第三节 煤的固态胶体性质
一、煤的润湿性及润湿热
1．煤的润湿性
煤的润湿性是煤吸附液体的一种能力。当煤与液体接触时，如果固体煤的分子与液体分子的作用力大于液体分子间的作用力，则固体煤可以被液体润湿，煤的表面黏附该液体；反之，则固体煤不能被润湿。可以用润湿程度表示它们之间的关系。通常用液体的表面张力和固体表面之间的夹角（接触角）来判断液体对固体的润湿程度（见图2-13）。若θ<90°，则固体是亲液的，即液体可以润湿固体，其接触角越小，润湿性越好；若θ>90°，则固体是憎液的，即液体不润湿固体，容易在其表面上移动，不能进入毛细孔。
图2-13 液体和固体间的润湿情况
通过测定接触角可确定液体对煤润湿程度的大小，测定方法主要有粉末法、做板法、液滴法等，对粉煤无法测定其接触角时，可将粉煤加压成型块再进行测定。
测定煤的接触角，通常分别用水和苯作为液体介质来反映煤的亲水性和亲油性。煤的液体接触角的大小与煤化程度和液体的种类有关，如图2-14所示。从图中可以看出，随着煤化程度的加深，对于氮-水系统，cosθ呈减小趋势，即θ是增大的，所以煤对水的润湿性是下降的。与此相反，对于氮-苯系统，cosθ呈增加趋势，所以随煤化程度的提高，煤对苯的润湿性是增加的。通常，年轻煤对水介质的亲和性较强，中等以上煤化程度的煤对水的亲和性较差。
图2-14 煤的液体接触角与煤化程度的关系
2．煤的润湿热
当煤被液体润湿时放出热量，称为煤的润湿热，单位为J/g。煤的润湿热通常用量热计直接测定。它的大小与液体种类和煤的表面积有关。润湿热的产生实际上是液体在煤的孔隙内表面上发生吸附作用的结果。吸附作用越强，比表面积越大，润湿热就越高。由于甲醇对煤的润湿能力强，作用快，作为润湿剂能在几分钟内全部释放出润湿热。
甲醇润湿热与煤化度大致呈抛物线的关系，低煤化度的润湿热很高，但随着w（C）增加而急剧下降，在w（C）接近90％时润湿热达到最低点，以后又逐渐回升。根据润湿热的测定值可以粗略确定煤的内表面积，但是由于导致热量释放的原因除表面润湿外还有一些其他因素，所以用润湿热计算表面积不太准确，尤其对很年轻的煤误差更大。
二、煤的表面积
煤的表面积包括外表面积和内表面积两部分，但外表面积所占比例极小，主要是内表面积。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），一般以比表面积（m2/g）表示，即单位质量的煤所具有的总表面积。煤的表面积大小与煤的微观结构和化学稳定性有密切关系，是重要的物理指标之一。
煤的比表面积测定方法有多种，如润湿热法、BET．法、孔体积法（PD法）和气相色谱法。煤的比表面积随着煤化程度的变化具有一定的变化规律。煤化程度低的煤和煤化程度高的煤其比表面积大，而中等煤化程度的煤，比表面积小，反映了煤化过程中，分子空间结构的变化。
三、孔隙率和孔径分布
1．煤的孔隙率
煤是一种固态胶体物质，煤粒内部存在许多毛细管和一定的孔隙，孔隙体积占煤的总体积之比称为孔隙率，也可用单位质量煤包含的孔隙体积（cm3/g）表示。因为氦分子能充满煤的全部孔隙，而汞（水银）在不加压的条件下完全不能进入煤的孔隙，所以由式（2-11）可求出煤的孔隙率，即
式中 d氦——用氦测定的煤的密度，g/cm3；
d汞——用汞测定的煤的密度，g/cm3。
也可以用真密度和视密度来计算煤的孔隙率
孔隙率与煤化程度之间呈一定的变化规律，其关系如图2-15所示，曲线形状是两边高、中间低。煤化程度较高和煤化程度较低的煤孔隙率高，而中煤化程度的煤在碳含量为89％附近，煤孔隙率出现最低值，这是由于煤化程度的增加，煤在变质作用下结构渐趋紧密，孔隙率下降。但煤化程度再增高，煤的紧密程度增加产生体积收缩而裂隙增加，导致孔隙率又有所增加。影响孔隙率的因素很多，除煤化程度外，还受成煤条件、煤岩显微结构等因素的影响，所以同一含碳量，特别是年轻煤其孔隙率有一个相当大的波动范围。
图2-15 孔隙率与煤化程度的关系
2．孔径分布
煤的孔径大小并不是均一的，按霍多特分级有：微孔，其直径小于100nm；过渡孔，孔径为100～1000nm；中孔，孔径为1000～10000nm；大孔，孔径大于10000nm。孔径分布可用压汞法、氮气等温（-196℃）吸附等方法来测定。
不同煤化程度煤的孔隙体积分布有一定规律：
①含碳量低于75％的褐煤，粗孔占优势，过渡孔基本没有；
②含碳量在75％～82％的煤，过渡孔特别发达，孔隙总体积主要由过渡孔和微孔所决定；
③含碳量在88％～91％的煤，微孔占优势，其体积占总体积的70％以上，过渡孔一般很少。
可见随煤化程度的逐渐提高，煤的孔径逐渐减小，且孔体积中微孔体积所占的比例逐渐增大，反映了煤的物理结构渐趋紧密。
小结
测试题
一、填空题
1．通常采用（ ）表示煤的润湿性大小。
2．介质的种类、矿物质的含量等均对润湿性有影响，但主要与（ ）有关，试验表明，煤的润湿热大致为（ ）。
3．煤中孔隙的孔径并不均匀，通常根据孔径大小将其划分为（ ）、（ ）和（ ）。
4．煤的孔隙率与煤化程度的关系一般呈（ ）形。
5．煤的表面积的大小通常用比表面积表示，测定方法有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。
6．孔隙率与煤化程度有关，曲线形状为（ ），当w（C）在（ ）附近的煤的孔隙率最低。
7．测定煤比表面积的方法有（ ）、（ ）和（ ）。
8．液体的表面张力与固体表面之间的夹角小于90则（ ）。
二、简答题
煤的透光率和孔隙率与煤化程度的关系如何？影响煤的导电性的因素有哪些？