석탄분석

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석탄 분석 기법은 석탄의 특정한 물리적, 화학적 특성을 측정하기 위해 고안된 특정한 분석 방법이다.이러한 방법은 주로 코킹, 발전 또는 철광석 제련에 대한 석탄의 적합성을 결정하는 데 사용된다.

석탄의 화학적 특성

석탄은 리그나이트 또는 갈색 석탄, 유연탄 또는 흑탄, 무연탄, 흑연의 네 가지 종류 또는 등급으로 나온다.각 유형의 석탄은 대부분 수분, 휘발성 함량(알리파틱 또는 방향족 탄화수소 측면에서) 및 탄소 함량에 의해 제어되는 특정 물리적 매개변수 집합을 가지고 있다.

수분

모든 석탄은 채굴되어 있기 때문에 습기는 석탄의 중요한 특성이다.지하수와 다른 외부 습기는 우발적 습기로 알려져 있고 쉽게 증발된다.석탄 그 자체 내에 있는 습기를 고유 수분이라고 하며 정량적으로 분석한다.습기는 석탄 내에서 네 가지 형태로 발생할 수 있다.

• 표면 수분: 석탄 입자나 마커의 표면에 고정된 물
• 흡습수분 : 석탄 미세골조 내의 모세관 작용에 의해 유지되는 물
• 분해 수분: 석탄의 분해된 유기 화합물 내에 있는 물
• 미네랄 수분: 클라이와 같은 수성 규산염의 결정 구조의 일부를 구성하는 물

총 수분은 분석 후 처리되지 않은 샘플과 샘플 사이의 질량 손실에 의해 분석된다.이는 다음 방법 중 하나에 의해 달성된다.

1. 톨루엔으로 석탄 가열
2. 최소 자유 공간 오븐에서 질소 대기 중 150°C(302°F)에서 건조
3. 100~105°C(212~221°F)에서 공기 중 건조 및 상대적 질량 손실 결정

방법 1과 방법 2는 낮은 등급의 석탄에 적합하지만, 방법 3은 낮은 등급의 석탄이 산화를 촉진할 수 있기 때문에 높은 등급의 석탄에만 적합하다.본질적인 습기는 진공상태에서 분석될 수 있지만 유사하게 분석된다.

휘발성 물질

석탄 속의 휘발성 물질은 습기를 제외한 석탄의 성분을 말하며, 공기가 없을 때 고온에서 방출된다.이것은 보통 짧은 사슬과 긴 사슬의 탄화수소, 방향족 탄화수소와 약간의 유황의 혼합물이다.휘발성 물질은 활성탄의 흡착 응용도 평가한다.석탄의 휘발성 물질은 엄격하게 통제된 기준에 따라 결정된다.호주와 영국의 실험실에서 이것은 석탄 샘플을 7분 동안 900 ± 5°C(1650 ± 10°F)로 가열하는 것을 포함한다.또한 석탄의 등급이 증가함에 따라 휘발성 물질은 감소한다(AMK).

재

석탄의 회분 함량은 석탄이 탄 후 남은 불연성 잔류물이다.이는 연소 중에 탄소, 산소, 황 및 물(클레이에서 추출한 것 포함)이 배출된 후의 대량 광물을 나타낸다.석탄이 완전히 연소되고 재 물질이 원래 무게의 백분율로 표현되는 등 분석은 상당히 간단하다.그것은 또한 석탄의 품질에 대한 지표를 줄 수 있다.애쉬 함량은 공기 건조 기준과 오븐 건조 기준으로 결정할 수 있다.둘의 주요 차이점은 후자가 석탄 샘플의 수분 함량을 배출한 후에 결정된다는 것이다.

고정탄소

석탄의 고정 탄소 함량은 휘발성 물질이 배출된 후 남아 있는 물질에서 발견되는 탄소다.이것은 탄화수소와 휘발성 탄소의 일부 탄소가 손실되기 때문에 석탄의 궁극적인 탄소 함량과는 다르다.고정 탄소는 석탄 표본에서 산출될 코크스 양의 추정치로 사용된다.고정 탄소는 변동성 시험에 의해 결정된 휘발성 물질 질량을 석탄 시료의 원래 질량에서 제거하여 결정한다.

물리적 및 기계적 특성

상대밀도

석탄의 상대적 밀도나 비중은 석탄의 등급과 광물 불순물의 정도에 따라 달라진다.각 석탄 플레이의 밀도에 대한 지식은 복합 재료와 혼합물의 성질을 결정하는데 필요하다.석탄 심의 밀도는 자원의 매장량 전환을 위해 필요하다.

상대 밀도는 일반적으로 물에서 표본의 무게의 손실에 의해 결정된다.이것은 미세하게 갈린 석탄을 사용하는 것이 가장 좋다. 대량 샘플은 다공성이기 때문이다.그러나 내부 석탄톤을 결정하기 위해서는 특정 중력을 측정할 때 빈 공간을 보존하는 것이 중요하다.

입자 크기 분포

제분된 석탄의 입자 크기 분포는 부분적으로 그것의 침식을 결정하는 석탄의 등급과 그것이 거쳐온 취급, 분쇄, 제분 등에 달려있다.일반적으로 석탄은 용해로 및 일정한 크기의 코킹오븐에 사용되므로 석탄의 압착성을 결정하고 그 행동을 계량화해야 한다.석탄을 채굴하기 전에 이러한 데이터를 알아야 운반 및 사용에 적합한 파쇄 기계를 설계할 수 있다.

플로트싱크 테스트

탄광과 입자는 유리함량, 등급, 회분 값/미네랄 함량 및 다공성에 의해 결정되는 상대 밀도가 다르다.석탄은 보통 밀도가 알려진 액체가 담긴 욕조 위로 그것을 통과시켜 씻는다.이것은 고ash 값 입자를 제거하고 석탄의 판매 가능성과 단위 부피당 에너지 함량을 증가시킨다.따라서 석탄은 최소 작업과 함께 최대 회분 값을 제거하는데 필요한 세척액 밀도, 세척을 위한 최적 입자 크기를 결정하는 부유식 시험을 받아야 한다.

플로트-싱크 시험은 금속 광석의 야금 시험과 유사한 공정에서 분쇄 및 분쇄 석탄에 대해 달성된다.

마모 시험

마멸은 석탄의 성질과 기계 마모 및 자율 연삭을 거치는 능력을 말한다.석탄 속의 탄소질 물질은 비교적 부드럽지만, 석영과 석탄의 다른 광물 성분들은 상당히 연마성이 있다.이것은 알려진 질량의 날개 4개를 포함하는 보정된 밀에서 시험한다.석탄은 1분당 1,500바퀴의 속도로 1만 2천 바퀴를 돌면서 방앗간에서 동요하고 있다.(I.E 1500 회전 8분)마모 지수는 4개의 금속 날개의 질량 손실을 측정하여 결정한다.

특수 연소 시험

특정 에너지

석탄의 취급 및 오염물질 프로필을 결정하기 위한 물리적 또는 화학적 분석과는 별도로, 석탄의 에너지 출력은 완전 연소 중 석탄의 특정 에너지 출력을 측정하는 폭탄 칼로리계를 사용하여 결정된다.이것은 특히 증기 발생에 사용되는 석탄에 필요하다.

애쉬융접시험

고온에서 석탄의 회분 잔여물의 거동은 증기발전을 위한 석탄의 선택에 있어 중요한 요인이다.대부분의 용광로는 분말 잔류물로 재를 제거하도록 설계되어 있다.클링커라고 알려진 단단한 유리 슬래그에 재를 융합한 석탄은 보통 세척이 필요하기 때문에 용해로에서 만족스럽지 못하다.그러나 용해로는 일반적으로 용해된 액체로 제거하여 클링커를 처리할 수 있도록 설계할 수 있다.

화산재 융해 온도는 고온의 용해로에서 관찰 창을 통해 석탄재의 몰딩된 시료를 보고 결정한다.원뿔, 피라미드 또는 입방체의 형태로 재는 1000 °C를 지나 최대한 높은 온도로 꾸준히 가열되며, 가급적 1,600 °C(2,910 °F)를 선호한다.다음과 같은 온도를 기록한다.

• 변형 온도:이것은 주형의 모서리가 먼저 둥글게 될 때 도달한다.
• 연화(Sphere) 온도:이것은 주형의 윗부분이 구형 형태를 띠면 도달한다.
• 반구 온도:이것은 전체 주형이 반구 형태를 취할 때 도달한다.
• 유량(유체) 온도:용해된 재가 용광로 바닥의 납작한 단추로 무너질 때 도달한다.

도가니 붓기 지수(자유 붓기 지수)

석탄이 코카콜라 생산에 적합한지를 평가하는 가장 간단한 테스트는 프리 붓기 지수 테스트다.여기에는 작은 표본의 석탄을 표준화된 도가니에서 섭씨 800도(1500°F) 정도로 가열하는 것이 포함된다.
지정된 시간 동안 가열한 후 또는 모든 휘발성 물질이 배출될 때까지 작은 콜라 버튼이 도가니에 남아 있다.이 코크스 버튼의 단면 프로필과 표준화된 프로필 세트가 자유 붓기 지수를 결정한다.

등급별 석탄 분류

몇몇 국제 표준은 석탄의 등급을 등급별로 분류하는데, 여기서 등급이 높아지는 것은 탄소 함량이 높은 석탄에 해당한다.석탄의 등급은 힐트의 법칙에 기술된 지질학적 역사와 상관관계가 있다.

ASTM 시스템에서 69% 이상의 고정 탄소를 가진 석탄은 탄소 및 휘발성 탄소의 함량으로 분류된다.고정탄소가 69% 미만인 석탄은 가열값으로 분류된다.휘발성 물질과 탄소는 건조한 미네랄 프리 베이스 위에 있다. 가열 값은 채굴된 수분 함량을 기준으로 하지만 여분의 물이 없다.

ISO에는 또한 석탄 랭킹 시스템이 있지만, 그 세분화는 ASTM 표준에 부합하지 않는다.

ASTM 석탄 분류^[1]

클래스	그룹	고정 탄소 % 건조, 미네랄 프리	휘발성 물질 % 건조, 미네랄 프리	가열값 MJ/kg 촉촉한 미네랄 프리
무연탄산염	메타 무연탄	>98	< 2
	무연탄산염	92–98	2–8
	세미 무연탄	86–92	8–14
페미닌	낮은 휘발성	78–86	14–22
	중간 휘발성	69–78	22–31
	고휘발성 A	<69	>31	>32.6
	고휘발성 B			30.2–32.6
	고휘발성 C			26.7–30.2
아비비티닌	부비양성A			24.4–26.7
	아비큐멘티브 B			22.1–24.4
	부비양성 C			19.3–22.1
리그나이트	리그나이트 A			14.7–19.3
	리그나이트 B			<14.7

참조

석탄 분석 방법 블랙웰 사이언티픽 프레스, 1984.

외부 링크

• 석탄 준비(저널)