第1章煤的生成和分类

第1章煤的生成和分类1、煤是怎么生成的？煤是地壳运动的产物。远在3亿多年前的古生代和1亿多年前的中生代以及几千万年前的新生代时期，大量植物残骸经过复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用后转变成煤，从植物死亡、堆积、埋藏到转变成煤经过了一系列的演变过程，这个过程称为成煤作用。成煤作用大致可分为两个阶段：第一阶段是植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗骸在微生物参加下不断分解、化合和聚积，在这个阶段中起主导作用的是生物地球化学作用。低等植物经过生物地球化学作用形成腐泥，高等植物形成泥炭，因此成煤第一阶段可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。当已形成的泥炭和腐泥由于地壳的下沉等原因而被上覆沉积物所掩埋时，成煤作用转入第二阶段——煤化作用阶段，即泥炭、腐泥在以温度和压力为主的作用下变为煤的过程。成煤第二阶段包括成岩作用和变质作用，在这个阶段中起主导作用的是物理化学作用。在温度和压力的影响下，泥炭进一步变为褐煤（成岩作用），再由褐煤变为烟煤和无烟煤（变质作用）。2、中国的煤都是由哪些时代形成的？据统计，中国的煤约有99%是由古代高等植物大面积死亡后形成的。如距今3亿多年前地球上才出现有较茂盛的石松类、木贼类等高等孢子植物，因而中国最早由高等植物形成的煤始于距今3.5亿年前的古生代的泥盆纪。由于此时形成的煤埋藏地下很久，因而发现的都是一些年老的无烟煤，而且数量很少。到距今3亿多年前的古生代的石炭纪时期，才有大量的高等植物，因而这时形成的煤炭资源才有较大的经济价值，其生成的煤类有烟煤和无烟煤（在俄罗斯则这一时代还有距地表较浅的褐煤），如山西、河北等地就有大量石炭纪烟煤和无烟煤。紧接着是距今约2亿多年前的古生代二叠纪时期，这时已出现有大量的松、柏、银杏等高等裸子植物，这一时期也生成有较多的烟煤和无烟煤。如华北的山西等地都有大量的二叠纪的炼焦煤和无烟煤，到距今约1亿8千多万年前开始的中生代三叠纪，虽然松、柏、银杏和苏铁等高等植物繁茂，但因气候条件不十分有利于煤的形成，因而这一时期生成的煤炭资源较少，且以烟煤为主。到距今1亿5千多万年前的中生代侏罗纪时期，由于苏铁等高等裸子植物生长茂盛，且有利于成煤条件，因而这一时期形成的煤炭资源约占全国总资源的60%左右。煤种以烟煤为主，部分为褐煤，还有少数无烟煤，如山西大同、西部地区的神（府）东（胜）和内蒙古东部、新疆、陕西、青海、甘肃等省（区）都有特大型动力用烟煤煤田的出现。到距今1-2亿多年前的中生代白垩纪，由于成煤条件不利，因而中国这一时代形成的煤炭资源较少。到距今3-6千万年前的新生代第三纪，形成的煤炭资源则比白垩纪多，如云南省境内约有80%左右的煤炭资源为第三纪褐煤。抚顺煤田则为第三纪的气煤和长焰煤。到距今2-3百万年的新生代第四纪则只形成埋藏较浅的泥炭，而未形成有经济价值的褐煤或烟煤。我国各时代煤的资源情况见表1-1。表1-1我国不同时代的含煤分布特征成煤时代石炭纪二叠纪山西统二叠纪石盒子统三叠纪侏罗纪第三纪南方晚二叠世占保有储量/%21.713.82.40.3050.72.707.7占预测资源量/%22.450.2865.50.355.893、世界上对煤是怎么分类的？无论是中国还是世界其他国家，通常把煤分为成因分类和工业分类（或称实用分类）两大体系。成因分类是根据成煤原始植物的不同而进行分类的。工业分类是根据煤的工业利用的途径不同而分类的，如炼焦用煤分类、气化用煤分类、炼油用煤分类和发电用煤分类等。4、煤的成因分类是怎么分类的？煤的成因分类主要分为由高等植物生成的腐殖煤和由低等植物生成的腐泥类，以及由上述两类混合形成的腐殖腐泥煤和腐泥腐殖煤以及残殖煤5大类。其中以腐殖煤在地球上的比例最多，约占全部煤的95%以上。各类煤的基本特性如下。（1）腐殖煤古代高等植物死亡后，其残骸堆积在空气不太充足的低地沼泽中，产生不完全的氧化分解作用（称为半败作用），随后，由于死亡植物残骸的不断堆积，它们完全与空气隔绝而氧气停止进入，这时植物残骸依靠本身含有的氧而发生厌氧细菌的分解作用，从而开始脱水、去羧基（-COOH），放出二氧化碳、水及甲烷等气体，使残骸的碳含量相对增高，氧和氢含量则逐渐减少，形成了一种凝胶状的物质，这种物质称为泥炭。随着地壳的下沉，堆积在沼泽中的泥炭就逐渐被黏土、砂石等物质的堆积而形成了岩层。泥炭在上覆岩层的压力作用下又发生了压紧、失水、胶体老化、硬结等物理和物理化学作用，使覆盖泥炭的化学组成也发生了不断的变化，最后变成了碳含量更高、氧和氢含量更低而致密度更高的褐煤。褐煤在岩层压实下又经过高温（200℃左右）、高压（几千至几万大气压）作用下而逐渐演变成烟煤和无烟煤。地球上真正由高等植物形成的腐殖煤由泥盆纪开始。世界的煤炭资源中有95%以上为腐殖煤。腐殖煤的原始成煤物质为高等植物中的纤维素、半纤维素和木质素等的主要成分，它们是在植物死亡后逐渐形成的。（2）腐泥煤由细胞中含有大量原生质的古代菌藻类低等植物和浮游生物死亡后堆积在湖沼、海湾等水体底部的缺氧环境中，经过腐败作用和物理作用及物理化学作用（即煤化作用）后转变而成的煤。腐泥煤在自然界很少，它常以薄层状或透镜状夹于腐殖煤中。腐泥煤的挥发分高，如相当于褐煤阶段的腐泥煤的挥发分（干燥无灰基）常高达80%-95%左右，而由腐殖煤形成的褐煤的挥发分一般只有40%-65%左右。腐泥煤的主要特点是呈灰黑色，结构较均一，致密块状，硬度和韧性都较大，同时光泽暗淡，具贝壳状断口，且氢含量高、焦油产率也高。这一类煤包括了藻煤、胶泥煤和藻烛煤。（3）腐殖煤泥煤和腐泥腐殖煤腐殖腐泥煤是以古代低等植物和高等植物一起作为原始成煤物质而形成的煤。它是一种介于腐泥煤与腐殖煤之间而以腐泥煤为主的过渡型煤，这一类煤包括烛煤和藻烛煤，其外观多呈灰黑色或灰色，致密而坚硬，其中烛煤的韧性较大，贝壳状断口，块状结构。在显微镜下常见较多的小孢子和黄色或橙黄色的腐泥基质。其氢含量、焦油率和挥发低于腐泥煤而高于腐殖煤。当煤中的腐殖成分高于腐泥成分时就叫做腐泥腐殖煤，其各种性质接近于腐殖煤。(4)残殖煤亦称“树皮煤”或“树皮残殖煤”，它是由古代高等植物死亡后，其残骸中的树皮、蜡、树脂、孢子、花粉等对化学等对化学物质比较稳定的一些组分经过生物化学、物理和物理化学作用后形成的煤。其特点是挥发分、氢含量、焦油产率等都比相同煤化度的腐殖煤高。中国江西的乐平鸣山矿、桥头丘矿和浙江长广等矿区的煤都属于残殖煤。由于这些煤在显微镜下常可见到大量黄色或红色的树皮，故也称树皮残殖煤。5、中国煤的工业分类是怎样的？现行的中国煤分类实际是以炼焦用煤分类为主再结合发电、气化、工业锅炉和窑炉等用途的需要而分类的，共分为褐煤、烟煤和无烟煤3大类。对褐煤大类则又分为更年轻的1号褐煤（代号为HM1）和2号褐煤（HM2）。即凡干燥无灰基挥发分（符号为Vdaf）大于37%、透光率（符号为PM）不超过30%的为1号褐煤；而Vdaf大于37%、PM＞30%-50%的为2号褐煤。对烟煤则更细分为12个小类煤。其中属炼焦煤类别的有气煤（符号为QM）、1/3焦煤（1/3JM）、气肥煤（QF）、肥煤（FM）、焦煤（JM）、1/2中黏煤（1/2ZN）、瘦煤和贫瘦煤共8个小类煤。属于动力用（即非炼焦用）的有长焰煤（CY）、不黏煤（BN）、弱黏煤（RN）和贫煤共4小类煤。煤中最年老的无烟煤（WY）与烟煤的最大区别是其浮煤的干燥无灰基挥发分（Vdaf）不超过10%，而烟煤的Vdaf均在10%以上。根据无烟煤的变质程度和用途的不同又细分为1号无烟煤（WY1）、2号无烟煤（WY2）和3号无烟煤（WY3）3个小类。即Vdaf不超过3.5%的为变质程度最高的1号无烟煤，Vdaf为3.5%-6.5%的为中等变质阶段的典型无烟煤（WY2），Vdaf为6.5%-10.0%的为相对最年轻的3号无烟煤（WY3）。在国际上，对烟煤和无烟煤之和通称为硬煤。6、褐煤有哪些性质和用途？褐煤亦称柴煤，在某些最年轻的褐煤中还可以见到一些树木的结构。褐煤的最大特点是水分大，从矿井或露天矿刚开采出来的褐煤全水分（符号为Mt）一般可达30%-60%以上，其毛细孔内吸附的内在水分（Mad）一般为10%-30%。褐煤的其他特点是含有10%-60%以上的总腐殖酸，挥发分高，Vdaf多在40%-60%以上，无任何黏结性，干燥无灰基高位发热量（Qgr，daf）低。着火点低，放在空气中容易自燃着火，块状褐煤放在空气中易风化变质而碎裂成小块甚至成粉末。它的化学反应性强，热稳定性差。煤灰中常含有较高的CaO（其中大部来自于腐殖酸的钙盐），故其煤灰熔融性软化温度（ST）普遍较低。其元素组成中的碳含量明显比烟煤低，氧含量则大大高于烟煤。其干燥无灰基氧含量（Odaf）一般为15%-30%，碳含量（Cdaf）多为60%-75%，氢含量（Hdaf）大多为4.5%-6.8%，氮含量（Ndaf）普遍高于烟煤。其恒湿无灰基高位发热量（Qgr，maf）均不超过24MJ/kg。褐煤的主要用途是作为发电燃料，如内蒙古东部的伊敏河露天矿褐煤就建有坑口电站，为煤电联营，称为伊敏煤电公司。它具有开采成本低，输送成本甚低，经济效益高的优点。对灰分低、氢碳比大和热值高的褐煤则可作为直接液化生产人造石油和化学产品的原料，如云南先锋矿区褐煤及计划为直接液化的原料。褐煤还可通过气化作为制造合成氨原料，如云南解放军化肥厂就以当地小龙潭褐煤采用鲁奇加压气化炉以生成合成氨的原料气，鲁奇炉生产的煤气也可以作为制造合成甲醇和二甲醚的原料气。而且它还可以作为间接液化制造人造石油的原料。此外，年轻褐煤还可以作为提取腐殖酸原料铵肥料，用于盐碱地和砂土地后可起到明显的增产作用。某些年轻的第三纪褐煤还可作为提取用途广泛的蒙旦腊（俗称煤蜡）的原料。7、无烟煤有哪些性质和用途？无烟煤是变质程度（亦称煤化程度）最高的一种煤，其外观多呈金属光泽。它的特点是挥发分低，固定碳高，真相对密度大，TRDd多为1.35-1.90。无黏结性，着火点高，一般达360-420℃，放在空气中不宜风化和自燃，燃烧时不冒烟，但不容易点燃，如民用煤中用无烟煤制成的蜂窝煤就需用引火煤才能把它点着。其元素成分中的碳含量明显高于烟煤而更高于褐煤，其干燥无灰基碳含量（Cdaf）常达90%-98%，氢含量（Hdaf）则比烟煤和褐煤明显降低，多为0.5%-4.0%，氧含量（Odaf）也多在3%以下。无烟煤的用途十分广泛，特别是中国的无烟煤资源和生产量均居世界各国之首。最著名的宁夏太西无烟煤还远销欧美和东南亚国家。无烟煤最大的用户是作为民用蜂窝煤和煤球，其次是作为电厂单独发电或与烟煤掺烧后发电。从20世纪60年代以来，无烟煤还大量用于高炉喷吹以代替部分焦炭，是炼铁成本大大降低。如山西的阳泉、晋城，河南的永城、焦作、神火以及北京等许多矿区的无烟煤（末煤）都供国内钢铁企业高炉喷吹及烧结矿使用。一些热稳定性高、化学反应性好的无烟煤块煤，如晋城、焦作等无烟块煤都是合成氨厂的良好原料。低灰低硫、高碳、低氢的某些优质无烟煤，如太西无烟煤，还是制造活性炭及碳电极、炭块、阳极糊等其他碳素材料的优良原料。中国的无烟煤资源以山西省最多，全省无烟煤储量达500多亿吨。如晋城、阳泉等是中国最大的无烟煤生产矿区，河南焦作、永城和宁夏的汝箕沟以及北京都是中国主要无烟煤产地；四川的芙蓉和重庆的松藻矿区则是高灰、高硫的无烟煤，只适合于作发电等燃料；贵州的无烟煤资源虽居第二位，但目前开发的不多。8、烟煤有哪些性质和用途？烟煤的分布范围最广，其挥发分（Vdaf）从10%以上到50%左右的均有。无论是中国或是世界主要产煤国家，烟煤的资源和生产量均远大于褐煤和无烟煤。如中国烟煤的历年产量均占煤炭总产量的70%以上，无烟煤占20%以上，褐煤一般不到5%。烟煤通常可分为两大部分：一部分时具有较强黏结性或结焦性的炼焦用煤，另一部分是没有黏结性或黏结性很弱的一般只能作为动力用的煤炭。在中国的炼焦煤资源中，以结焦性最强的肥煤和焦煤为主要炼焦用煤，1/3焦煤和瘦煤也是配煤炼焦的重要原料煤，而气煤的结焦性相对较弱，且资源量和生产量均较大，故只有部分