中国矿业大学煤岩与煤化学复习总结

煤岩与煤化学复习总结一、植物演化与成煤作用的关系（书中5到8页）成煤作用：从植物死亡堆积到形成煤炭的过程。①腐泥化（泥炭化）阶段：主要发生于地表的泥炭沼泽、湖泊及浅海滨岸地带，主要作用：菌解作用（表生的生物地球化学作用）结果：使低等植物转变为腐泥，高等植物则形成泥炭。②煤化作用阶段：泥炭由于地层沉降等原因被沉积物覆盖掩埋于地下深处经成岩作用，即煤在温度、压力条件下进一步转化的物理化学作用，使碳的含量进一步增加，成为褐煤；其后有的经历变质作用阶段，是褐煤受高温高压的影响而变为烟煤和无烟煤的过程。二、世界和中国最重要聚煤期；石炭-二叠纪是全世界范围内最重要的聚煤时期，地势比较平坦，植物繁盛，聚煤作用强，为第一大聚煤时期侏罗纪（2.05亿年前)和早白垩世是（0.65亿年前)被认为是世界上第二个重要的聚煤期。在我国，侏罗纪被认为是最重要的聚煤时期，特别是我国西部地区，侏罗纪煤炭储量占我国煤炭总储量的60%左右。被子植物成为0.23～0.65亿年间（第三纪）的聚煤的主要物质来源。这个时期被称为世界上第三个聚煤时期。三、植物的组成和化学性质；根：植物进化过程中适应陆生条件所形成的一种器官，具有吸收、支持、合成和贮藏的功能。其主要功能：从土壤中吸收水、二氧化碳和无机盐类（硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐），以及钾钙镁等离子而转化为植物生存所必需的物质。茎：主要功能是将水分、无机盐和有机盐类和有机营养物质运送到植物体的各个部分，同时又支持枝叶花果有利于进行光合作用、开花、传粉及果实和种子的散布，此外，还有贮藏养料的功能。叶：主要功能是光合作用和蒸腾作用，他们都是植物赖以生存所必需的。光合作用是绿色植物的叶片，在阳光下利用二氧化碳和水合成有机质，并放出氧气的过程，因此形成了大气中碳循环的重要途径。（1）碳水化合物（2）木质素：（3）蛋白质：（4）脂类化合物低等植物主要组成：碳水化合物、蛋白质。脂肪含量较高。高等植物主要组成：纤维素、半纤维素、木质素为主。木本植物有机组成：活细胞中原生质为蛋白质，茎叶为纤维素和木质素为主。角质膜、木栓层、孢子、花粉含大量脂类化合物。四、植物遗体的堆积环境；（有问题，不确定）泥炭沼泽的形成需具备三个条件：气候、地理、构造。气候：适于植物的生长，地理：有水体，构造：沼泽要持续缓慢沉降。五、沼泽的分类；（书中的全面，19到21页）一）沼泽体发育过程的形式与阶段；可分为高位型、低位型；二）沼泽体所处的地貌类型及水分养分状况；划分亚型，例如湖滨洼地沼泽亚型、阶地沼泽亚型、闭流宽谷沼泽亚型；三）植被及其在沼泽体中的分布规律。划分沼泽体，例如睡菜-苔草沼泽、蒿草-木里苔草沼泽。六、植物残骸的堆积方式（理论或学说）1、原地生成说（原地堆积说）：认为造煤植物的残骸堆积于植物繁衍生存的泥炭沼泽内，没经过搬运，在原地堆积并转变为泥炭，最终成煤。2、异地生成说（异地堆积说）认为泥炭层形成的地方，即植物残体大量堆积的地方并不是成煤植物生长的地方，植物残体经过长距离搬运后，再在浅水盆地、泻湖、三角洲地带堆积而成。3、微异地生成说（或称“亚原地生成说”）泥炭沼泽内部植物残体、部分泥炭受冲刷搬运并重新堆积的现象比较常见七、泥炭有机质中碳、氢、氧、氯、硫等元素含量，结合泥炭类型；答：碳——是泥炭有机质中主要的组成元素，其含量多在50%-60%，最高可达65%以上。一般碳含量木本泥炭＞草本泥炭＞藓类泥炭氢——含量主要和泥炭的类型有关，一般变化为4.7%~7.5%，由贫营养泥炭至富营养泥炭氢的含量减少。氧——含量为30%~40%，含量的高低主要受形成泥炭的植物及其分解程度的影响。氮——含量高低及其存在的形态，主要与泥炭类型有关。富营养泥炭氮含量较高，一般为1.5%~3.5%，且以蛋白氮和杂环氮为主，占全氮的91.9%，富营养泥炭中草本泥炭氮含量高于木本泥炭；贫营养泥炭氮含量较低，一般为0.8%~1.2%。硫——在泥炭有机质中的含量比其他各种固体可燃矿产都低，平均含量为0.3%，最高0.66%，最低0.08%。一般硫含量在贫营养泥炭中较低，富营养泥炭中较高。八、泥炭化作用的氧化还原环境，产生不同的显微组分，其具体组分的泥炭化作用特征；？还原环境——镜质组——凝胶化作用氧化环境——惰质组——丝炭化作用强氧化环境——壳质组——残植化作用九、古地理环境对泥炭的影响；1）聚集环境与硫含量：硫是煤中的有害成分，成煤沼泽水下为还原环境，因此硫在煤中主要以黄铁矿﹑白铁矿的形式存在，可形成于同生﹑成岩和后生各个阶段。同生期的硫含量多少主要与沼译介质条件有关，与成煤植物种类关系不大。因为植物有机组分中只有蛋白质含硫，一般为0.3~2.4%，高等植物含蛋白质少，仅1~7%。但海岸红树林沼泽泥炭含硫量高达5.16%，比落羽杉泥炭高20倍，主要与海岸泥炭的堆积环境有关。红树林泥炭通常富硫。滨海沼泽泥炭硫含量高，不仅与成煤植物富硫有关，更重要的是和滨海泥炭沼泽的介质有关。海水中丰富的硫酸根离子是造成滨海泥炭富硫的重要物质基础。海水介质条件、厌氧环境以及微生物活动对于泥炭中硫份的形成有重大的影响。2）据煤环境与煤的还原程度：近海型煤各种煤质指标均高于其他类型煤相煤，且顶板为灰岩时更为明显，原因可能是滨海沼泽还原环境造成。生成的强还原煤富黄铁矿，粘土矿物以水云母、蒙脱石为主，弱还原煤以高岭石为主。十、煤的成岩作用与变质作用答：由泥炭经过物理化学作用形成年青褐煤的过程，为煤的成岩作用。年青褐煤，在较高的温度、压力及较长地质时间等因素的作用下，进一步发生物理化学变化，变成老褐煤(亮褐煤)、烟煤、无烟煤、变无烟煤的过程称为煤的变质作用。变质作用开始于亮褐煤的形成。十一、煤化作用特点1）煤在连续地系列演化过程中，可明显地显现出增碳化(相对)趋势(特点)，即由泥炭阶段含有C、H、O、N、S五种主要元素，演变到无烟煤阶段基本上只含碳(C)一种元素。因此，煤化作用过程，也可称作异种元素的排出过程。2）其次，随着煤化作用进程，煤的有机分子表现为结构单一化趋势，即由泥炭阶段含多种官能团的结构，逐渐演变到无烟煤阶段只含缩合芳核的结构，最后演变为石墨结构。煤化作用过程实际上依序排除不稳定结构的过程。即逐渐保存稳定结构。3）随着煤化作用进程，煤的有机为分子结构表现为致密化和定向排列的趋势①煤的有机分子侧链由长变短，数目变少；②腐植复合物的稠核芳香系统不断增大，逐渐趋于紧密；③分子量加大，缩合度提高；④分子排列逐渐规则化，从混杂排列到层状有序排列，因此反光性能增强。4）随着煤化作用进程，煤显微组分性质呈现为均一性趋势。在煤化作用的低级阶段，煤显微组分的光性和化学组成结构差异显著，但随着煤化作用的进行，这些差异趋于一致，变得愈来愈不易区分。高变质煤的煤岩组分不易识别。5）煤化作用是一种不可逆的反应。煤化作用只有由浅而深、或者被终止，不可能发生由深变质的煤转变为浅变质的煤，不可逆转性。煤化作用不是简单的化学反应十二、煤化指标及其作用（主要、辅助）答：一般以煤层平均煤样的干燥无灰基（可燃基）挥发分Vdaf值作为主要指标、镜质体反射率Romax为辅助指标。主要煤化指标：水分（Mad，％）：水分是低煤化阶段的较敏感的煤化程度指标。水分是燃烧过程中的有害物质之一，它在燃烧过程中吸收大量的热，对燃烧的影响比灰分大得多。发热量（Q）：褐煤及低煤化烟煤阶段的煤化指标。镜质组发热量主要决定于水分的含量。随着水分的降低发热量大致成比例地增高。氢含量（Hdaf，％）：氢含量是无烟煤和变无烟煤阶段较敏感的煤化指标。无烟煤阶段氢的析出量最大，氢含量减少的最为明显，从4%降至1%。碳含量（Cdaf，％）：从亮褐煤到接近气煤与肥煤分界的阶段及无烟煤阶段，碳含量的变化较为明显，可作为煤化程度指标。挥发分（Vdaf，％）：肥煤到贫煤阶段，挥发分是良好的煤化程度指标。挥发分高代表煤中非芳香馏分（脂肪官能团和脂环官能团）含量高。十三、发热量、挥发分、荧光性，影响煤发热量的因素答：挥发分：（全称为挥发份产率）煤样在规定条件下隔绝空气加热，煤中的有机物质受热分解出一部分分子量较小的液态（此时为蒸汽状态）和气态产物，这些产物称为挥发物。荧光性：是一种有机质和矿物的发光现象，是用蓝光、紫外光、X射线或阴极射线激发而发光的性质。在低煤化阶段，壳质组的荧光性是较好的煤化程度指标。煤的荧光性与反射率之间具有互相消长的关系煤的发热量是每单位质量的煤在完全燃烧时所产生的热量，常用cal/g或kcal/kg表示。影响煤发热量的因素：煤的发热量与煤成因类型、煤岩成分、煤化程度（煤级）、煤中矿物杂质的含量、煤的风氧化程度有关。煤成因类型：残植煤和腐泥煤的发热量比腐植煤要高。煤岩成分：壳质组＞镜质组＞惰质组低煤级时，惰质组的发热量可以比镜质组高煤化程度：当煤以镜质组为主时，随煤级升高，煤的发热量逐渐增高，至中煤级的焦煤、瘦煤时达到高峰，以后又稍有下降。煤的发热量随煤中矿物杂志含量的增加而降低。煤受风氧化后，煤的发热量下降。煤炭分类与煤的工业利用十四、煤的变质作用类型在煤化作用过程中，热增温对煤的变质起着主导的作用。因热源和增热的方式及变质特征不同，煤的变质划分为深成变质作用、岩浆变质作用(区域岩浆热变质作用和接触变质作用)、动力变质作用。1、深成变质作用希尔特定律人们早就发现煤的各种性质及特征随埋藏深度的增加而变化这一现象或规律。德国学者希尔特提出：在地层大致水平的条件下，每百米煤的挥发分降低约2.3％，即煤的变质程度随埋藏深度的加深而增高。希尔特定律的表示——挥发分梯度或镜质体反射率梯度。是指煤层因沉降而埋藏于地下深处，由于地热及上覆岩系静压力作用下煤所发生的变质作用。这种变质作用的增高，往往是与煤层埋藏深度加大有直接关系。深成变质作用主要是由地热（地温）引起。由于地热是由地表向地下深处逐渐增高，故又称为为地热变质作用。又因为其影响的广泛性，还将深成变质作用称为区域变质作用。2、岩浆变质作用由于岩浆热、挥发分气体和压力的影响，使煤发生的变质作用。这种变质作用形成的条件：由于岩浆的侵入、穿过或靠近煤层或煤系。分为两种类型：1）.与浅成侵入岩有关的接触变质作用；2）.与地下庞大的深成侵入体有关的区域岩浆热力变质作用。3、动力变质作用动力变质作用是指由于地壳构造变动的直接原因而造成煤发生变质的作用。构造变动产生的动压力不能促进化学煤化作用的进行，一般只引起物理煤化作用。所以只有当构造应力作用于煤岩层而产生大量摩擦热后，从而导致煤的变质由于这种热量往往较少，因此动力变质作用主要发生在煤层围岩导热差，且热量易于集中的相对密闭的环境。十五、煤化指标和煤质分析: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）（即不透光率）、恒湿无灰基高位发热量（Qgr,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煤质分析：水分：根据煤的水分含量来大致推断煤的变质程度。灰分：。灰分高，说明煤中可燃成份较低。发热量就低。还有，在精煤炼焦中，灰分高低决定焦炭的灰分，进而影响焦炭的机械强度。挥发分：指煤样在规定的条件下，隔绝空气加热，并进行水分校正后的挥发物质产率即为挥发分。煤的挥发分和煤岩组成有关，角质类的挥发分最高，镜煤、亮煤次之，丝碳最低。挥发分也是判明煤炭着火特性的首要指标。挥发分含量越高，着火越易。挥发分又分为很多指标，有空气干燥基挥发份（Vad）、干燥基挥发份（Vd）、干燥无灰基挥发份（Vdaf）和收到基挥发份（Var）。其中Vdaf是煤炭分类的最重要指标之一。煤的镜质体发射率：是反映煤化程度的一个指标。R随着有机组分中碳含量的增高而增高，随挥发分的增高而减少。能较好的反映煤的变质程度。定碳：一般，煤中固定炭含量小于煤中有机质的碳含量，只有在高煤化度的煤中两者才趋于接近。十六、标准中各基准符号的意义和大小：空气干燥基：ad，收到基：ar，干燥无灰基：daf，干燥无矿物质基：dmmf干燥基：d。基准关系空气干燥基（ad）：以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准。干燥