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1、第二章 煤的成因性质及分类,第一节 煤的成因及种类,由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程，一般需要几千万年到几亿年的时间。整个成煤作用可划分为两个阶段：即泥炭化作用和煤化作用 煤化作用又分为两个连续的过程，即成岩作用和变质作用：,一、成煤过程,1、成煤植物残骸的堆积 2、生物化学作用 3、成岩作用及褐煤的生成 4、地质化学作用,二、煤的种类,由高等植物生成的煤叫腐植煤（泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤） 炼焦工业主要用烟煤，根据煤化度的不同可分为：长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤,煤化程度的概念：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中，由于地质条件和成煤年代的差异，使煤处于不同的转化阶段。煤的这
2、种转化阶段称为煤化程度，有时称为变质程度，或煤级。按煤化程度由低到高依次是： 褐煤 烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤） 无烟煤,第二节 煤的性质,1. 真(相对)密度 (真比重) 1.1 真密度的概念：20时煤的质量与同体积(不包括煤的所有孔隙)水的质量之比。 1.2 真密度的用途： 真密度是煤的主要物理性质之一，在研究煤的分子结构、确定煤化程度、制定煤的分选密度时，都会用到煤的真密度。,煤化程度对煤的真密度的影响,从低煤化度开始，随煤化程度的提高，煤的真密度缓慢减小，到碳含量为8689之间的中等煤化程度时，煤的真密度最低，约为1.30g/cm3左右，此后，煤化程度再提高，煤的真密度
3、急剧提高到1.90g/cm3左右。,壳质组 镜质组 惰质组,1.3影响煤密度的因素,1、成煤原始物质 2、煤化度 3、岩相组成 4、矿物质 5、水分及风化,2、煤的硬度,煤的硬度反映煤抵抗外来机械作用力的能力。 煤硬度的表示方法：刻划硬度、弹性回跳硬度、压痕硬度、耐磨硬度等，常用的是刻划硬度和压痕硬度（显微硬度）,煤的显微硬度,式中 H显微硬度，MPa； P加在压入器上的负荷，N； d压痕对角线长度，mm； 方形棱锥体两相对锥面的夹角，一般为136。,从褐煤开始，显微硬度随煤化程度提高而上升，在碳含量为75 % 80 %(长焰煤、气煤)之间有一个极大值；此后，显微硬度随煤化程度提高而下降，在碳
4、含量达到85%左右最低；煤化程度再提高，显微硬度又开始上升，到无烟煤阶段，显微硬度几乎随煤化程度提高而直线增加。,3、煤的脆度,煤的脆度是表征煤的抗碎或抗压强度，即机械坚固性的指标。脆度大的煤。其煤的破碎概率大，会产生较多的粉煤。 最高煤化度和低煤化度的脆性较小，而中等煤化度的肥煤和焦煤脆性最大。,4、煤的可磨性,煤的可磨性是指煤被磨成煤粉的难易程度。实测的煤的可磨性指数越大则容易粉碎，反之则较难粉碎。 煤的可磨性与煤化度、煤岩组成、煤中水分含量和矿物质的种类、数量及分布状况等有关。,HGI,%,5、煤的透光率,煤的透光率：是指煤样在100的稀硝酸溶液中处理90min，所得有色溶液对一定波长（
5、475nm）的光的透过率。有色溶液透光率的测定有分光光度计法和目视比色法两种。分光光度计法因其重现性差，一般用得不多，我国国家标准采用目视比色法测定有色溶液的透光率，用PM表示。,6、煤的可选性,煤的可选性是指从原煤中选出符合质量要求的精煤（浮煤）的难易程度。 由煤矿开采出来的原煤灰分和硫分含量往往较高，因此用于炼焦的煤应先进行选煤，不同的煤中矿物质的存在形式不同，脱出他们的难易程度也不同，即可选性不同。,煤的浮选示意图,二、煤的化学组成,1、煤的工业分析 1.1水分 水分是煤中的重要组成部分，是煤炭质量的重要指标。煤中的水分一般是指与煤呈物理态结合的水，它吸附在煤的外表面和内部孔隙中。因此，
6、煤的颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附的水分就越高。 分为外在水、内在水、化合水,全水分： 分析水分：,1.2 煤灰分的定义,煤的灰分(ash) ：煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残渣。该残渣的质量占测定煤样质量的百分数称为:灰分。,2.3 煤中矿物质的来源,2 煤的灰分,指存在于成煤的植物中，主要是碱金属、碱土金属的盐类，与有机质分子紧密结合，很难用机械方法分开。,主要是植物遗体在沼泽中堆积时，由于水流和风带来的细粘土、沙粒或水中钙、镁离子沉淀及硫铁矿的形成，与泥炭掺混，有的均匀分散在泥炭的有机质中，有的则形成独立的包裹体，呈透镜状、条带状、薄片状等；此外，煤层形成后，地下水中溶解的矿物质由
7、于条件变化而沉淀并充填在煤的裂隙中，主要有方解石、石膏等矿物。次生矿物质的存在形态，决定了煤的可选性难易程度。煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质。,这种矿物质原来不含于煤层中，它是在采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。它与煤是独立存在的，几乎不影响煤的可选性。,煤灰分的来源 矿物质转化为灰分的过程中发生的有代表性的反应 是： CaCO3CaO+CO2 FeS2+O2 SO2+Fe2O3 CaSO4.H2O CaSO4+ H2O ,分析基灰分： 干基灰分：,1.3 挥发分和固定碳的定义： 在高温条件下，将煤隔绝空气加热一定时间，煤的有机质发生热解反应，形成部分小分子的
8、化合物，在测定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形式残留下来或固定下来。呈气态析出的小分子化合物称为挥发分，以固体形式残留下来的称为固定碳。,实际上，固定碳不能单独存在，它与煤中的灰分一起形成焦渣，从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。挥发分用V表示，固定碳用FC表示。,1.3 挥发分的测定要点 称取1g空气干燥煤样放入挥发分坩埚，在900的马弗炉内隔绝空气加热7min取出，冷却后称量，认为失重由挥发分和吸附的水分蒸发所致，因此，按下式计算挥发分：,，,空气干燥基的固定碳FCad按下式计算： FCad100MadAadVad，,3 挥发分和固定碳,2、 元素分析,1、元素分析的定义： 煤的元素分析是
9、对组成煤的有机质主要元素的化验分析，煤的元素组成也就是指煤有机质的元素组成。大量的研究表明，煤的有机质主要是由碳、氢、氧、氮和硫等五种元素组成的。,2、 元素之间的数量关系 Mad + Aad +Sad +Cad +Had + Oad +Nad = 100% Ad +Sd+Cd +Hd + Od +Nd = 100% Sdaf+Cdaf+Hdaf + Odaf +Ndaf = 100% 对煤的有机质元素组成的测定，通常是测定C、H、N、S，O是通过上述公式由差减法 获得。,3、 煤中的碳元素,3.1 碳元素在煤分子上的位置 碳是构成煤分子骨架最重要的元素之一，主要存在于缩合芳香核上。,3、 煤
10、中的碳元素,3.2 影响碳含量的因素： （1）煤化程度：煤化程度提高，煤中的碳元素逐渐增加，从褐煤的60左右一直增加到年老无烟煤的98%。 （2）煤岩组成：在煤化程度相同的煤中，煤岩组成的碳含量: 惰质组镜质组壳质组 （3）成因类型的碳含量： 腐植煤 腐泥煤,4.1 氢元素在煤分子上的位置： 氢元素是煤中第二重要的元素，主要存在于煤分子的侧链和官能团上，在有机质中的含量约为2.0%6.5左右。,4、 煤中的氢元素,5、 煤中的氮元素,氮也是组成煤有机质的元素之一，主要存在于煤分子的杂环和氨基上。煤中的氮元素含量较少，一般为0.51.8。煤中的氮在煤燃烧时也不放热，通常以N2的形式进入废气。当煤
11、在炼焦时，煤中的氮部分形成NH3，HCN及其它有机含氮化合物，其余的则留在焦炭中。 煤中的氮对煤的加工利用影响不大。,6.1 煤中硫的存在形态 : 煤中的硫主要存在形态是无机硫和有机硫，两者合称为全硫。,6、 煤中的硫元素,7、煤中元素含量随煤化程度的变化规律,8、煤中的有害元素和伴生元素,8.1 煤中的有害元素 主要有硫、磷、氯、砷、氟等，它们的危害主要表现在煤炭应用过程中产生有害的物质，对人体造成损害、对环境造成污染，或是对产品质量造成危害。 8.2 煤中的伴生元素 煤中常见的伴生元素有铀、锗、镓、钒、钍、铼、钛、铍、锶、锂等。,9、煤质分析指标的基准换算,9.1 基准的概念： 计算某指标
12、的百分比时，有一个计算的基准，也就是说“说到某指标的百分数时，是指它占某个具体的对象的百分数，这个对象就是基准”。 9.2 基准的划分方法 首先要了解与煤基准有关的煤组成的含义。煤质分析时煤炭组成有两种划分法：,10、煤质分析指标的基准换算,（1）有机质和无机质 （2）可燃质（ V、FC ）和不可燃质 （M、A）,10.3 基准的种类 煤质分析测定时，煤样通常都是处于空气干燥状态的，以此煤样测得的结果，就是以空气干燥煤样的重量为基准的。但空气干燥基的数据往往不能正确反映指标的本质，需要换算到其他基准表示的数据。 常用的基准有：,11、煤质分析常用基准的物质含义,（1）空气干燥基（分析基）：Ma
13、d+Aad+Vad+FCad100% 或者 Mad+Aad+Cad+Had+Oad+Nad+Sad 100% （2）干燥基（干基）：Ad+Vd+FCd 100% 或者Ad+Cd+Hd+Od+Nd+Sd 100% （3）干燥无矿物质基（有机基）：Vdmmf+FCdmmf 100% 或者Cdmmf+Hdmmf+Odmmf+Ndmmf+Sdmmf 100%,11、煤质分析常用基准的物质含义,（4）干燥无灰基（可燃基）：Vdaf+FCdaf100% 或者 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf 100% （5）收到基（应用基）：Mar+Aar+Var+FCar 100% 或者 Mar+Aar
14、+Car+Har+Oar+Nar+Sar 100%,12、 基准的关系,13、各基准指标间的换算系数,三、煤的粘结性和结焦性,1、煤的粘结性 煤的粘结性是指煤在隔绝空气的条件下加热，经过胶质状态生成块状半焦的能力。 煤的结焦性是指在工业条件下，单种煤或配合煤生产出优质性能的焦炭。 煤的粘结性和结焦性是评价炼焦用煤的重要指标,2、煤的粘结性和结焦性指标及测定方法,（1）煤的胶质层指数 （2）罗加指数 （3）粘结指数 （4）奥亚膨胀指数 （5）煤的自由膨胀系数 （6）煤的葛金干馏试验 （7）基氏流动度,四、煤的岩相组成,1、煤的粗视组分和显微组分 亮煤（光泽条带）暗煤（无光泽条带） 镜煤（条带光泽
15、强烈）丝煤（部分似丝绒） 镜煤组（镜煤、亮煤、丝炭组）和稳定组,煤的岩相组成在炼焦工业中的应用 （1）评定煤质 （2）指导炼焦配煤和预测焦炭质量,一、煤分类的意义 二、煤分类的指标 1、煤化程度指标 2、粘结性指标,第三节 煤的分类和我国的煤炭资源,二、煤分类的指标 反映煤化程度的指标 反映煤化程度的指标主要有干燥无灰基挥发分（Vdaf）、干燥无灰基氢元素含量（Hdaf）、目视比色透光率（PM）、恒湿无灰基高位发热量（Q gr, maf）等。此外，在研究煤质时，还经常用到碳元素含量（Cdaf）、镜质组最大反射率（Rmax）等。,二、煤分类的指标 反映粘结性的指标 煤的分类中反映煤的粘结性指标，
16、主要有粘结指数GRI、胶质层最大厚度Y、奥亚膨胀度b。,2、 中国煤的分类,一、我国原有煤的分类方案 由中国科学院、原煤炭部、原冶金部等单位共同研究，于1956年12月提出的方案，1958年4月经原国家技术委员会正式颁布试行。 该分类方案的分类指标是煤的干燥无灰基挥发分（Vdaf）和胶质层最大厚度（Y值）。从褐煤到无烟煤之间的所有煤种，共分为十大类，二十四小类 。,二、中国煤炭现行分类方案 1975年我国有关部门开始对煤炭进行新的分类研究，经有关部委、科研机关和高等院校的专家、教授多次会议论证，并对全国主要煤矿、煤产地煤质资料进行了全面分析研究，基本上取得了一致意见。于1985年1月19日通过了煤炭分类国家标准，并于1989年10月1日起正式实施。,（三）煤炭分类总
