实验六 煤的最高内在水分的测定（参考GB/T 4632—2008）
一、实验目的
1.了解和熟悉煤的最高内在水分在煤炭领域的运用；
2.掌握和学习煤的最高内在水分测定方法。
二、实验原理
煤样达到饱和吸水后，用恒湿纸除去大部分外在水分，在温度30℃、相对湿度为96%，在通氮常压下达到湿度平衡，然后在105～110℃的温度下干燥，以其质量损失的百分数表示煤的最高内在水分。本实验主要介绍常压测定方法。依据的标准方法为GB/T 4632—2008《煤的最高内在水分测定方法》。
煤的最高内在水分又称平衡水，它是指煤的毛细孔达到饱和吸水状态时的水分，或者说是煤在饱和水蒸气（相对湿度100%）气氛中达到平衡时除去外在水以外的水分。由于上述条件很难达到，实际测定时是在温度为30℃、相对湿度为96%～97%的条件下达到吸湿平衡时的内在水分。煤的最高内在水分在绝大多数情况下取决于煤的内表面积，因此它与煤的结构和变质程度有一定关系。在煤炭分类中，用最高内在水分将发热量折算成恒湿无灰基高位发热量，据此来划分长焰煤和褐煤。
三、仪器设备及试剂
（1）硫酸钾晶体及其饱和溶液 大约以硫酸钾10g和蒸馏水3mL的比例混合而成。
（2）氮气 纯度99.9%，含氧量小于100μL/L。
（3）干燥剂 硅胶或其他干燥剂。
（4）充氮常压法最高内在水分测定仪 煤炭科学研究院试制工厂生产的WCN-A6型最高内在水分测定仪，如图3-4～图3-6所示。能维持温度在（30±0.1）℃，并能连续运转72h以上。
图3-4 充氮常压法最高内在水分测定仪
图3-5 调湿箱内部示意图
1—水槽外壳；2—调湿气器壁；3—双重盖；4—螺旋桨；5—硫酸钾饱和溶液及其结晶；6—样皿；7—赛状气体循环器；8—螺旋夹；9—橡皮衬垫；10—加热器；11—温度控制器；12—温度计；13—样品定位销；14—泡沫塑料；15—样品托架；16，17—氮气出、入口
图3-6 调湿箱内部图
（5）振荡机 振幅40mm，频率240/min。
（6）充氮干燥箱 如长沙开元仪器股份有限公司生产的5E-MIN6150型充氮干燥箱，如图3-1和图3-2，带有自动控温装置，能保持温度在105～110℃范围内。可以通氮气。
（7）天平 感量0.1mg。
（8）水浴 能控温在（30±1）℃，用于处理煤样。
（9）真空泵 见图3-7。
图3-7 真空泵抽滤示意图
（10）吸滤瓶 容积3L，见图3-7。
（11）布氏漏斗 直径100mm。
（12）锥形瓶 容积250mL。
（13）标准筛 孔径为0.6mm及0.45mm的筛子各一个。
（14）恒湿纸 将大张定性滤纸切成10mm×10mm的小块，使用时往纸上喷水，使其含水量为13%～15%。
（15）潮湿箱 尺寸为25mm×25mm×15mm的带盖木箱，箱内四周衬两层草板纸，使用时用水浸湿。
（16）样皿 直径为50mm、高约30mm的带盖称量瓶。
四、实验步骤
1.仪器准备
在调湿器底部放置15～20mm厚的饱和硫酸钾溶液及其固体晶体混合物，再往水槽中注入足够量的蒸馏水，连接好仪器，启动最高内在水测定仪，并将调湿器内的温度控制在（30±0.1）℃。
2.煤样预处理
取煤样约20g于锥形瓶中，加入100mL蒸馏水。将锥形瓶置于振荡机上振荡30min，然后放入（30±1）℃的水浴中保持3h并在其间适当摇动几次。取出锥形瓶，将煤样倒入铺有滤纸的布氏漏斗中，用真空泵抽滤至煤样刚露出水面。照此操作继续用蒸馏水冲洗2次，每次用水25mL左右。然后用小铲轻轻将煤样混合均匀，从中取出4g左右（其余用滤纸包住并用水浸湿，储于气密的容器里备用）用双层滤纸包裹，用手用力攥一下，然后放在潮湿箱内的筛子上。将煤样于恒湿纸混合，并使煤团散开而落在下面的筛子上。再在下筛上进行同样的操作，最后使煤样落在箱底的道林纸上。从中取出1～2g放在已称量过的样皿中，将煤样摊平。
3.湿度调节
将带样的样皿和盖一并放在调湿器的样皿托架上，样皿放在中间气体循环器喇叭口的正下方，打开样皿盖子，盖上调湿器盖并紧固。启动仪器并以1L/min的速度往调湿器内通氮气10min，关闭氮气出入口，记录调湿开始时间，24h后称量一次，以后每调湿6h称量一次直到相连两次称量的质量差不超过称样量的0.3%（达到湿度平衡）为止。打开调湿器盖子，立刻盖上样皿盖，擦干样皿外壁的蒸汽，在实验室气氛下放置5min然后称量。
4.水分的测定
将经湿度调节后的带样样皿打开盖子放入预先加热到105～110℃的通氮干燥箱中，关闭箱门，并以350mL/min的速度通入氮气，2h后打开干燥箱门，盖严样皿盖，于室温下冷却5min，再移入干燥器内放置15min称量（称准至0.0002g）。然后以同样的程序进行检查性干燥实验，每次30min，直到相连两次干燥的质量减少不超过0.0010g或质量增加时为止。
五、结果表示
①煤样最高内在水分MHC以质量分数计，按式（3-2）计算：
（3-2）
式中 m1——样皿及盖的质量，g；
m2——湿度平衡后的煤样、样皿及盖的质量，g；
m3——干燥后煤样、样皿及盖的质量，g。
②取平行测定结果的平均值，修约至小数点后一位报出结果。
③最高内在水分测定原始记录可见表3-4。
表3-4 最高内在水分测定原始记录
测定者： 审核者： 日期 年 月 日
六、精密度
精密度见表3-5。
表3-5 煤的最高内在水分精密度
七、注意事项
（1）煤样的干湿状态 由于煤干燥后其毛细管结构发生了变化，直接用干燥过的煤做实验比用预先用水浸泡的湿煤进行调湿平衡所得的结果要低，特别对褐煤影响比较大偏低约0.3%～1%。
（2）过度脱水 煤样用水浸湿后要滤去多余水分，但必须防止过度抽滤，以免煤毛细管中的水脱除，使结果偏低。
（3）温度和湿度 实验过程中必须保证调湿器内温度在（30±0.1）℃，湿度96%～97%。这是因为硫酸钾饱和溶液，只有在30℃时的水蒸气分压才是4.1kPa（30.6mmHg），即相对湿度为96%～97%。
（4）煤样粒度 煤的粒度大其毛细管完整性好，粒度小，毛细管易被破坏，因此，煤的最高内在水分有随粒度减小而降低的趋势。但是粒度若在0.1～6mm范围内变化不明显。
八、思考题
1.测定最高内在水分的意义是什么？
2.说明最高内在水分、分析水分、全水分之间的区别和联系。
3.煤的最高内在水与挥发分有什么关系？原因何在？
4.如何判断试样已经达到平衡？
5.影响煤的最高内在水分测定的主要因素是什么？为什么？
6.有人说全水应比内在水分高，这种说法是否正确？
九、知识扩展
［1］ 孙越.煤的最高内在水分测定方法探讨［J］.煤炭与化工，2017，10：125-126.
［2］ 王晓玉.影响煤的最高内在水分测定结果的因子分析［J］.陕西煤炭，2016，5：37-38.
（云南省煤炭产品质量检验站 何智斌执笔）