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1、煤炭小知识第一章 煤的形成和性质第一节 煤的形成与地质年代一、煤的形成煤是有机化合物和无机化合物的混合物，它的组成结构非常复杂，极不均一。 这是由于成煤的原始物料和生物化学作用的不同，以及成煤地质年代的不同、物 理、化学等因素的差异造成的。成煤的原始物料是植物。植物一般分高等植物和低等植物，高等植物形成的 煤为腐植煤类，低等植物形成的煤为腐泥煤类，由高等植物和低等植物共同形成 的煤为腐植腐泥煤。在自然界分布最广而又常见的煤是腐植煤，根据煤化程度的 深浅，腐植煤类包括泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤等煤种。这些煤种各有不同的特 征和性质，因而它们的用途也各有侧重。1. 泥炭化阶段当大批植物死亡后，植物遗
2、骸聚集在低洼沼泽和湖泊中。开始，植物遗骸堆 积层处在表面有水和接触空气较少的环境中，水中大量的喜氧细菌对植物遗骸的 堆积层进行氧化分解，这一作用称为菌解作用或生物化学作用。由于分解所产生 的物质使水质发生变化，喜氧细菌难以生存，逐渐减少以致绝迹，此时植物的氧 化分解并不完全。随着堆积层的下沉，在沼泽深处的厌氧细菌与植物遗骸的分解 产物又相互作用，分解作用和化合作用互相交错而形成了新的产物，即泥炭。低 等植物经过这一阶段则形成腐泥。从植物转变为泥炭，在化学组成上发生了质的变化。最明显的是生成了腐 植酸，消失了蛋白质，降低了纤维素，半纤维素和木质素，碳含量增加，氧含量 降低。植物和泥炭的化学组成变
3、化见表 1-1-1。表 1-1-1 植物与泥炭化学组成的比较植物与泥炭有机质元素组成(%)有机组成(%)CHN0+S纤维素 半纤维素木质素蛋白质沥青A腐植酸莎草47.905.511.6439.375020-305-105-100木本植物50.156.201.0542.1050.6020.301-71-30华川草本泥炭55.876.352.9034.9719.690.7503.5643.58合浦木本泥炭65.466.531.2626.750.890.3901053.882. 煤化阶段当生成泥炭沼泽中的泥炭层(或腐泥层)由于地壳的下沉而被泥沙等沉积物覆盖时，泥炭层就逐渐压紧并不断失水，胶体逐渐老化
4、以致固结。这时厌氧细菌 的生物化学作用慢慢消失。在地层下部的高温和覆盖层的挤压下，导致泥炭的化 学组成发生缓慢变化，逐渐过度成为密度较大，腐植酸减少、碳含量增大、氧含 量减少的褐煤，这个过程是煤化作用的开始阶段，也称成岩作用。这一作用发生 在地表浅处，温度一般不超过70C。当褐煤继续受地壳运动的影响，下降到地 壳的较深处，受到地壳内部不断增高的压力和温度的影响，引起了煤的内部分子 结构、物理和化学性质的变化，褐煤转变成烟煤，由烟煤又转变成无烟煤。这种 转变属于物理化学作用，也称变质作用。成岩作用和变质作用统称煤化作用，它 们的化学组成变化见表1-1-2。其具体过程见表1-1-3。表1-1-2植
5、物、泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤的化匕学组成名称Cd./)Hdaf(%)Oda/)水分（%）扌车发分（%）腐植酸（%）木本植物50644700木本泥炭66264053褐煤（煤化程度低）675.85255968褐煤（中等煤化程度）714.84224422褐煤（煤化程度高）745.491710-30453烟煤80-904-65-150无烟煤90-981-41-310-5cm ）中具有正常的蒸汽压的水； 湿存水分在煤的小毛细孔（孔径r10-5cm）小毛细管水分 （孔径 r10-5cm）在一定温度下蒸汽压的变化不变，等于纯水的蒸汽压取决于毛细管的大小 半径：rlr2r3r4蒸汽压：plp2p3p4内 在
6、水 分 的 区 别空气中水蒸汽分压等于p2 时外在水分（M）t内在水分 （M ）inh空气中水蒸汽分压等于P1 时外在水分（M）t内在水分 （M ）inh在实际应用中，经常测定来样煤的水分和分析煤样水分。前者称收到基水分 以符号Mar表示，后者称空气干燥基水分，以符号Mad表示。Mar指标是用以评 价煤炭经济价值的最基本的质量标准。Mad是供化验室作工业分析、元素分析等 各项指标时换算成干基用的，同时它也是煤炭利用和对外贸易中的一项重要指 标。测定水分最常用的是间接测定法，即将已知质量的煤样放在一定温度下干燥 至恒重，煤样减少的质量即为煤的水分。在煤质研究中，还有一种称为煤的最高内在水分指标，
7、以符号MHC表示。2）矿物质和水分煤中矿物质是天然含于煤中的无机组分。它的来源和分布特性可分为三类。 原生矿物质由成煤植物自身所含的矿物质形成，它们参与煤的有机分子 结构，一般说，含量很少，难以选出。次生矿物质成煤过程中，由外界进入成煤沼泽中的矿物质形成。这种矿 物质在煤中以夹层、包裹体、浸染状或填充等嵌布状态分布。外来矿物质它们原来并不含于煤中，只是在采煤过程中混入的顶板、底 板或夹矸层中的矸石。表 1-1-6 煤中常见元素表兀素在煤中的形态兀素在煤中的形态Si硅酸盐Ca碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐Al含铝硅酸盐K和Na硅酸盐、碳酸盐Fe黄铁矿、白铁矿S黄铁矿、白铁矿Mg碳酸盐、硅酸盐P磷灰石煤中
8、矿物质的化学组成十分复杂，含元素达60余种（见表1-1-6）。煤中除常见元素外，还有有害元素如氯(Cl)、砷(As)、硫(S)、磷(P)。煤中有时也存在 稀有元素和放射形元素，现举例分述如下：(1) 锗(Ge)绝大多数煤中都含有锗，有的工业可采品位达到20g/1,锗在 低变质煤中含量较高。(2) 镓(Ga)在自然界中无独立的矿石，而在煤中却普遍存在，其工业可采 品位是30g/1,尤其是煤中三氧化二铝(AlO)含量高时，含镓量也高。镓多存在23于煤层的顶底板和加矸中。(3) 铀(U)铀是煤中富集的元素之一，含铀达200-500g/1时，就有提取价 值。铀多赋存于年轻煤中，在高硫富锗的煤中含铀量也
9、高。(4) 钒(V)钒赋存于煤中，在我国，石煤中含钒量很高，工业可采品位是 0.5%-1.0%。(5) 铼(Re)在有些煤中富集铼，它的工业可采品位为大于11g/1。(6) 钛(Ti)钛也是煤中有提取价值的元素，当TiO的工业可采品位大于2%2时，即可提取钛。人们很难迅速测得煤中矿物质的含量。为适应生产的需要，工业分析中测定 煤的灰分产率可近似地反映煤中矿物质的含量。测定煤的灰分是将一定量的煤样 放入箱形电炉内，在规定的高温下灰化，最后以恒重的残留物质量的百分比作为 灰分产率，简称灰分，以符号“A”表示。煤的灰分实际量略小于矿物质。2. 煤的有机组成煤除去无机质部分即是煤的有机质部分。煤中有机
10、质部分是煤的主体，其性 质和数量是决定煤炭加工利用的方向，也是确定煤炭分类的重要指标。一般采用 工业分析和元素分析测定煤的有机组成。1) 工业分析确定煤的有机质部分工业分析确定煤的有机质部分就是测定煤的有机组成挥发分产率和固 定碳。测定挥发分产率的方法就是把煤在规定的高温下隔绝空气加热一定时间 后，煤样受热分解出来的气体蒸汽状产物的百分率减去煤样所含水分的百分率即 为煤的挥发分产率(简称挥发分)。残留下来的不挥发的固态称为焦渣(或称焦 饼)。从焦渣的百分率减去灰分产率即为固定碳的百分率。由于挥发分不是煤样固有的物质，而是在特定条件下煤的有机质受热分解的产 物，因此不能称煤的挥发分含量而称挥发分产率。煤的挥发分产率是规范性很强的一项试验，测定结果完全取决于所规定的试验条 件，其中以加热温度和加热时间尤为主要。各国测定挥发分产率的标准见表 1-1-7。煤的挥发分产率以符号V表示，固定碳以FC表示。以空气干燥基煤样为例， FC用减差法求得，即FC (%)=100-(M +A +V )。挥发分和固定碳是表示煤的有机 组成，用它们表征有机特征时，不应受水分和灰分的影响，因此须换算成干燥无 灰基态，即 V 和 C 。煤的 V 随着煤化程度的加深而减少，因而它也是一个表 征煤化程度深浅的重要指标。df测定挥发分产率的同时，利用坩埚中残留的焦渣特征
