膠質(zhì)層指數(shù)是判斷煙煤結(jié)焦性的一項重要指標，也是煤炭分類的主要指標之一。

①膠質(zhì)層指數(shù)的測定過程反映了工業(yè)焦爐煉焦的全過程，通過研究膠質(zhì)層指數(shù)的測定過程，可研究煉焦過程的機理。

②膠質(zhì)層最大厚度Y值直接反映了煤的膠質(zhì)體的特性和數(shù)量，是煤的結(jié)焦性能好壞的一個標志，是我國煙煤分類的一項工藝性指標。

③由于y值表征煤的結(jié)焦性能，并有較好的加和性，所以對于指導(dǎo)配煤煉焦有著重要的作用。

本法是一個多指標的測定方法，能近似地反映工業(yè)煉焦過程，所以本法的測定也成為研究煤的焦化性質(zhì)的一個重要手段。但也有其局限性，即對瘦煤和肥煤的試驗條件不易掌握。

一、基本原理

煤在規(guī)定條件(升溫速度3℃/min、在9.8×10⁴Pa壓力下、用特定煤杯和單側(cè)加熱方式)下測得的膠質(zhì)體(軟化后的塑性體)的最大厚度為膠質(zhì)層最大厚度y值(mm)，其體積曲線的最終位置與起始位置之間的距離為最終收縮度X值(mm)，在坐標紙上記錄下來的加熱過程的體積變化曲線為體積曲線類型。

膠質(zhì)層指數(shù)的測定主要是測定膠質(zhì)層最大厚度Y值、最終收縮度X值和體積曲線類型三個主要參數(shù)和描述焦炭的特性等。

膠質(zhì)層指數(shù)測定方法是模擬工業(yè)焦爐的煉焦條件而設(shè)計出來的。煤樣在鋼杯中，上加恒壓，由底面單側(cè)加熱。鋼杯置人一定規(guī)格和技術(shù)指標的帶孔耐火磚中，以一定的加熱速度升溫，此時傳至杯內(nèi)的溫度由上而下依次遞增。

因為用單側(cè)加熱時，周圍散熱條件較好，在煤杯內(nèi)的煤樣就形成了一系列溫度白下而上傳遞的等溫面。當加熱到一定溫度時，因為最上面的煤樣還不到軟化溫度，所以保持原樣不變，中間一部分則因為到了軟化溫度而變成瀝青狀的膠體——膠質(zhì)體；而下面一部分則因為到達固化溫度，而由膠質(zhì)體變成了半焦。因此，煤樣中形成了半焦層、膠質(zhì)層和未軟化的煤樣層三部分，這就是膠質(zhì)層指數(shù)測定的全過程。

試驗開始，從室溫到250℃是干燥階段，主要是預(yù)熱、烘干水分。升溫到300～350℃時煤樣開始軟化，此時，發(fā)生熱分解，產(chǎn)生氣體，煤樣逐漸形成膠質(zhì)體，并出現(xiàn)膨脹，收縮等現(xiàn)象。起初膠質(zhì)層逐漸由薄增厚，隨著溫度遞增，由于膠質(zhì)體固化速度大于生成速度，則又重新變薄，直至膠質(zhì)體完全消失，即煤樣全部固化(550～600℃)生成半焦。繼續(xù)加熱至730℃，試驗即告結(jié)束。

在試驗過程中，用一特制的膠質(zhì)層探針來測量膠質(zhì)層的厚度，以得到膠質(zhì)層最大厚度y值。

在試驗過程中，隨著溫度的升高，煤杯內(nèi)的煤樣發(fā)生熱解、產(chǎn)生氣體、形成膠質(zhì)體、出現(xiàn)膨脹和收縮等情況，這些變化被記錄在坐標紙上，得到體積變化曲線。不同的煤種由于熱分解等性質(zhì)的不同而得到相異的體積曲線類型。不同的體積曲線反映了不同的結(jié)焦性能。本方法中只取八種典型的體積曲線作為表征膠質(zhì)層的指標，并以體積曲線的名稱作為結(jié)果報出。當煤杯內(nèi)的全部煤樣都形成半焦后，由于體積收縮，煤的體積曲線出現(xiàn)最低點。以試驗結(jié)束(730℃)時煤樣收縮所顯示在體積曲線上的距離作為最終收縮度X值。X值取決于煤的揮發(fā)分、軟化、固化、收縮等性質(zhì)。

由于膠質(zhì)層指數(shù)的測定是一項規(guī)范性很強的試驗，諸如升溫速度、煤樣粒度、壓力、煤杯的材質(zhì)和煤杯外圍爐磚耐火材料的熱性質(zhì)等試驗條件均會影響測定結(jié)果，因此，必須使儀器、制樣和操作都嚴格符合統(tǒng)一的規(guī)定，才能得出一致的結(jié)果。

二、方法提要

按規(guī)定將煤樣裝入煤杯中，煤杯放在特制的電爐內(nèi)以規(guī)定的升溫速度進行單側(cè)加熱，煤樣則相應(yīng)形成半焦層、膠質(zhì)層和未軟化的煤樣層三個等溫層面。用探針測量出膠質(zhì)體的最大厚度Y，從試驗的體積曲線測得最終收縮度X。

三、煤樣的制備

①膠質(zhì)層測定用的煤樣應(yīng)符合下列規(guī)定：煤樣應(yīng)按照煤樣的制備方法縮制并達到空氣干燥狀態(tài)；煤樣應(yīng)用對輥式破碎機破碎到全部通過1.5mm的圓孔篩，但不得過度粉碎。

②供確定煤炭牌號的煤樣，應(yīng)一律按我國煤炭分類標準中的有關(guān)規(guī)定進行減灰。

③為防止煤的氧化對測定結(jié)果的影響，試樣應(yīng)裝在磨口玻璃瓶或其他密閉容器中，且放在陰涼處，試驗應(yīng)在制樣后不超過半個月內(nèi)完成。

四、試驗準備

①熱電偶管及壓力盤上遺留的焦屑等用金剛砂布( 號為宜)清除干凈，杯底及壓力盤上各析氣孔應(yīng)暢通，熱電偶管內(nèi)不應(yīng)有異物。

②紙管制作。在一根細鋼棍上用香煙紙粘制成直徑為2.5～3.0mm、高度約為60mm的紙管。裝煤杯時將鋼棍插入紙管，紙管下端折約2mm，紙管上端與鋼棍貼緊，防止煤樣進入紙管。

③濾紙條。寬約60mm，長190～200mm。

④石棉圓墊。用厚度為0.5～1.0mm的石棉紙做兩個直徑為59mm的石棉圓墊。在上部圓墊上有供熱電偶鐵管穿過的圓孔和紙管穿過的小孔；在下部圓墊上對應(yīng)壓力盤上的探測孔處作一標記。

⑤體積曲線記錄紙。用毫米方格紙作體積曲線記錄紙，其高度與記錄轉(zhuǎn)筒的高度相同，其長度略大于轉(zhuǎn)筒圓周。

⑥裝煤杯。

·將杯底放入煤杯使其下部凸出部分進入煤杯底部圓孔中，杯底上放置熱電偶鐵管的凹槽中心點與壓力盤上放熱電偶的孔洞中心點對準。

·將石棉圓墊鋪在杯底上，石棉墊上圓孔應(yīng)對準杯底上的凹槽，在杯內(nèi)下部沿壁圍一條濾紙條。將熱電偶鐵管插入杯底凹槽，把帶有香煙紙管的鋼棍放在下部石棉圓墊的探測孔標志處，用壓板把熱電偶鐵管和鋼棍固定，并使它們都保持垂直狀態(tài)。

·將全部試樣倒在縮分板上，摻和均勻，攤成厚約10mm的方塊。用直尺將方塊劃分為許多30mm×30mm左右的小塊，用長方形小鏟，按棋盤式取樣法隔塊分別取出兩份試樣，每份試樣質(zhì)量為(100.0±0.5)g。

·將每份試樣用堆錐四分法分為四部分，分四次裝入杯中。每裝25g之后，用金屬針將煤樣攤平，但不得搗固。

·試樣裝完后，將壓板暫時取下，把上部石棉圓墊小心地平鋪在煤樣上，并將露出的濾紙邊緣折復(fù)于石棉圓墊之上，放人壓力盤，再用壓板固定熱電偶鐵管。將煤杯放入上部磚垛的爐孔中，把壓力盤與杠桿連接起來，掛上砝碼，調(diào)節(jié)杠桿到水平。

·如試樣在試驗中生成流動性很大的膠質(zhì)體溢出壓力盤，則應(yīng)按上述步驟重新裝樣試驗。重新裝樣的過程中，須在折復(fù)濾紙后，用壓力盤壓平，再用直徑2～3mm的石棉繩在濾紙和石棉圓墊上方沿杯壁和熱電偶鐵管外壁圍一圈，再放上壓力盤，使石棉繩把壓力盤與煤杯、壓力盤與熱電偶鐵管之間的縫隙嚴密地封閉。

·在整個裝樣過程中香煙紙管應(yīng)保持垂直狀態(tài)。當壓力盤與杠桿連接好后，在杠桿上掛上砝碼，把細鋼棍小心地由紙管中抽出來(可輕輕旋轉(zhuǎn))，勿使紙管留在原有位置。如紙管被拔出，或煤粒進入了紙管(可用探針試出)，須重新裝樣。

⑦用探針測量紙管底部時，將刻度尺放在壓板上，檢查指針是否指在刻度尺的零點如不在零點，則有煤粒進入紙管內(nèi)，應(yīng)重新裝樣。

⑧將熱電偶置于熱電偶鐵管中。檢查前杯和后杯熱電偶連接是否正確。

⑨把毫米方格紙裝在記錄轉(zhuǎn)筒上，并使紙上的水平線始、末端彼此連接起來。調(diào)節(jié)記錄轉(zhuǎn)筒的高低，使其能同時記錄前、后杯兩個體積曲線。

⑩檢查活軸軸心到記錄筆尖的距離，并將其調(diào)整為600mm，將記錄筆充好墨水。

⑩加熱之前按式求出煤樣的裝填高度：

H=H—(a—b)

式中h——煤樣的裝填高度， mm；

H——由杯底上表面到杯口的高度，mm；

a——由壓力盤上表面到杯口的距離，mm；

b——壓力盤和兩個石棉圓墊的總厚度，mm。

a值測量時，沿煤杯周圍在四個不同地方共測量四次，取平均值。H值應(yīng)在每次裝煤前實測，b值可用卡尺實測。

⑥同一煤樣重復(fù)測定時裝煤高度的允許差為1mm，超過允許差時應(yīng)重新裝樣。報告結(jié)果時應(yīng)將煤樣的裝填高度的平均值附注于X值之后。

參考資料：煤質(zhì)分析及煤化工產(chǎn)品檢測