙醇中；
将溶液a和b分别存于棕色瓶中，用时按（1+1）混合。混合指示剂使用期不应超过1周。
6．蔗糖：分析纯；
7．硫酸标准溶液：c(1/2H2SO4)=0.025mol/L。于1000mL容量瓶中，加入约40mL蒸馏水。用移液管吸取0.7mL（相对密度1.84）分析纯硫酸放入容量瓶中，加水稀释至刻度，充分振荡均匀。
标定时称取0.05g预先在130℃下干燥到恒重的优级纯无水碳酸钠放入锥形瓶中，加入50～60mL蒸馏水使之溶解，然后加入2～3滴甲基橙，用标准硫酸溶液滴定到由黄色变橙色。煮沸，赶出二氧化碳，冷却后，继续滴定到橙色。
三、仪器、设备
1．凯氏瓶：容量50mL和250mL；
2．直形玻璃冷凝管：长约300mm；
3．短颈玻璃漏斗：直径约30mm；
4．铝加热体：使用时四周围以绝热材料，如石棉绳等。
5．凯氏球；
6．圆盘电炉：带有调温装置；
7．锥形瓶：容量250mL；
8．圆底烧瓶：容量1000mL；
9．滴定管：10mL，分度值为0.05mL。
四、分析步骤
1．在薄纸上称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样0.2g，精确至0.0002g。把煤样包好，放入 50mL凯氏瓶中，加入混合催化剂2g和浓硫酸（相对密度1.84）5mL。然后将凯氏瓶放入铝加热体的孔中，并用石棉板盖住凯氏瓶的球形部分。在瓶口插入一小漏斗，防止硒粉飞溅。在铝加热体中心的小孔中放温度计。接通电源，缓缓加热到350℃左右，保持此温度，直到溶液清澈透明、漂浮的黑色颗粒完全消失为止。遇到分解不完全的煤样时，可将0.2mm的空气干燥煤样磨细至0.1mm以下，再按上述方法消化，但必须加入铬酸酐0.2～0.5g。分解后如无黑色粒状物且呈草绿色浆状，表示消化完全。
2．将冷却后的溶液，用少量蒸馏水稀释后，移至250mL凯氏瓶中。充分洗净原凯氏瓶中的剩余物，使溶液体积为100mL。然后将盛溶液的凯氏瓶放在蒸馏装置上准备蒸馏。
3．把直形玻璃冷凝管的上端连接到凯氏球上，下端用橡皮管连上玻璃管，直接插入一个盛有20mL、3%硼酸溶液和1～2滴混合指示剂的锥形瓶中。玻璃管浸入溶液并距瓶底约2mm。
4．在250mL凯氏瓶中注入25mL混合碱溶液，然后通入蒸汽进行蒸馏，蒸馏至锥形瓶中溶液的总体积达80mL为止，此时硼酸溶液由紫色变成绿色。
5．蒸馏完毕后，拆下凯氏瓶并停止供给蒸汽。插入硼酸溶液中的玻璃管内、外用蒸馏水冲洗。洗液收入锥形瓶中，用硫酸标准溶液滴定到溶液由绿色变成微红色即为终点。由硫酸用量（校正空白）求出煤中氮的含量。
6．空白试验采用0.2g蔗糖代替煤样，试验步骤与煤样分析相同。
注：每日在煤样分析前，冷凝管须用蒸汽进行冲洗，待馏出物体积达100～200mL后，再做正式煤样。
五、分析结果的计算
空气干燥煤样的氮含量按下式计算：

式中： Nad —— 空气干燥煤样的氮含量，%；
c —— 硫酸标准溶液的浓度，mol/L；
V1 —— 硫酸标准溶液的用量，mL；
V2 —— 空白试验时硫酸标准溶液的用量，mL；
0.014 —— 氮的毫摩尔质量，g/mmol；
m —— 分析煤样的质量，g。
六、氮含量测定的精密度
氮含量测定的重复性和再现性如下表规定：
表 氮含量测定结果的重复性和再现性要求
重复性限（Nad）/%
再现性临界差（Nd）/%
0.08
0.15

煤气组成的测定
一、测定内容
1．煤气气体组成及煤气热值
2．煤气中的H2S
3．煤气中的焦油
4．煤气中的水分
5．煤气中的粉尘固体颗粒
二、常规测定法
1．方法原理
⑴用氢氧化钾吸收二氧化碳及酸性气体：
⑵用焦性没食子酸（学名邻苯三酚或1,2,3-三羟基苯）的碱性溶液吸收氧。
⑶用发烟硫酸吸收不饱和烃（CnHm），如C2H4、C6H6：
⑷用氨性氯化亚铜溶液吸收一氧化碳：
⑸甲烷和氢加氧发生爆炸燃烧反应:
2．吸收液的配制
⑴氢氧化钾溶液 30%氢氧化钾溶液。取30g化学纯的氢氧化钾溶于70mL水中。
⑵焦性没食子酸的碱性溶液 取10g焦性没食子酸溶于100mL30%氢氧化钾溶液中。焦性没食子酸的碱性吸收液在灌入吸收管后，通大气的液面上应加液体石蜡油，使其与空气隔绝。
⑶发烟硫酸溶液 三氧化硫含量为20%～30%。发烟硫酸液灌入吸入管后，通大气的透气口上应套橡皮袋，以防三氧化硫外逸。
⑷氨性氯化亚铜溶液 取27g氯化亚铜和30g氯化铵，加入100mL蒸馏水中，搅拌成浑浊液，灌入吸收管内并加入紫铜丝。其后加入浓氨水（分析纯，密度为0.88～0.99g/mL）至吸收液澄清，通大气的液面上应加液体石蜡油，使其与空气隔绝。
⑸稀硫酸溶液 浓度为10%。在100mL水中加入5.5～6.0mL浓硫酸（密度为1.84 g/mL），滴入1～2滴甲基橙指示剂显红色。
⑹封闭液 量气管的封闭液，不得吸收被测定的气体。为了进一步阻止气体溶解，在使用之前必须用待测气体饱和。一般可以使用10%硫酸作为量气管的封闭液。爆炸管的封闭液，则用二氧化碳饱和的水即可。
⑺吸收液调换 根据所分析的燃气中各组分的含量高低，及各吸收液的吸收效率，决定使用次数，部分吸收液也会因长时间放置而失效。
3．测定步骤
（1）准备工作
（2）取样
（3）进样
（4）气体组成分析
①二氧化碳分析②不饱和烃分析③氧的分析④一氧化碳分析⑤甲烷和氢的分析
4．结果计算
⑴二氧化碳含量的计算 设煤气试样的取样体积为V0，必须取准100mL（含梳形管的容积），则煤气中二氧化碳的体积分数φ（CO2）为
)=
式中 )—煤气中二氧化碳的体积分数，%；
V1—100mL样气经碱液吸收管吸尽二氧化碳后的体积读数，mL。
⑵不饱和烃含量的计算
=
式中 —煤气中不饱和烃的体积分数，%；
V2—剩余样气经发烟硫酸吸收管吸尽不饱和烃，再用30%氢氧化钾吸收三氧化硫后的体积分数，mL。
⑶氧含量的计算

式中 —煤气中氧的体积分数，%；
V3—剩余样气经焦性没食子酸碱溶液吸尽氧后的体积读数，mL。
⑷一氧化碳含量的计算
)=
式中 )—煤气中一氧化碳的体积分数，%；
V4—剩余样气经焦性没食子酸碱溶液氨性氯化亚铜吸尽一氧化碳及10%硫酸吸尽氨后的体积读数，mL
⑸甲烷和氢含量的计算
=
式中 —煤气中甲烷的体积分数，%；
V7—爆炸冷却后的气体经碱液吸尽二氧化碳后的体积读数，mL；
R—计算倍数。
设爆炸前后的气体缩减为C，即爆炸前（含加入氧）气体读数V5与爆炸后经冷却的体积读数V6之差数（mL），则C= V5－V6（mL），
故 )=
式中 —煤气中氢的体积分数，%。
⑹惰性气体（以N2计）含量的计算
=100-)---)--
式中 —煤气中惰性气体（以N2计）的体积分数，%。
三、气相色谱分析法
在煤气主要组分的气相色谱分析法中，一般使用分子筛进行分离。常温下，以H2做载气携带气样流经分子筛色谱柱。由于分子筛对O2、N2、CH4、CO等气体的吸附力不同，这些组分按吸附力由小到大的顺序分别流出色谱柱，然后进入检测器。则各组分的量分别转变为相应的电信号，并在记录纸上绘出O2、N2、CH4、CO等四个组分的色谱图，由色谱图中的各组分峰的峰高和峰面积计算组分的含量。
煤气主要组分常用的气相色谱分析流程有以下两种。
（1）并联流程
（2）串联流程

煤的水分及其测定
一、水分测定的意义
煤的水分，是很难用肉眼估量出来的。即使看起来是干煤，而实际上烟煤还含1%～2%的水分，褐煤含10%～40%的水分。
煤中水分是无用的物质，其含量越低越好。贮存时，煤中水分随空气温度而变化，使煤容易破裂，加速氧化。运输中，水分会增加运输负荷，在高寒地区冬季高水分煤会冻结，有可能因煤的冻结，胀坏煤仓和车皮，会造成装卸困难，甚至造成事故，因此，高寒地区的选煤厂冬季要对煤炭产品进行干燥处理或加防冻药剂。水分高的煤难以破碎，甚至无法破碎，影响破碎效率。炼焦时，煤中水分消耗热量，延长炼焦时间，降低了高炉的产率；高水分煤作燃料时，煤中水分的蒸发要消耗部分热量，降低了有效发热量。但在使煤成型使用时，应有适量的水分。在煤炭贸易上，水分也是一个定质和定量的主要指标。
二、煤中水分存在形式
1．煤中游离水和化合水　
煤中水分按存在形态的不同分为两类，既游离水和化合水。游离水是以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分；化合水也叫结晶水，是以化合的方式同煤中矿物质结合的水。如硫酸钙（CaSO4·2H2O）和高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O) 中的结晶水。游离水在105～110℃的温度下经过1～2h可蒸发掉，而结晶水通常要在200℃以上才能分解析出。　
煤的工业分析中只测定游离水，不测定化合水。
2．煤的外在水分和内在水分　
煤的游离水又分为外在水分和内在水分。　
外在水分，是附着在煤颗粒表面的水分。外在水分很容易在常温下蒸发，蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时即不再蒸发。
内在水分，是吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分。内在水分需在100℃以上的温度经过一定时间才能蒸发。
最高内在水分，在温度为30℃、相对湿度为96%的条件下，煤样与环境气氛达成平衡时所保持的内在水分，这时煤的内在水分达到最高值，称为最高内在水分。最高内在水分与煤的孔隙度有关，而煤的孔隙度又与煤的煤化程度有关，所以，最高内在水分含量在相当程度上能表征煤的煤化程度，尤其能更好的区分低煤化程度煤。如年轻褐煤的最高内在水分多在25%以上，少数的如云南弥勒褐煤最高内在水分达31%。最高内在水分小于2%的烟煤，几乎都是强粘性和高发热量的肥煤和主焦煤。
3．煤的全水分　
煤的全水分，是指煤中全部的游离水分，即煤中外在水分和内在水分之和。必须指出的是，实验室测定煤的全水分时所测的煤的外在水分和内在水分，与上面讲的煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分是完全不同的。实验室里所测的外在水分是指煤样在空气中并同空气湿度达到平衡时失去的水分（这时吸附在煤毛细孔中的内在水分也会相应失去一部分，其数量随当时空气湿度的降低和温度的升高而增大），这时残留在煤中的水分为内在水分。显然，实验室测定的外在水分和内在水分，除与煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分有关外，还与测定时空气的湿度和温度有关。
三、全水分的测定
煤中全水分是煤质评价的主要指标之一，是煤炭计量和计价不可缺少的依据。无论是生产部门，运输销售部门还是加工利用部门，都要进行煤炭全水分测定。
对于褐煤、烟煤和无烟煤的商品煤样、生产煤样和煤层煤样均需测定全水分。全水分是指煤样的内、外在水分的总量。测定方法分A、B、C、D四种。
方法A适用于各种煤；方法B适用于烟煤和无烟煤；方法C适用于烟煤和褐煤；方法D适用于外在水分高的烟煤和无烟煤。
1．一般要求
（1）煤样
方法A、B和C采用粒度小于6mm的煤样，煤样量不少于500g；方法D采用粒度小于13mm的煤样，煤样量约2kg。
（2）煤样的制备
全水分煤样制备过程中，粒度小于13mm的煤样破碎，必须使用专用密封式破碎机，以避免煤样制备过程中的水分损失。
粒度小于6mm煤样的制备：
①破碎设备：破碎过程中用水分无明显损失的破碎机。新国标中规定使用MP-160型密封式气流内循环破碎制备全水分煤样，但不排斥使用其它类型的与MP-160型有相同效果的密封式破碎机。
②制备方法；用九点取样法从破碎到粒度小于13mm的煤样中取出约2kg，全部放入破碎机中，一次破碎到粒度小于6mm，用二分器迅速缩分出500g煤样，装入密封容器。
（3）煤样的损失
在测定全水分之前，首先应检查装有煤样的容器的密封情况，然后将其表面擦拭干净，用工业分析天平称准到总质量的0.1%，并与容器上标签所注明的总质量进行核对。如果称出的总质量小于标签上所注明的总质量（不超过1%），并且能确定煤样在运送过程没有损失时，应将减少的质量作为煤样在运送过程中的水分损失量。并计算出该量对煤样质量的百分数，在计算煤样全水分时，应加入这项损失。
（4）煤样混合
称取煤样之前，应将密封容器中的煤样充分混合至少1min。
2．方法A(通氮干燥法)
（1）方法提要
称取一定量粒度小于6mm的煤样，在干燥氮气流中（在氮气流中进行，能有效防止年轻烟煤和褐煤在受热过程中的氧化）、于105～110℃下干燥到质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水分的含量。
（2）试剂
①氮气：纯度为99.9%以上。
②无水氯化钙：化学纯，粒状。
③变色硅胶：工业用品。
（3）仪器设备
①小空间干燥箱：箱体严密，具有较小的自由空间，有气体进、出口，每小时可换气15次以上，能保持温度在105～110℃的范围内。
②玻璃称量瓶：直径为70mm；高为35～40mm，并带有严密的磨口盖。
③干燥器：内装干燥剂（变色硅胶或未潮解的块状无水氯化钙）。
④分析天平：感量为O.OO0lg。
⑤工业天平：感量为O.lg。
⑥流量计：测量范围100～lOOOmL/min。
⑦干燥塔：容量250mL，内装干燥剂（变色硅胶）。
（4）测定步骤
用预先干燥并称重过（称准到O.Olg）的称量瓶迅速称取粒度小于6mm的煤样10～12g(称准到O.Olg)，平摊在称量瓶中。打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到105～110℃的干燥箱中。烟煤干燥1.5h，褐煤和无烟煤干燥2h后，从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖。在空气中放置约5min，然后放入干燥器中，冷却到室温(约20min)，称量（称准到O.Olg）。然后进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过O.Olg或质量有所增加为止。在后一种情况下，应采用质量增加前一次的质量作为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。
（5）结果计算
测定结果按下式计算：

式中 Mt —— 煤样的全水分，%；
m —— 煤样的质量，g：
m1 —— 煤样干燥后减轻的质量，g。
报告值要修正到小数点后一位。
如果在运送过程中煤样的质量有损失，则可按下式求出补正后的煤样全水分：

式中的M1是煤样在运送过程中的水分损失量(%)。当M1 > 1%时，表明煤样在运送途中可能受到意外损失，则不可补正。但测得的水分可作为实验室收到煤样的全水分。在报出结果时，应注明“未经补正水分损失的测定结果”，并将煤样容器的标签和密封情况一并报告。
3．方法B（空气干燥法）
（1）方法提要
称取一定量的粒度小于6mm的煤样，在空气流中，于105～llO℃下干燥到质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水分的含量。
（2）仪器设备
①干燥箱：内附鼓风机，并带有自动调温装置，温度能保持在105～110℃范围内。
②干燥器：同方法A。
③玻璃称量瓶：同方法A。
④分析天平：同方法A。
⑤工业天平：同方法A。
（3）测定步骤
用预先干燥并称量过（称准至O.Olg）的称量瓶迅速称取粒度小于6mm的煤样10～12g(称准至O.Olg)，平摊在称量瓶中。打开称量瓶盖，放入预先鼓风并已加热到105～110℃的干燥箱中。在鼓风条件下，烟煤干燥2h，无烟煤干燥3h后，从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖。在空气中冷却约5min，然后放入干燥器中，冷却至室温（约20min），称量（称准到O.Olg）。最后进行检查性干燥，方法同A法。
（4）结果计算
分析结果的计算同方法A。
4．方法C（光波干燥法）
（1）测定原理
采用热重分析方法，将远红外加热设备与称量用的电子天平结合在一起，在一定的温度下对试样自动称量，直到试样的质量变化小于规定的值（即达到恒重）或到达规定的加热次数（时间），根据试样的质量损失计算出水分。
（2）光波干燥法的特点
①光波加热法的能量转换过程，是在被加热物体内部和表面同时进行。因此，受热均匀，水分蒸发速度快。
②具有微波、光波两种加热方法，采用加热效率极高的光波管
代替红外管，且增加了快速法（微波和光波先后加热），大大缩短了试验时间。微波：20min，光波：40min
③在同一电场作用下，不同介质的分子极化程度不尽相同，水分子比其它分子易极化，因此，容易受热变成蒸气放出。
④光波干燥法不适合无烟煤和焦炭等导电性较强的试样。
（3）方法提要
称取一定量粒度小于6mm的煤样，置于光波水分测定仪内。煤中水分子在光波发生器的交变电场作用下，高速振动产生摩擦热，使水分迅速蒸发。根据煤样干燥后的质量损失计算全水分。
（4）仪器设备
（5）测定步骤
按光波干燥水分测定仪说明书进行准备和状态调节。称取粒度小于6mm的煤样10～12g(称准到O.Olg)，置于预先干燥并称量过的称量瓶中，摊平。打开称量瓶盖，放入测定仪的旋转盘的规定区内。关上门，接通电源，仪器按预先设定的程序工作，直到工作程序结束。打开门，取出称量瓶，盖上盖，立即放入干燥器中，冷却到室温，然后称量（称准到O.Olg）。如果仪器有自动称量装置，则不必取出称量。
（6）结果计算
按方法A的公式计算煤中全水分的百分含量，或从仪器显示器上直接读取全水分的含量。
5．方法D 此法分为空气干燥法的一步法和二步法。
（1）方法提要
一步法：称取一定量的粒度小于13mm的煤样，在空气流中、于105～110℃下干燥到质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出全水分的含量。
两步法：将粒度小于13mm的煤样，在温度不高于50℃的环境下干燥，测定外在水分；再将煤样破碎到粒度小于6mm，在105～110℃下测定内在水分，然后计算出全水分含量。
（2）仪器设备
①浅盘：由镀锌薄铁皮或铝板等耐腐蚀又耐热的材料制成，其规格应能容纳500g煤样，其单位面积负荷不超过lg/cm2，盘的质量应小于500g。
②其余仪器设备同方法A。
（3）测定步骤
一步法：用已知质量的干燥、清洁的浅盘称取煤样500g(称准到0.5g)，并均匀地摊平，然后将煤样放入预先鼓风并加热到105～110℃的干燥箱中，茌不断鼓风的条件下，烟煤干燥2h，无烟煤干燥3h。将浅盘取出，趁热称量（称准到0.5g）。然后进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.5g或质量有所增加为止。在后一种情况下，应采用质量增加前一次的质量作为计算依据。结果计算同方法A公式。
两步法：准确称量全部粒度小于13mm煤样（称准到0.01%），平摊在浅盘中，在温度不高于50℃的环境下干燥到质量恒定（连续干燥1h，质量变化不大于0.5g），称量（称准至0.1g）。将煤样破碎到粒度小于6mm，在105～110℃下测定内在水分，然后按下式计算出全水分百分含量。

式中 Mt —— 煤样的全水分，%；
Mf —— 煤样的外在水分，%；
Minh —— 煤样的内在水分，%。
四、空气干燥煤样水分的测定
空气干燥煤样水分又叫空气干燥基水分，有三种测定方法，其中方法A和方法B适用于所有煤种；方法C仅适用于烟煤和无烟煤。在仲裁分析中遇到空气干燥煤样水分进行基的换算时，应用方法A测定空气干燥煤样的水分。
1．方法A(通氮干燥法)
（1）方法提要
称取一定量的空气干燥煤样，置于105～llO℃干燥箱中，在干燥氮气流中干燥到质量恒定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的百分含量。
（2）试剂
①氮气：纯度为99.9%。
②无水氯化钙：化学纯，粒状。
③变色硅胶：工业用品。
（3）仪器设备
①通氮干燥箱：箱体严密，只有传统烘箱的1/4的体积；控温精度更高、升温速度更快、保温性能更好、更节能，节能效率提高了25%；具有漏电和超温保护装置；有温度检测用端子接口；有自动开关通风口；
②玻璃称量瓶：直径为40mm，高为25mm，并带有严密的磨口盖。
③干燥器：内装干燥剂（变色硅胶或未潮解的块状无水氯化钙）。
④分析天平：感量为O.OOOlg。
⑤流量计：测量范围100～lOOOmL/min。
⑥干燥塔；容量250mL，内装干燥剂（变色硅胶）。
（4）分析步骤
用预先干燥和称量过（精确到0.0002g）的称量瓶称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样(1±0.1)g，精确到0.0002g，平摊在称量瓶中。打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到105～110℃的干燥箱中。烟煤干燥1.5h，褐煤和无烟煤干燥2h后，从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中，冷却到室温（约20min），称量(称准到0.0002g)。然后进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过O.OOlg或质量有所增加为止。在后一种情况下，应采用质量增加前一次的质量作为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。
（5）分析结果的计算
空气干燥煤样水分按下式计算：

式中 Mad —— 空气干燥煤样水分，%；
m —— 煤样的质量，g；
m1 —— 煤样干燥后减轻的质量，g。
2．方法B（甲苯蒸馏法）
（1）方法提要
称取一定质量的空气干燥煤样于圆底烧瓶中，加入甲苯共同煮沸。分馏出的液体收集在水分测定管中并分层，量出水的体积( mL)。以水的质量占煤样质量的百分数作为水分含量。
（2）分析步骤
称取25g、粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样，精确至O.OO0lg，移入干燥的圆底烧瓶中，加入约80mL甲苯。为防止喷溅，可放适量碎玻璃片或小玻璃球。安置好蒸馏装置。在冷凝管中通入冷却水。加热蒸馏瓶至内容物达到沸腾状态。控制加热温度使在冷凝管口滴下的液滴数约为每秒2～4滴。连续加热，直到馏出液清澈并在5min内不再有细小水泡出现时为止。取下水分测定管，冷却至室温，读数并记下水的体积(mL)，并按校正后的体积由回收曲线上查出煤样中水的实际体积V。
回收曲线的绘制：用微量滴定管准确量取0、1mL、2mL、3mL、...、10mL蒸馏水，分别放入水分测定仪中，每瓶各加入80mL甲苯，然后按上述步骤进行蒸馏。根据水的加入量和实际蒸出的体积绘制回收曲线。更换试剂时，需重新作回收曲线。
3．方法C（空气干燥法）
（1）方法提要
称取一定量的空气干燥煤样，置于105～110℃干燥箱中，在空气流中干燥到质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水分的百分含量。
（2）仪器设备
仪器设备同方法A。
（3）分析步骤
用预先干燥并称量过（精确至0.0002g）的称量瓶称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样(1±0.1)g（精确至0.0002g），平摊在称量瓶中。打开称量瓶盖，放入预先鼓风并已加热到105～110℃的干燥箱中。在鼓风条件下，烟煤干燥1h，无烟煤干燥1～1.5h后，从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中，冷却至室温（约20min），称量（称准到O.OOlg）。最后进行检查性干燥，方法同A法。
（4）结果计算
分析结果的计算同方法A公式。
4．快速测定法
本方法不适用于仲裁分析。
用预先烘干和称出质量（称准到0.0002g）的称量瓶称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样(1±0.1)g（称准到0.0002g），打开称量瓶放入预先鼓风（是为了使温度均匀，将称好装有煤样的称量瓶放入干燥箱前，开始3～5min鼓风。）并加热到150～160℃的烘箱内，在(145±5)℃的温度下，一直鼓风并干燥10min，然后从干燥箱中取出称量瓶，并立即盖好。在空气中冷却2～3min后，放入干燥器内冷却到室温(约20min)，称量。煤样减轻的质量占煤样原质量的百分数，即为分析试样的水分（Mad）。
本法所用的仪器，结果计算参照方法A。
5．水分测定的精密度
水分测定结果的重复性要求见下规定：
表 水分测定结果的重复性要求
水分（Mad）/%
重复性限/%
<5.00
5.00～10.00
>10.00
0.20
0.30
0.40

煤的灰分及其测定
一、灰分测定的意义
灰分是降低煤炭质量的物质，在煤炭加工利用的各方面都带来有害的影响，因此测定煤的灰分对于正确评价煤的质量和加工利用等都有重要意义。 
1．灰分是表征煤炭质量的最主要指标，是考核煤矿和选煤厂煤炭产品质量的主要指标之一；商品煤灰分是煤矿、选煤厂和用（户）煤单位结算的依据；灰分也是现阶段我国制定煤炭出厂价格的基本依据。
2．煤用作动力燃料时，灰分增加，煤中可燃物质含量相对减少。矿物质燃烧灰化时要吸收热量，大量排渣要带走热量，因而降低了煤的发热量；灰分影响锅炉操作（如易结渣、熄火），加剧了设备磨损，增加排渣量。煤用于炼焦时，灰分增加，焦炭灰分也随之增加，从而降低了高炉的利用系数。
3．煤的灰分大小，直接影响着煤作为工业原料和能源使用时的作用。如炼焦、气化、加氢液化以及制造石墨电极等都要求煤的灰分在一定限度以下，否则将影响这些工业的生产和产品质量。在工业利用上，灰分小于10%称为特低灰煤，灰分在10%～15%称为低灰煤，灰分在15%～25%称为中灰煤，灰分在25%~40%称为富灰煤，灰分大于40%为高灰煤。
灰分对煤而言，虽然是“废料”，如何变废为宝，各地都有很多成功的经验。如用煤灰制造硅酸盐水泥，矿渣支架、矿渣砖等。煤灰还可以改良土壤，此外，从煤灰中可提炼锗、镓、钠、钒等重要元素，为国防工业和其它工业提供原料。

二、灰分来源
煤中的灰分不是煤的固有成分，而是煤中所有可燃物质完全燃烧以及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。灰分常称为灰分产率。  
煤中矿物质分为内在矿物质和外在矿物质。内在矿物质，又分为原生矿物质和次生矿物质。
1．原生矿物质，是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过1～2%；
2．次生矿物质，是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。次生矿物质的含量一般也不高，但变化较大。
内在矿物质所形成的灰分叫内在灰分，内在灰分只能用化学的方法才能将其从煤中分离出去。
3．外来矿物质，是在采煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。外在矿物质形成的灰分叫外在灰分，外在灰分可用洗选的方法将其从煤中分离出去。
三、灰分的测定
灰分测定分为缓慢灰化法和快速灰化法。快速灰化法对某一矿区的煤，须经过缓慢灰化法反复核对，证明其误差不大时才可使用。快速法不作仲裁分析用。
方法要点：称取一定质量的空气干燥煤样，放入箱形电炉内，以一定的速度加热到( 815±10)℃，煤样在此条件下灼热到恒重，并冷却至室温后称重，以残留物质量占煤样原质量的百分数作为灰分产率。
1．仪器设备
测定方法需用下列仪器设备：
（1）箱形电炉：带有调温装置，能保持( 815±10)℃，炉膛应具有相应的恒温区，附有热电偶和高温表，炉子后壁上部具有直径25～30mm的烟囱，下部具有插入热电偶的小孔，小孔的位置应使热电偶的热接点在炉膛内能保持距炉底20～30mm的位置，炉门上应有一通气孔，直径约20mm。
（2）灰皿：长方形灰皿的底面为长45mm，宽22mm，高为14mm。
（3）干燥器：内装干燥剂（变色硅胶或块状无水氯化钙）。
（4）分析天平：精确到0.0001g。
（5）耐热板：瓷板或石棉板，宽度略小于炉膛，其规格与炉膛相适应。
2．测定方法
（1）缓慢灰化法（仲裁法）
①用预先灼烧至质量恒定并称出质量（称准到0.0002g）的灰皿，称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样(1±0.1)g（称准到0.0002g）。煤样在灰皿中要铺平，使其每平方厘米不超过0.15g。将灰皿送入温度不超过100℃的箱形电炉中，在自然通风和炉门留有15mm左右缝隙的条件下，用少于30min的时间内将炉温缓慢升温至约500℃，并在此温度下保持30min后，继续升至(815±10)℃，然后关上炉门并在此温度下灼烧1h。灰化结束后从炉中取出灰皿放在石棉板上盖上灰皿盖，在空气中冷却5min。然后移入干燥器中冷却至室温（约20min），称量。
②最后进行检查性灼烧，每次20min，直到质量变化小于O.OOlg为止，采用最后一次测定的质量作为计算依据，灰分小于15%时不进行检查性灼烧。
（2）快速灰化法
快速灰化法可作为日常分析用，但必须用缓慢法对本厂的煤反复核对后，才能使用快速灰化法测定煤中灰分。
方法提要：将装有煤样的灰皿由炉外逐渐送入预先加热至( 815±10)℃的马弗炉中，灰化并灼烧至质量恒定。以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。
测定步骤如下：
①用预先灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样(1±0.1)g，精确至0.0002g，均匀地摊平在灰皿中，使其每平方厘米的质量不超过0.15g。将盛有煤样的灰皿预先分排放在耐热瓷板或石棉板上。
②将马弗炉加热到(815±10)℃，打开炉门，将放有灰皿的耐热瓷板或石棉板缓慢地推入马弗炉中，先使第一排灰皿中的煤样灰化。待5～lOmin后，煤样不再冒烟时，以不大于2cm/min的速度把二、三、四排灰皿顺序推进炉内炽热部分（若煤样着火发生爆燃，试验应作废）。
③关闭炉门，使其在(815±10)℃的温度下灼烧40min，然后从炉中取出灰皿，先放在空气中冷却5min，再移入干燥器中冷却到室温（约20min）后称量。
④最后再进行每次为20min的检查性灼烧，直到质量变化小于O.OOlg为止。采用最后一次灼烧后的质量作为计算依据。如遇检查灼烧时结果不稳定，应改用缓慢灰化法重新测定。灰分小于15%时不必进行检查性灼烧。
3．分析结果的计算
空气干燥煤样的灰分按下式计算：

式中 Aad —— 空气干燥煤样的灰分产率，%；
m1 —— 恒重后的残留物的质量，g，
m —— 空气干燥煤样的质量，g。
4．灰分测定的精密度
灰分测定结果的重复性和再现性要求见下表规定：
表 灰分测定结果的重复性和再现性要求
灰分（Aad）/%
重复性限/%
再现性临界差/%
<15.00
15.00～30.00
>30.00
0.20
0.30
0.50
0.30
0.50
0.70
5．测定灰分的注意事项
（1）煤中矿物质的变化
煤中矿物质在燃烧时许多组分都发生了化学变化，其反应方程式如下：
①当温度在400℃左右时：

即煤中的硫酸盐和硅酸盐发生脱水反应，失去结晶水。
②当温度在500℃左右时：

即煤中的碳酸盐在温度高于500℃时，则发生分解反应，生成氧化物和二氧化碳。
③当温度在600℃左右时：

即在400～600℃时，由于空气中氧的作用，发生了氧化反应。为使反应完全，一般让煤样在500℃保温一段时间，使煤中的黄铁矿硫和有机硫被完全氧化。
④当温度高于700℃时：
当温度高于700℃时，煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发生分解，待温度达到800℃时分解反应基本完成。因此，煤的灰分测定温度规定为（815±10）℃。
（2）箱形电炉设烟囱的作用
试验结果表明，在不装烟囱的箱式电炉中测定灰分，由于通风不好，生成的二氧化硫不易排出，一部分会被灰中的碱性氧化物——氧化钙等吸收固定，以致灰分测定值偏高，同时也使煤灰的组成成分发生变化。因此箱式电炉后面应设一个烟囱，以保证炉内通风良好。
（3）测定灰分的温度条件
煤样用半小时从100℃升至500℃，在500℃停留30min，再将温度升到(815±10)℃灼烧，这样分段升温的目的是：
①从100℃升到500℃的时间控制为半小时，以使煤样在炉内缓慢灰化，防止爆燃，否则部分挥发性物质急速逸出将矿物质带走会使灰分测定结果偏低。
②在500℃停留30min，是使煤样燃烧时产生的二氧化硫在碳酸盐（主要是碳酸钙）分解前（碳酸钙在500℃以上才开始分解）能全部逸出，否则会同碳酸钙的分解产物氧化钙生成难分解的硫酸钙，使煤中硫分固定在煤层中。这样既增加煤灰中的含硫量，又增高煤的灰分。
③最终灼烧温度之所以定为(815±10)℃，是因为在此温度下，煤中碳酸盐分解结束而硫酸盐尚未分解。一般纯硫酸盐在1150℃以上才开始分解，但如与硅、铁共存，实际到850℃即开始分解。

煤的热稳定性测定
一、煤的热稳定性测定的意义
煤的热稳定性是指煤在高温燃烧或气化过程中对热的稳定程度，也就是煤块在高温作用下保持其原来粒度的性质。热稳定性好的煤在燃烧或气化过程中能以其原来的粒度燃烧或气化而不碎成小块或破碎较少；热稳定性差的煤在燃烧或气化过程中迅速破成小块，甚至成为煤粉。
要求使用块煤作燃料或原料的工业锅炉或煤气发生炉，如果使用热稳定性差的煤，将导致带出物增多、炉内粒度分布不均匀而增加炉内流体阻力，严重时甚至形成风洞而导致结渣，从而使整个气化或燃烧过程不能正常进行，不仅造成操作困难，而且还会降低燃烧或气化效率。因此，煤的热稳定性是生产、设计及科研单位确定气化工艺技术经济指标的重要依据之一。
二、煤的热稳定性分级
煤的热稳定性按下表进行分级。
表 煤的热稳定性分级
序号
级别名称
代号
热稳定性范围(TS+6),%
　1
低热稳定性煤
LTS
≤40
　2
较低热稳定性煤
RLTS
>40～50
　3
中等热稳定性煤
MTS
>50～60
　4
较高热稳定性煤
RHTS
>60～70
　5
高热稳定性煤
HTS
>70
三、煤的热稳定性测定
1．方法提要
量取6～13mm粒度的煤样约500cm3，称量并装入5个1