เทคนิค การวิเคราะห์ถ่านหินเป็นวิธีการวิเคราะห์เฉพาะที่ออกแบบมาเพื่อวัดคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีเฉพาะของถ่านหินวิธีการเหล่านี้ใช้เป็นหลักในการพิจารณาความเหมาะสมของถ่านหินสำหรับการผลิตถ่านโค้กการผลิตไฟฟ้า หรือการถลุงแร่เหล็ก ในกระบวนการผลิต เหล็กกล้า

ถ่านหินมีสี่ประเภทหลักหรือสี่ระดับ ได้แก่ลิกไนต์หรือถ่านหินสีน้ำตาล บิทูมินัสหรือถ่านหินสีดำแอนทราไซต์และกราไฟต์ถ่านหินแต่ละประเภทมีคุณสมบัติทางกายภาพเฉพาะตัว ซึ่งส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยความชื้น ปริมาณสารระเหย (ในแง่ของไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติกหรือ อะโรมาติก ) และปริมาณคาร์บอน

ความชื้นเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของถ่านหิน เนื่องจากถ่านหินทั้งหมดถูกขุดขึ้นมาในสภาพเปียกชื้น น้ำใต้ดินและความชื้นจากภายนอกอื่นๆ เรียกว่าความชื้นที่เข้ามาโดยธรรมชาติ (adventitious moisture)และระเหยไปได้ง่าย ความชื้นที่อยู่ภายในถ่านหินเองเรียกว่าความชื้นที่แท้จริง (inherent moisture)และจะถูกวิเคราะห์ในเชิงปริมาณ ความชื้นอาจเกิดขึ้นได้ในสี่รูปแบบที่เป็นไปได้ภายในถ่านหิน:

• ความชื้นที่ผิวหน้า : น้ำที่กักเก็บอยู่บนพื้นผิวของอนุภาคถ่านหินหรือมาเซอรัล
• ความชื้นแบบดูดซับ : น้ำที่ถูกกักเก็บไว้ด้วย แรงดึงดูด ของเส้นเลือดฝอยภายในรอยแตกขนาดเล็กของถ่านหิน
• ความชื้นจากการสลายตัว : น้ำที่กักเก็บอยู่ภายในสารประกอบอินทรีย์ที่สลายตัวแล้วของถ่านหิน
• ความชื้นในแร่ธาตุ : น้ำที่เป็นส่วนประกอบของโครงสร้างผลึกของซิลิเกตที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบ เช่นดินเหนียว

ปริมาณความชื้นทั้งหมดจะถูกวิเคราะห์โดยการวัดการลดลงของมวลระหว่างตัวอย่างที่ยังไม่ผ่านการวิเคราะห์และตัวอย่างที่ผ่านการวิเคราะห์แล้ว ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้วิธีใดวิธีหนึ่งต่อไปนี้

1. การให้ความร้อนแก่ถ่านหินด้วยโทลูอีน
2. อบแห้งในเตาอบแบบเปิดโล่งที่อุณหภูมิ 150 °C (302 °F) ภายในบรรยากาศไนโตรเจน
3. การอบแห้งในอากาศที่อุณหภูมิ 100 ถึง 105 องศาเซลเซียส (212 ถึง 221 องศาฟาเรนไฮต์) และการหาค่าการสูญเสียมวลสัมพัทธ์

วิธีที่ 1 และ 2 เหมาะสำหรับถ่านหินคุณภาพต่ำ แต่ วิธีที่ 3 เหมาะสำหรับถ่านหินคุณภาพสูงเท่านั้น เนื่องจาก1การอบแห้งถ่านหินคุณภาพต่ำด้วยอากาศอาจส่งเสริมการเกิดออกซิเดชัน การวิเคราะห์ความชื้นภายในจะทำในลักษณะเดียวกัน แต่สามารถทำในสภาวะสุญญากาศได้

สาร ระเหยในถ่านหินหมายถึงส่วนประกอบของถ่านหิน ยกเว้นความชื้น ซึ่งจะถูกปลดปล่อยออกมาที่อุณหภูมิสูงในสภาวะที่ไม่มีอากาศ โดยปกติจะเป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนสายสั้นและสายยาว ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติก และกำมะถันบางส่วน สารระเหยยังใช้ในการประเมินการดูดซับของถ่านกัมมันต์ด้วย การหาปริมาณสารระเหยในถ่านหินนั้นทำภายใต้มาตรฐานที่ควบคุมอย่างเข้มงวด ใน ห้องปฏิบัติการ ของออสเตรเลียและอังกฤษจะใช้วิธีการให้ความร้อนแก่ตัวอย่างถ่านหินที่อุณหภูมิ 900 ± 5 °C (1650 ±10 °F) เป็นเวลา 7 นาที นอกจากนี้ ปริมาณสารระเหยจะลดลงเมื่อระดับของถ่านหินสูงขึ้น (AMK)

ปริมาณเถ้าในถ่านหินคือสารตกค้างที่ไม่ติดไฟซึ่งเหลืออยู่หลังจากการเผาไหม้ถ่านหิน มันแสดงถึงมวลสารแร่ธาตุโดยรวมหลังจากที่คาร์บอน ออกซิเจน กำมะถัน และน้ำ (รวมถึงน้ำจากดินเหนียว) ถูกขับออกไปในระหว่างการเผาไหม้ การวิเคราะห์ค่อนข้างตรงไปตรงมา โดยถ่านหินจะถูกเผาไหม้อย่างสมบูรณ์และปริมาณเถ้าจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักเดิม นอกจากนี้ยังสามารถบ่งบอกถึงคุณภาพของถ่านหินได้อีกด้วย ปริมาณเถ้าอาจกำหนดได้ทั้งแบบแห้งในอากาศและแบบแห้งในเตาอบ ความแตกต่างหลักระหว่างสองวิธีนี้คือ วิธีหลังจะกำหนดหลังจากกำจัดความชื้นในตัวอย่างถ่านหินออกไปแล้ว

ปริมาณคาร์บอนคงที่ในถ่านหิน คือ คาร์บอนที่พบในเนื้อถ่านหินหลังจากที่ สาร ระเหยถูกขับออกไปแล้ว ซึ่งแตกต่างจากปริมาณคาร์บอนสุดท้ายของถ่านหิน เนื่องจากคาร์บอนบางส่วนสูญเสียไปในรูปของไฮโดรคาร์บอนพร้อมกับสารระเหย คาร์บอนคงที่ใช้เป็นค่าประมาณปริมาณโค้กที่จะได้จากตัวอย่างถ่านหิน การหาปริมาณคาร์บอนคงที่ทำได้โดยการหักมวลของสารระเหยที่วัดได้จากการทดสอบความระเหย (ดังที่กล่าวมาข้างต้น) ออกจากมวลเดิมของตัวอย่างถ่านหิน

ความหนาแน่นสัมพัทธ์หรือความถ่วงจำเพาะของถ่านหินขึ้นอยู่กับระดับคุณภาพของถ่านหินและปริมาณสิ่งเจือปนของแร่ธาตุ ความรู้เกี่ยวกับความหนาแน่นของชั้นถ่านหินแต่ละชั้นมีความจำเป็นต่อการกำหนดคุณสมบัติของวัสดุผสมและส่วนผสมต่างๆ ความหนาแน่นของชั้นถ่านหินมีความจำเป็นสำหรับการแปลงทรัพยากรให้เป็นปริมาณสำรอง

โดยปกติแล้ว ความหนาแน่นสัมพัทธ์จะถูกกำหนดโดยการลดลงของน้ำหนักตัวอย่างในน้ำ วิธีนี้ทำได้ดีที่สุดโดยใช้ถ่านหินที่บดละเอียด เนื่องจากตัวอย่างที่เป็นก้อนค่อนข้างมีรูพรุน อย่างไรก็ตาม ในการกำหนดปริมาณถ่านหินในแหล่ง จำเป็นต้องรักษาพื้นที่ว่างไว้เมื่อวัดความหนาแน่นจำเพาะ

การกระจายขนาดอนุภาคของถ่านหินบดขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ส่วนหนึ่งคือระดับคุณภาพของถ่านหิน ซึ่งเป็นตัวกำหนดความเปราะของถ่านหิน และอีกส่วนหนึ่งขึ้นอยู่กับกระบวนการจัดการ การบด และการโม่ที่ถ่านหินได้รับการดำเนินการ โดยทั่วไปแล้ว ถ่านหินจะถูกนำไปใช้ในเตาเผาและเตาถ่านโค้กในขนาดที่กำหนด ดังนั้นจึงต้องกำหนดความสามารถในการบดของถ่านหินและวัดพฤติกรรมของมัน จำเป็นต้องทราบข้อมูลเหล่านี้ก่อนการขุดถ่านหิน เพื่อที่จะได้ออกแบบเครื่องจักรบดที่เหมาะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพขนาดอนุภาคสำหรับการขนส่งและการใช้งาน

ชั้นและอนุภาคของถ่านหินมีค่าความหนาแน่นสัมพัทธ์แตกต่างกัน ซึ่งกำหนดโดยปริมาณวิตริไนต์ ระดับคุณภาพ ค่าเถ้า/ปริมาณแร่ธาตุ และ ความพรุนโดยปกติแล้วถ่านหินจะถูกล้างโดยการผ่านถ่านหินไปในอ่างของเหลวที่มีความหนาแน่นที่ทราบค่า การล้างนี้จะกำจัดอนุภาคที่มีค่าเถ้าสูงและเพิ่มความสามารถในการขายถ่านหิน รวมถึงปริมาณพลังงานต่อหน่วยปริมาตร ดังนั้นถ่านหินจึงต้องผ่านการทดสอบการลอยและการจมในห้องปฏิบัติการ เพื่อกำหนดขนาดอนุภาคที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการล้าง และความหนาแน่นของของเหลวที่ใช้ล้างที่จำเป็นในการกำจัดค่าเถ้าสูงสุดโดยใช้แรงงานน้อยที่สุด

การทดสอบการลอยตัวและการจมนั้นทำได้โดยใช้ถ่านหินที่บดและป่นละเอียด ในกระบวนการที่คล้ายกับการทดสอบทางโลหวิทยาบนแร่โลหะ

การสึกหรอเป็นคุณสมบัติของถ่านหินที่อธิบายถึงแนวโน้มและความสามารถในการสึกกร่อนเครื่องจักรและเกิดการบดโดยอัตโนมัติ ในขณะที่สารประกอบคาร์บอนในถ่านหินค่อนข้างอ่อน แต่ควอตซ์และแร่ธาตุอื่นๆ ในถ่านหินนั้นมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง จึงทำการทดสอบโดยใช้เครื่องบดแบบปรับเทียบแล้ว ซึ่งประกอบด้วยใบมีดสี่ใบที่มีมวลที่ทราบค่า ถ่านหินจะถูกกวนในเครื่องบดเป็นจำนวน 12,000 รอบ ด้วยอัตรา 1,500 รอบต่อนาที (เช่น 1,500 รอบ เป็นเวลา 8 นาที) ดัชนีการสึกหรอจะถูกกำหนดโดยการวัดการสูญเสียมวลของใบมีดโลหะทั้งสี่ใบ

นอกเหนือจากการวิเคราะห์ทางกายภาพหรือทางเคมีเพื่อกำหนดลักษณะการจัดการและโปรไฟล์มลพิษของถ่านหินแล้ว ผลผลิตพลังงานของถ่านหินจะถูกกำหนดโดยใช้เครื่องวัดความร้อนแบบบอมบ์ (bomb calorimeter)ซึ่งวัดผลผลิตพลังงานจำเพาะของถ่านหินในระหว่างการเผาไหม้สมบูรณ์ วิธีการนี้จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับถ่านหินที่ใช้ในการผลิตไอน้ำ

พฤติกรรมของเถ้าถ่านหินที่อุณหภูมิสูงเป็นปัจจัยสำคัญในการเลือกใช้ถ่านหินสำหรับการผลิตไฟฟ้าด้วยไอน้ำ เตาเผาส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาเพื่อกำจัดเถ้าในรูปผง ถ่านหินที่มีเถ้าหลอมเหลวกลายเป็นตะกรันแข็งคล้ายแก้วที่เรียกว่าคลินเกอร์มักไม่เหมาะสมสำหรับเตาเผา เนื่องจากต้องทำความสะอาด อย่างไรก็ตาม เตาเผาสามารถออกแบบให้จัดการกับคลินเกอร์ได้ โดยทั่วไปจะกำจัดออกในรูปของเหลวหลอมเหลว

อุณหภูมิการหลอมเถ้าจะถูกกำหนดโดยการสังเกตตัวอย่างเถ้าถ่านหินที่ขึ้นรูปแล้วผ่านหน้าต่างสังเกตการณ์ในเตาเผาอุณหภูมิสูง เถ้าในรูปทรงกรวย พีระมิด หรือลูกบาศก์ จะถูกให้ความร้อนอย่างต่อเนื่องจนเกิน 1,000 °C ไปจนถึงอุณหภูมิสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยควรอยู่ที่ 1,600 °C (2,910 °F) อุณหภูมิต่อไปนี้จะถูกบันทึกไว้:

• อุณหภูมิการเสียรูป : อุณหภูมินี้จะเกิดขึ้นเมื่อมุมของแม่พิมพ์เริ่มโค้งมนเป็นครั้งแรก
• อุณหภูมิอ่อนตัว (ทรงกลม) : อุณหภูมินี้จะเกิดขึ้นเมื่อส่วนบนของแม่พิมพ์มีรูปร่างเป็นทรงกลม
• อุณหภูมิครึ่งทรงกลม : อุณหภูมินี้จะเกิดขึ้นเมื่อแม่พิมพ์ทั้งหมดมีรูปร่างเป็นครึ่งทรงกลม
• อุณหภูมิการไหล (ของของเหลว) : อุณหภูมินี้จะเกิดขึ้นเมื่อเถ้าหลอมเหลวยุบตัวลงเป็นก้อนแบนราบที่พื้นเตาเผา

วิธีทดสอบที่ง่ายที่สุดในการประเมินว่าถ่านหินชนิดใดเหมาะสมสำหรับการผลิตโค้กคือ การทดสอบดัชนีการบวมตัวอิสระ (Free Swelling Index) โดยการนำตัวอย่างถ่านหินขนาดเล็กมาให้ความร้อนในเบ้าหลอมมาตรฐานที่อุณหภูมิประมาณ 800 องศาเซลเซียส (1500 องศาฟาเรนไฮต์) หลังจากให้ความร้อนตามเวลาที่กำหนด หรือจนกว่าสารระเหยทั้งหมดจะระเหยออกไปหมด จะเหลือโค้กก้อนเล็กๆ อยู่ในเบ้าหลอม การนำรูปทรงหน้าตัดของโค้กก้อนนี้ไปเปรียบเทียบกับรูปทรงมาตรฐานต่างๆ จะเป็นตัวกำหนดดัชนีการบวมตัวอิสระ

มาตรฐานสากลหลายฉบับจัดประเภทถ่านหินตามลำดับชั้น โดยลำดับชั้นที่สูงขึ้นจะสอดคล้องกับปริมาณคาร์บอนในถ่านหินที่สูงขึ้น ลำดับชั้นของถ่านหินมีความสัมพันธ์กับประวัติทางธรณีวิทยา ดังที่อธิบายไว้ในกฎของฮิลต์

ใน ระบบ ASTMถ่านหินที่มีคาร์บอนคงที่มากกว่า 69% จะถูกจัดประเภทตามปริมาณคาร์บอนและสารระเหย ส่วนถ่านหินที่มีคาร์บอนคงที่น้อยกว่า 69% จะถูกจัดประเภทตามค่าความร้อน โดยปริมาณ สารระเหยและคาร์บอนจะคำนวณจากฐานแห้งที่ปราศจากแร่ธาตุ ส่วนค่าความร้อนจะคำนวณจากปริมาณความชื้นขณะที่ขุดได้ แต่ไม่รวมน้ำอิสระ

นอกจากนี้ ISO ยังมีระบบจัดอันดับถ่านหิน แต่การแบ่งย่อยของระบบดังกล่าวไม่สอดคล้องกับมาตรฐาน ASTM

• การเตรียมถ่านหิน (วารสาร)
• การวิเคราะห์องค์ประกอบโดยประมาณของถ่านหิน