[科普中國]-煤質(zhì)特征

煤的巖石學特征

煤的巖石學特征受植物群落和沉積環(huán)境背景的影響。植物群落一方面與自身的時代演替和古氣候演替有關(guān)，其主要受沉積環(huán)境背景的影響。覆水較深的泥炭沼澤易于形成以草本植物為主體的泥炭沼澤 或以 低等藻 類植物 為主 的腐泥，煤常以線理狀和塊狀為特征。覆水較淺的泥炭沼澤易于形成以木本植物為主體的泥炭沼澤，煤常以條帶狀和透鏡狀為特征。撫順盆地是我國一個非常著名的古近紀含煤盆地，其煤的類型豐富多彩，包括腐殖煤、腐泥煤、腐殖 -腐泥混合煤和琥珀殘殖煤。以煤的類型和煤的結(jié)構(gòu)構(gòu)造類型為基礎(chǔ)建立撫順煤田煤的巖性相類型，發(fā)現(xiàn)煤的巖性相類型與煤的顯微組分組成和形成條件，以及植物群落類型和泥炭的堆集機制有著密切的關(guān)系(莊新國等，1999b)。1

煤的礦物學特征煤的礦物學特征包括有機顯微組分和無機礦物質(zhì)兩部分。有機顯微組分主要來自成煤植物，可劃分為三大類，即鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組和惰質(zhì)組。煤中有機顯微組分的構(gòu)成主要受泥炭沼澤類型、埋藏速率、氧化還原條件和水介質(zhì)條件等因素影響。將中國北方相對快速沉降的斷陷盆地與緩慢沉降的大型坳陷盆地對比研究，發(fā)現(xiàn)相對快速沉降的斷陷湖盆內(nèi)煤多以富鏡質(zhì)組和貧惰質(zhì)組為特征，例如：東北早白堊世阜新盆地海州組不同煤層的顯微組分組成，中間層、太平層和孫家灣層煤層均以高的鏡質(zhì)組(86% ～94%)、低的惰質(zhì)組(1.7% ～6.5%)和殼質(zhì)組(4.6% ～7.5%)含量為特征(X.Querol，etal.，1997);東北古近紀撫順盆地古城子組煤層以腐殖煤為主，并夾多層腐泥煤。腐殖煤的鏡質(zhì)組含量平均可達96%以上(莊新國等，1999)。云南新近紀先鋒盆地煤的顯微組分以腐殖組占絕對優(yōu)勢，平均為 91.6%(邢軍等，1999)。而在緩慢沉降的大型坳陷盆地中，由于盆地基底處于一種相對的穩(wěn)定階段，泥炭沼澤在緩慢沉降背景下發(fā)育，易于形成高位化表蓋突起而遭氧化。例如：早、中侏羅世鄂爾多斯盆地延安組煤層煤多以富惰質(zhì)組為特征，常夾有富惰質(zhì)組的分層，煤中惰質(zhì)組含量一般大于 30%(李思田等，1992);煤中惰質(zhì)組的含量分布受沉積體系類型的控制，沖積平原煤層的惰質(zhì)組含量通常高于三角洲體系。除了中、新生代斷陷盆地具有快速沉降條件外，一些中生代前陸盆地、新生代大型裂谷以及大陸邊緣裂陷也都具有快速沉降、充填和埋藏的有利條件，因而有利于形成富鏡質(zhì)組煤。

煤中的無機礦物相組成主要有硅酸巖類、碳酸巖類和硫化物類，其次是磷酸鹽類和硫酸鹽類等。ColinR.Ward(2002)對煤和煤低溫灰化中發(fā)現(xiàn)的主要礦物進行了系統(tǒng)的概括。煤中礦物質(zhì)的來源主要有四個方面：即，主要通過水流的機械搬運進入泥炭沼澤的陸源碎屑;通過水流機械搬運或通過火山噴發(fā)直接進入泥炭沼澤的火山碎屑;在泥炭沼澤中沉積的生物骨骼顆粒;在泥炭沼澤或泥炭層孔隙中溶液物質(zhì)的沉淀;在后期地質(zhì)作用(包括煤化作用、熱液作用、巖漿作用和風化作用等)過程中，由于煤層中離子的遷移和相互作用形成的礦物質(zhì)。煤中礦物質(zhì)的類型和豐度受泥炭沼澤形成時的構(gòu)造環(huán)境、沉積環(huán)境、物源條件、沼澤水介質(zhì)條件以及后期的地質(zhì)作用控制。1

煤化學特征煤化學特征包括煤的水分、灰分、揮發(fā)分、碳、氫、氧、氮和煤化程度等。煤化學特征取決于煤的礦物學特征和煤化作用。煤中的灰分含量主要來自煤中的無機礦物質(zhì)。對于相同變質(zhì)程度的煤來說，煤的揮發(fā)分、碳、氫和氧含量與煤的有機顯微組分有關(guān)，富鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組的煤具有相對高的揮發(fā)分和氫、氧含量;富惰質(zhì)組的煤具有相對低的揮發(fā)分含量和高的碳含量。隨著煤化作用程度的增高，煤的揮發(fā)分產(chǎn)率、氫和氧元素含量減少，碳含量增高。

煤的地球化學特征主要包括煤中常量和微量元素的豐度和賦存狀態(tài)，其主要受控于泥炭沼澤形成時的沉積環(huán)境背景、物源區(qū)的巖石組成和火山噴發(fā)，以及煤化作用和巖漿侵入過程中的熱液活動。大量研究表明不同地區(qū)和不同煤層煤中常量和微量元素的豐度變化較大，但總體與煤中的礦物質(zhì)有關(guān)。因此，煤中常量和微量元素的總量一般與煤的灰分產(chǎn)率具有明顯的相關(guān)性。常量元素是構(gòu)成煤中常見礦物的主要元素，Si、Al、Na和 K主要來自硅酸鹽礦物;Ca和 Mg主要來自碳酸鹽礦物;S主要來自硫化物礦物(黃鐵礦)，部分硫與有機質(zhì)和硫酸鹽有關(guān);煤中的硫含量主要與泥炭沼澤形成時海水的影響有關(guān)，局部地區(qū)與物源條件和巖漿侵入有關(guān)。

大量研究表明一般受海水影響的泥炭沼澤，而后形成的煤中硫含量較高;硫化物礦物含量較高的物源區(qū)和巖漿侵入煤層也可形成煤層中硫含量的局部增高。Fe主要來自硫化物礦物(黃鐵礦)和碳酸鹽礦物(菱鐵礦);P主要來自磷酸鹽礦物。江西樂平晚二疊和晚三疊世煤的礦物學和地球化學研究表明晚三疊世煤中 Si、Al、Ca、P、K和 Mg含量明顯高于晚二疊世煤，主要由于晚三疊世煤中具有相對較高含量的高嶺石、石英、伊利石、菱鐵礦和白云石礦物;而受海水影響明顯的晚二疊世煤中 S和 Fe含量較高主要由于煤中具有相對較高含量的黃鐵礦和白鐵礦礦物(X.Querol等，2001)。1

煤種分類及煤質(zhì)特征分為十四大類，大類及煤質(zhì)特征如下：

1）無煙煤：煤化程度最高，含碳量高達90%—98%，含氫量較少，一般小于4%。外觀呈黑至鋼灰色，因其光澤強，又稱白煤。硬度高，不易磨碎。純煤的真密度為1.4—1.9g/cm3,燃點高,火焰短,化學反應(yīng)弱.主要生產(chǎn)氮肥和民用,少數(shù)電廠也用。.

2）貧煤：是煤化程度最高的煙煤，受熱時幾乎不產(chǎn)生膠質(zhì)體，所以叫貧煤。含碳量高達90%—92%，燃點高，火焰短，發(fā)熱量高持續(xù)時間長，主要用于動力和民用。

3）瘦煤：是煤化程度最高的煉焦用煤。特性和貧煤一樣，區(qū)別是加熱時產(chǎn)生少量的膠質(zhì)體，能單獨結(jié)焦。因膠質(zhì)體少，所以稱瘦煤。灰融性差，多用于煉焦。

4）1/3焦煤：介于焦煤、肥煤與氣煤之間的含中等或較高揮發(fā)分的強粘結(jié)性煤。單獨煉焦時，能生成強度較高的焦炭。

5）氣肥煤：揮發(fā)分高、粘結(jié)性強的煙煤。單獨煉焦時，能產(chǎn)生大量的煤氣和膠質(zhì)體，但不能生成強度高的焦炭。

6）1/2中粘煤：粘結(jié)性介于氣煤和弱粘煤之間的、揮發(fā)分范圍較寬的煙煤。

7）貧瘦煤：變質(zhì)程度高，粘結(jié)性較差、揮發(fā)分低的煙煤。結(jié)焦性低于瘦煤。

8）焦煤：是結(jié)焦性最好的煉焦煤，也稱主焦煤。中等揮發(fā)分，一般大于18%—30%，大多能單獨煉焦。Y值一般大于12%—25%，主要是煉焦用。

9）氣煤：是煤化程度最底的煉焦煤，干燥無灰基揮發(fā)分均大于30%，膠質(zhì)層最大厚度大于5—25mm，隔絕空氣加熱能產(chǎn)生大量煤氣和焦油。主供煉焦，也作為動力煤和氣化用煤。煤質(zhì)低灰低硫，可選性好，是我國煉焦煤中儲量最多的一種。

10）肥煤：中等煤化程度的煙煤，高于氣煤。揮發(fā)分一般為24%—40%，膠質(zhì)層最大厚度大于25mm，軟化溫度低，有很強的粘結(jié)能力，是配煤煉焦的重要成分。主要用于煉焦，也作動力用煤。

11）弱粘煤：粘結(jié)性較弱，煤化程度較低的煤，介于煉焦煤和非煉焦煤之間，結(jié)焦性較好，低灰低硫高熱量，可選性較好。部分煉焦，多部分作動力煤和民用。

12）不粘煤：揮發(fā)分相當于肥煤和肥氣煤，但幾乎沒有粘結(jié)性，水分高，發(fā)熱量低，主要作動力煤。 13）長焰煤：煤化程度僅高于褐煤的最年輕煙煤，揮發(fā)分高，水分高，不粘，主要是發(fā)電和其他動力用煤。

14）褐煤：是煤化程度最低的煤，外觀呈褐色或黑色，與煙煤最主要的區(qū)別是褐煤含有數(shù)量不等的原生腐植酸，而煙煤不含。高水分高揮發(fā)分，低發(fā)熱量低灰熔點，熱穩(wěn)定性差，主要是發(fā)電和動力用煤。2