煤的水分是評價煤炭經(jīng)濟價值最基本的指標。因為煤中水分含量越多,煤的無用成分也就越多。同時,煤中有大量水分時,不僅煤的有用成分減少,而且大量水分在煤燃燒時,還要吸收大量的熱成為水蒸氣蒸發(fā)掉。所以煤的水分越低越好。但煤中水分特別是內(nèi)在水分與煤的煤化程度有關(guān):年輕煤內(nèi)在水分最大,強黏結(jié)性煤內(nèi)在水分最小,向年老煤過渡時內(nèi)在水分又有所增加。外在水分與外界氣候等多種因素有關(guān)。所以,煤的全水分既與煤的煤化程度有關(guān),又與外界天氣等各種因素有關(guān)。

煤中水分的存在形式,可根據(jù)其結(jié)合狀態(tài)的不同而分為游離水和化合水兩大類。游離水是以物理狀態(tài)(如附著、吸附等形式)同煤結(jié)合;化合水是以化合方式同煤中的礦物質(zhì)結(jié)合,即通常所說的結(jié)晶水和結(jié)合水,如硫酸鈣中的結(jié)晶水和高嶺土中的結(jié)合水。煤中的游離水,在105~110℃的溫度下放置1~2h后一般即可全部蒸發(fā)掉。這是因為煤中游離水幾乎玩荃是以吸附狀態(tài)存在于煤的表面的緣故,而結(jié)晶水通常要在200℃以上才能分解析出。但煤中含量很少的硫酸鈣二水化合物失水溫度僅為163℃,而高嶺土組分中的結(jié)合水的分解失水溫度高達560℃。

根據(jù)水分存在的不同賦存狀態(tài),煤中的水分又可分為內(nèi)在水分和外在水分兩種。吸附或凝聚在煤粒內(nèi)部毛細孔中的水,稱為內(nèi)在水分;附著在煤粒表面上的水,稱為外在水分。由于毛細孔吸附力的作用,內(nèi)在水分比外在水分較難蒸發(fā)。如外在水分在45~50℃的溫度下放置一定時間后即能蒸發(fā)掉,而內(nèi)在水分需要100℃以上的溫度經(jīng)過一定時間后才能蒸發(fā)。

煤粒內(nèi)部毛細孔吸附的水分達到飽和狀態(tài)時,內(nèi)在水分達到最高值,這種水分稱為煤的最高內(nèi)在水分。由于煤的孔隙率與其煤化程度有一定的變化規(guī)律,所以煤的最高內(nèi)在水分基本上反映了煤化程度、黏結(jié)性和發(fā)熱量等煤質(zhì)特征。如年輕褐煤的最高內(nèi)在水分多在30%以上,而最高內(nèi)在水分含量小于1%的煙煤,幾乎都是強黏結(jié)性和高發(fā)熱量的肥煤和主焦煤。用最高內(nèi)在水分來區(qū)別各種年輕煤最為適宜。

煤中水分結(jié)合狀態(tài)分析-低場核磁共振技術(shù)

水中所含有的1-H原子核磁矩不為零,在外加磁場下會產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象,因此理論上可以使用NMR方法對煤中水分進行實驗研究.煤中水分分布于微孔、中孔、大孔以及煤樣表面,不同位置的水受到不同程度的束縛作用,不同的束縛程度在核磁共振信號里表現(xiàn)為不同的橫向弛豫時間T2,受束縛程度越大,T2越短.通過測量煤樣中水分的核磁共振信號得到衰減圖樣,然后反演得到T2分布曲線,可獲得不同煤樣中的水分變化規(guī)律以及不同溫度水熱反應處理后錫林格勒盟褐煤中的水分變化規(guī)律。

橫向弛豫時間T2反映了樣品內(nèi)部氫質(zhì)子所處的化學環(huán)境,與氫質(zhì)子所受的束縛力及自由度有關(guān),而氫質(zhì)子的束縛程度與樣品的物理、化學結(jié)構(gòu)有密不可分的關(guān)系.氫質(zhì)子受束縛越大或自由度越小,T2越短,在T2譜上峰位置較靠左;反之則T2越長,在T2譜上峰位置較靠右。煤分子中所含的氫(不包括水中的氫)原子因直接與碳鏈或者苯環(huán)相連,自由度很小,T2很短,低于該儀器所能檢測T2的最小值.水中所含的氫原子自由度較大,弛豫時間長,能夠被儀器檢測.可以認為該儀器檢測出的T2分布是煤中所含水里面氫原子的T2分布。