[科普中國]-腐泥煤

物化性質(zhì)

腐泥煤是由湖沼、潟湖或閉塞海灣環(huán)境中菌藻類及浮游生物遺體經(jīng)腐泥化作用形成腐泥，再經(jīng)煤化作用轉(zhuǎn)變而成的煤。它光澤暗淡，結(jié)構(gòu)均一，呈塊狀構(gòu)造，常具有貝殼狀斷口，韌性較大，易燃，燃燒時有瀝青味，多呈透鏡狀或薄層狀賦存于腐植煤煤層中，偶爾也能形成單獨(dú)的可采煤層。

低變質(zhì)腐泥煤的揮發(fā)分、氫含量和含油率都比較高，適于煉油，是制造人造液體燃料和潤滑油的寶貴原料。藻煤是腐泥煤的典型代表，早古生代石煤即為高變質(zhì)的腐泥煤，一般灰分高，但也有低灰分的。腐泥煤中的礦物質(zhì)若超過一定數(shù)量時，即為油頁巖。腐泥煤大多呈透鏡體或薄層夾在腐殖煤中。2

腐泥化作用腐泥化作用是低等植物和浮游生物遺體在湖沼、潟湖和海灣等還原環(huán)境中轉(zhuǎn)變成腐泥的生物化學(xué)作用。

影響腐泥化作用的因素有原始質(zhì)料、聚積環(huán)境和水介質(zhì)條件等。參與腐泥化作用的原始質(zhì)料，主要是富含蛋白蛋、脂肪的各種藻類和浮游微體生物，還有流水或風(fēng)搬運(yùn)來的高等植物殘體，包括孢子、花粉、角質(zhì)膜及木質(zhì)纖維組織等的細(xì)小碎屑，有的還有魚類、爬行動物、昆蟲及其排泄物。適于低等植物和浮游生物發(fā)育的環(huán)境為湖沼中心、潟湖、海灣等水域。低等植物和浮游生物死亡后，其遺體常在水體停滯的盆地底部堆積起來，由于氧氣進(jìn)入困難及有機(jī)質(zhì)產(chǎn)物過量，還原條件占優(yōu)勢;進(jìn)氧水介質(zhì)呈弱堿性至堿性，氧化還原電位Eh較低，厭氧細(xì)菌發(fā)育。

腐泥化作用的過程是，在湖沼中心、潟湖、海灣等水域的富氧水面上生長發(fā)育的低等植物和浮游生物死亡后下沉，在下沉的過程中，有的可能受到似細(xì)胞狀細(xì)菌和腐生真菌等的氧化分解;沉到水底后，由于水層的增厚或其它沉積物的覆蓋，轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原環(huán)境。在厭氧細(xì)菌的作用下，低等植物和浮游生物遺體中的蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物經(jīng)分解、合成作用，形成一種含水量很高的絮狀黑灰色膠體物質(zhì)，經(jīng)脫水、壓實(shí)，即形成富含水分和瀝青質(zhì)的有機(jī)軟泥，稱為腐泥。若腐泥化作用進(jìn)行到一定階段便趨于停止，腐泥中常保存藻類，成為藻煤的前身;若腐泥化作用進(jìn)行得比較徹底，則腐泥中的藻類及其它有機(jī)質(zhì)的結(jié)構(gòu)全部被破壞，僅在顯微鏡下能隱約地看到這些組分的輪廓，則成為膠泥煤的前身——膠泥; 若在腐泥化作用過程中帶入孢粉等高等植物的殘體，便成為腐植腐泥煤的前身;若帶入較多的礦物質(zhì)，就可能成為油頁巖的前身。3

泥煤與褐煤泥炭（PEAT），又稱草炭，泥煤，它是古代沼澤環(huán)境特有的產(chǎn)物，在多水中缺少空氣的條件下，死亡后的松軟的有機(jī)堆積層，東北泥炭屬高寒地區(qū)，這種泥炭的氮和灰分元素含量較低；略顯酸性或強(qiáng)酸性，PH值為5.0---5.9；EC值小于1，持水量很高。一般有52%（V），通氣性良好，通氣空隙在27---29%間。

褐煤是褐色至黑色的煤，為泥煤在適當(dāng)壓力下變化而生成，是一種煤化成度僅次于泥碳的年輕煤，介于泥煤和煙煤之間。干燥的褐煤大約含碳60%～77%，比重1.1～1.4，揮發(fā)物一般大于40%以上，熱值為62，000Kcal～73，000Kcal/Kg。雖然全世界煤儲量中估計(jì)褐煤約占50%以上，但因它的熱值、貯存安定性和性質(zhì)比煙煤低劣，并未被大量開采。褐煤含有腐植酸。有土狀褐煤、暗褐煤和亮褐煤三種。

褐煤和泥煤是由是不同植物形成的。褐煤是大型樹木的遺體形成的；泥煤是泥炭蘚、冰蘚、苔草和其他水生植物形成的。褐煤與泥煤的碳化程度不同。褐煤碳化程度比泥煤高；褐煤熱值比泥煤高，泥煤是低熱值煤。

藻煤藻煤(boghead coal)保存有藻類、菌類等低等植物結(jié)構(gòu)的腐泥煤。它呈褐色，光澤暗淡，致密狀或略顯層理，結(jié)構(gòu)均一，常具貝殼狀斷口。它在顯微鏡下觀察，常見Pila或Reinschia藻群體，藻類有不同程度的膨化，均勻地分布在瀝青質(zhì)體基質(zhì)中，基質(zhì)中常有細(xì)小分散的粘土礦物；透射光下呈黃色、淺棕黃色；熒光下具亮黃色或棕黃色。藻煤由于揮發(fā)分和氫含量高，因而焦油出率高，為煉油的良好原料。藻煤在中國分布廣泛，晚古生代、中生代及新生代均有發(fā)現(xiàn)，山東肥城、兗州，山西渾源、大同、蒲縣等地均有出產(chǎn)。

蒲縣太原組煤中夾有兩層藻煤，山西組煤中夾有一層，以山西組較好，厚度可達(dá)0.4m左右，藻類體含量可達(dá)62%，主要為Pila藻。渾源藻煤中有少量Reinschia藻。俄羅斯莫斯科、澳大利亞、英國蘇格蘭、巴西巴伊亞州馬拉古村均見有藻煤。

腐泥煤的各種形式膠泥煤(saprocollite)成煤低等植物全部分解的腐泥煤。其外貌與藻煤類似，呈黑色或深褐色，顯微鏡下觀察很難見到輪廓清晰的藻類，幾乎全由無結(jié)構(gòu)的腐泥基質(zhì)組成。

膠泥煤是無結(jié)構(gòu)的腐泥煤。其特點(diǎn)是成煤植物分解徹底，幾乎完全由基質(zhì)組成，看不 到有輪廓清楚的藻類。它的物理和化學(xué)性質(zhì)與腐泥煤基本相似，但揮發(fā)分、氫含量和發(fā)熱 量比腐泥煤稍低。我國山西渾源的膠泥煤，成煤植物強(qiáng)烈分解，沒有保持任何結(jié)構(gòu)。顯微 鏡下見到的是褐黃色或橙黃色的基質(zhì)。

腐泥煤的灰分在50～70%、甚至高達(dá)85%時，一般就稱之為油頁巖。所以，從成因上 看，油頁巖是腐泥煤的變種之一。我國遼寧的撫順、吉林的樺甸、廣東的茂名、山東的黃 縣等地都有大量的油頁巖; 湘、鄂、浙、皖等省的高灰分石煤，也屬腐泥煤的一種，其特 點(diǎn)是變質(zhì)程度很高，與無煙煤相當(dāng)，但揮發(fā)分和發(fā)熱量低。只能作為劣質(zhì)燃料使用。油頁 巖經(jīng)低溫干餾后，可制取人造液體燃料和有機(jī)化工原料。4

腐泥煤的孔隙結(jié)構(gòu)及分形特征1) 腐泥煤整體的孔隙結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不同成熟度樣品孔隙發(fā)育差異較大，壓汞和低溫氮吸附試驗(yàn)揭示了腐泥煤具有 3 種不同的孔徑分布，類型Ⅰ: 微孔和中孔含量較高，微孔以 4 nm 孔隙最為發(fā)育；類型Ⅱ: 微孔和小孔較發(fā)育，微孔孔徑集中于 4 nm 和2 nm，小孔孔徑集中于 10 ～ 50 nm； 類型Ⅲ: 孔隙整體發(fā)育不好，微孔相對發(fā)育。1

2) 腐泥煤孔隙比表面積分形維數(shù)為 2. 59 ～2. 93?？紫侗缺砻娣e分形維數(shù)與腐泥煤物性參數(shù)具有相關(guān)性，腐泥煤的灰分越高，分形維數(shù)越小，分形維數(shù)與孔隙度有微弱的正相關(guān)關(guān)系。變質(zhì)作用對腐泥煤孔隙結(jié)構(gòu)起到了均一化的作用，Ro越大，孔隙比表面積分形維數(shù)變化范圍越小。

3) 壓汞試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明了腐泥煤孔隙總體上具有 2 種截然不同的分形特征，分界線為 1 000 nm左右，D1為 2. 47 ～ 3. 01，D2為 3. 53 ～ 3. 96。把煤的不同孔徑段孔隙體積比作為權(quán)值，對分形維數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，得到煤 的綜合分形維數(shù)為 3. 17 ～3. 90。綜合分形維數(shù)與孔隙總體積呈正相關(guān) 關(guān)系，隨著綜合分形維數(shù)的增大，微小孔比例上升，中孔和大孔含量減少，而 Ro對于綜合分形維數(shù)的影響較為復(fù)雜。1