第二章煤的一般性質(zhì)

二、煤的顯微組分

煤的顯微組分(maceral,micropetrologicalunit)，是指煤在顯微鏡下能能夠區(qū)別和辨識(shí)的基本組成成分。分為：

有機(jī)顯微組分：在顯微鏡下能觀察到的煤中成煤原始植物組織轉(zhuǎn)變而成的顯微組分。

無(wú)機(jī)顯微組分：在顯微鏡下能觀察到的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)。1、煤的有機(jī)顯微組分

腐植煤的有機(jī)顯微組分包括：鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組。在顯微鏡下的特征是：鏡質(zhì)組：透射光下呈橙紅色，透明或半透明，較均一，不含或少含礦物質(zhì)，見(jiàn)垂直裂紋。普通反射光下呈灰色，油浸反射光下呈深灰色，無(wú)突起。惰質(zhì)組：透射光下呈黑色，不透明。反射光下突起高，呈白色，油浸反射光時(shí)呈亮白色。殼質(zhì)組：透射光下透明到半透明，呈黃色或橙紅色，輪廓清晰，外形特殊。普通反射光下大多有突起，呈深灰色，油浸反射光下－灰黑色或黑灰色。1.1鏡質(zhì)組（又稱(chēng)凝膠化組分）的成因

通過(guò)凝膠化作用形成。成煤植物的組織在氣流閉塞、積水較深的沼澤環(huán)境下，產(chǎn)生極其復(fù)雜的變化。一方面是植物組織在微生物作用下，分解、水解、化合形成新的化合物并破壞植物組織器官的細(xì)胞結(jié)構(gòu)；另一方面植物組織在沼澤水的浸泡下吸水膨脹，使植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)變形、破壞乃至消失，或進(jìn)一步再分解為凝膠的過(guò)程。植物組織經(jīng)凝膠化作用并經(jīng)煤化作用后形成凝膠化組分（鏡質(zhì)組）。鏡質(zhì)組是煤中最主要煤巖組分，含量50－80％，甚至90％。根據(jù)凝膠化程度的不同，鏡質(zhì)組還可細(xì)分為：結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和碎屑體。1.2、惰質(zhì)組（又稱(chēng)絲質(zhì)組）的成因

惰質(zhì)組是通過(guò)絲炭化作用或火焚作用形成。

絲炭化作用：成煤植物的組織在積水較少、濕度不足的條件下，木質(zhì)纖維組織經(jīng)脫水作用和緩慢的氧化作用后，又轉(zhuǎn)入缺氧的環(huán)境，進(jìn)一步經(jīng)煤化作用后轉(zhuǎn)化為惰質(zhì)化組分。絲炭化作用也可以作用于已經(jīng)受不同程度凝膠化作用的組分上，但經(jīng)絲炭化作用后的組分不能再發(fā)生凝膠化作用成為凝膠化組分。

火焚作用：有的絲炭化組分是由于古代沼澤森林火災(zāi)后，由燒焦的炭化組織轉(zhuǎn)化而來(lái)的，稱(chēng)為火焚絲質(zhì)體。在顯微鏡下觀察，該類(lèi)絲炭化組分細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整清晰，且由于沒(méi)有經(jīng)受凝膠化作用，細(xì)胞壁沒(méi)有發(fā)生吸水膨脹，因此，胞壁薄。煤中含量在10－20％，對(duì)煤的性質(zhì)有重要影響。1.3、殼質(zhì)組（又稱(chēng)穩(wěn)定組）的成因

殼質(zhì)組又稱(chēng)穩(wěn)定組，是由成煤植物中化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的組織器官轉(zhuǎn)化而來(lái)的。在泥炭化作用階段，因化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，沒(méi)有遭受生物化學(xué)作用的破壞而保存在煤中，經(jīng)煤化作用后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定組分。煤中常見(jiàn)的穩(wěn)定組分有：孢子體、花粉體、樹(shù)脂體、角質(zhì)體、木栓體等。穩(wěn)定組分在透射光下透明到半透明，呈現(xiàn)黃色到橙紅色，輪廓清楚，外形特殊；在反射光下呈現(xiàn)深灰色，大多數(shù)有突起。穩(wěn)定組分在煤中的含量不大，對(duì)煤的性質(zhì)影響很小。個(gè)別情況下，有穩(wěn)定組分富集的煤出現(xiàn)，如樂(lè)平樹(shù)皮煤、撫順燭煤。穩(wěn)定組分的氫含量高，發(fā)熱量高。2、煤中的礦物質(zhì)——無(wú)機(jī)顯微成分

煤的無(wú)機(jī)顯微成分主要是指粘土礦物、黃鐵礦、石英、方解石等，在顯微鏡下可以進(jìn)行區(qū)分。

粘土類(lèi)礦物：高嶺石，伊利石，水云母，…

硫化物類(lèi)礦物：黃鐵礦，白鐵礦，…

碳酸鹽類(lèi)礦物：方解石，菱鐵礦，…

氧化物類(lèi)礦物：石英，…

硫酸鹽類(lèi)礦物：石膏，…

三、顯微煤巖組分的反射率

在反射光下，顯微組分表面的反射光強(qiáng)度和入射光強(qiáng)度之比稱(chēng)為反射率。反射率可以在空氣中即干物鏡下測(cè)定，以R(%)表示；也可以在油浸物鏡下測(cè)定，以Ro(%)表示。從長(zhǎng)焰煤到無(wú)煙煤，Ro增加十幾倍，而R只增加兩三倍。在與煤層層面成任意交角的切面上最大反射率不變，而最小反射率則隨交角不同而變化。在三種有機(jī)顯微組分中，隨煤化程度的變化，只有鏡質(zhì)組呈現(xiàn)較為均勻的變化，因此，一般將油浸物鏡下測(cè)定的鏡質(zhì)組最大反射率Romax作為分析比較的指標(biāo)。煤的反射率是煤巖學(xué)定量研究煤性質(zhì)的重要指標(biāo)，特別是在反映煤的變質(zhì)程度、預(yù)測(cè)煤的黏結(jié)性，用于煤炭分類(lèi)、指導(dǎo)煤炭加工利用等方面，具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。

1、腐植煤的煤巖類(lèi)型1.1鏡煤鏡煤呈黑色，光澤最強(qiáng)，質(zhì)地均勻，性脆，斷口多呈貝殼狀，內(nèi)生裂隙特別發(fā)達(dá)。在煤層中鏡煤常呈透鏡狀或條帶狀，大多厚幾毫米到1～2cm，有時(shí)呈線理狀?yuàn)A在亮煤或暗煤中。鏡煤的顯微組成單一，主要是植物的木質(zhì)纖維組織經(jīng)凝膠化作用形成的鏡質(zhì)組。性質(zhì)：V、H高，黏結(jié)性強(qiáng)，礦物質(zhì)含量少1.2絲炭

絲炭外觀象木炭，顏色灰黑，具有明顯的纖維狀結(jié)構(gòu)和絲絹光澤。絲炭疏松多孔，性脆易碎，碎后成為纖維狀或粉末狀，能染指。在煤層中絲炭的數(shù)量一般不多，常呈扁平透鏡體，大多厚1～2mm至幾mm，有時(shí)也能形成不連續(xù)的薄層。在顯微鏡下觀察，絲炭的顯微組成也是單一的，是簡(jiǎn)單的煤巖成分，主要是植物經(jīng)受火災(zāi)后的木炭轉(zhuǎn)化而來(lái)的惰質(zhì)組構(gòu)成。性質(zhì)：致密堅(jiān)硬、密度大，H低、C高，V低，無(wú)黏結(jié)性，可選性差，孔隙大。1.3亮煤

顏色深黑，光澤較強(qiáng)，僅次于鏡煤，性較脆，內(nèi)生裂隙發(fā)育。亮煤的均一程度不如鏡煤，表面隱約可見(jiàn)微細(xì)紋理，內(nèi)生裂隙發(fā)育程度不及鏡煤。在顯微鏡下觀察，亮煤組成比較復(fù)雜，它以鏡質(zhì)組為主，并含有不同數(shù)量的惰質(zhì)組、殼質(zhì)組和礦物質(zhì)。亮煤是最常見(jiàn)的宏觀煤巖成分，不少煤層是以亮煤為主組成的，有的整個(gè)煤層都是亮煤組成的。性質(zhì)：亮煤的性質(zhì)接近鏡煤，但由于惰質(zhì)組和礦物質(zhì)的存在，質(zhì)量比鏡煤差。1.4暗煤

光澤暗淡，一般呈灰黑色，致密，密度大，內(nèi)生裂隙不發(fā)育，堅(jiān)硬而具韌性，斷面粗糙。暗煤也是煤層中常見(jiàn)的宏觀煤巖成分，在煤層中，可以由暗煤為主形成較厚的分層，甚至單獨(dú)成層。在顯微鏡下觀察，暗煤組成復(fù)雜，一般鏡質(zhì)組較少，礦物質(zhì)含量較高。性質(zhì)：取決于各組分的含量，如富含殼質(zhì)組分，V、H高，黏結(jié)性強(qiáng)；富含惰質(zhì)組分，礦物含量高，密度大，V低、弱黏結(jié)。腐植煤的巖石類(lèi)型與顯微組分之間的關(guān)系2、煤的光澤巖石類(lèi)型煤的光澤巖石類(lèi)型一般按平均光澤強(qiáng)度把煤的光澤巖石類(lèi)型依次劃分為光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤四種基本類(lèi)型。五、煤巖學(xué)的應(yīng)用（1）煤的成因研究在顯微鏡下觀察煤的薄片,可以確定成煤植物的種類(lèi)，根據(jù)煤中保存的植物遺體(表皮,孢子,花粉)，確定成煤植物的種屬。（2）煤的可選性研究煤中礦物質(zhì)的種類(lèi)、粒度、數(shù)量及其分布特征對(duì)煤的可選性影響極大。通過(guò)研究顯微組分(包括無(wú)機(jī)顯微組分)的組成與其可選性關(guān)系的研究，可以預(yù)測(cè)煤的可選性，選擇合理的破碎粒度、選煤工藝和流程。（3）評(píng)價(jià)煤質(zhì)、指導(dǎo)煤炭加工利用在煤質(zhì)評(píng)價(jià)和指導(dǎo)煤炭加工利用時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)一些僅用化學(xué)分析的方法所不能解釋的現(xiàn)象，而需應(yīng)用煤巖學(xué)的方法才能解決。第二節(jié)煤的物理性質(zhì)一、煤的密度1.真(相對(duì))密度TrueRelativeDensity,TRD(真密度)1.1真密度的概念：20℃時(shí)煤的質(zhì)量與同體積(不包括煤的所有孔隙)水的質(zhì)量之比。1.2真密度的用途：真密度是煤的主要物理性質(zhì)之一，在研究煤的分子結(jié)構(gòu)、確定煤化程度、制定煤的分選密度時(shí)，都會(huì)用到煤的真密度。純煤真密度的計(jì)算公式式中：dA－灰的平均真密度，無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)可取為3.0g/cm3；

Ad－干燥基灰分產(chǎn)率，％。有時(shí)用下式估算純煤的真密度：(TRD)daf＝TRD－0.01Ad，％

TRD第二節(jié)煤的物理性質(zhì)1.3純煤真密度的概念：在研究煤質(zhì)時(shí)，為了排除煤中礦物質(zhì)的影響，有時(shí)用到純煤真密度的概念。它是指煤的有機(jī)質(zhì)的真密度，用(TRD)daf表示。可從TRD和煤的灰分等進(jìn)行計(jì)算。1.4影響煤真密度的因素影響煤真密度的因素有成因類(lèi)型、煤巖組成、礦物質(zhì)、煤化程度等。成因類(lèi)型的影響：★腐植煤的真密度一般不低于1.25g/cm3，而腐泥煤僅為1.00g/cm3左右；

1.4影響煤真密度的因素影響煤真密度的因素有成因類(lèi)型、煤巖組成、礦物質(zhì)、煤化程度等。

煤巖組成的影響★惰質(zhì)組的密度最大，鏡質(zhì)組次之，殼質(zhì)組最低，隨煤化程度的提高這種差別減小，到無(wú)煙煤階段趨于一致；

第二節(jié)煤的物理性質(zhì)1.4影響煤真密度的因素影響煤真密度的因素有成因類(lèi)型、煤巖組成、礦物質(zhì)、煤化程度等。

礦物質(zhì)的影響★礦物質(zhì)的密度較煤的有機(jī)質(zhì)高，因而，煤中礦物質(zhì)含量高則真密度大；

第二節(jié)煤的物理性質(zhì)1.4影響煤真密度的因素影響煤真密度的因素有成因類(lèi)型、煤巖組成、礦物質(zhì)、煤化程度等。

煤化程度的影響：

★對(duì)煤的真密度影響最大的是煤化程度。

第二節(jié)煤的物理性質(zhì)煤化程度對(duì)煤的真密度的影響

從低煤化度開(kāi)始，隨煤化程度的提高，煤的真密度緩慢減小，到碳含量為86％～89％之間的中等煤化程度時(shí)，煤的真密度最低，約為1.30g/cm3左右，此后，煤化程度再提高，煤的真密度急劇提高到1.90g/cm3左右。殼質(zhì)組鏡質(zhì)組惰質(zhì)組煤化程度對(duì)煤的真密度的影響

煤真密度隨煤化程度的變化是煤分子結(jié)構(gòu)變化的宏觀表現(xiàn)。從化學(xué)結(jié)構(gòu)的角度看，煤的真密度反映了煤分子結(jié)構(gòu)的緊密程度和化學(xué)組成的特點(diǎn)。其中分子結(jié)構(gòu)的緊密程度是影響煤真密度的關(guān)鍵因素。（1）分子結(jié)構(gòu)的影響（2）化學(xué)組成的影響2煤的視(相對(duì))密度apparentrelativedensity,ARD2.1視密度的概念：20℃時(shí)煤的質(zhì)量與同體積（僅包括煤粒的內(nèi)部孔隙）水的質(zhì)量之比。2.2視密度的用途

●煤的視密度可用于計(jì)算煤的埋藏量。

●計(jì)算煤的孔隙率，％第二節(jié)煤的物理性質(zhì)五、煤的光學(xué)性質(zhì)

煤的光學(xué)性質(zhì)主要有可見(jiàn)光照射下的反射率、折射率和透光率以及不可見(jiàn)光照射下的X－射線、紅外光譜、紫外光譜和熒光性質(zhì)等。這里只介紹煤的透光率。

五、煤的光學(xué)性質(zhì)◆煤的透光率：是指煤樣在100℃的稀硝酸溶液中處理90min，所得有色溶液對(duì)一定波長(zhǎng)（475nm）的光的透過(guò)率。有色溶液透光率的測(cè)定有分光光度計(jì)法和目視比色法兩種。分光光度計(jì)法因其重現(xiàn)性差，一般用得不多，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用目視比色法測(cè)定有色溶液的透光率，用PM表示。◆

PM的用途：年輕煤煤化程度指標(biāo)，用于分類(lèi)。一般年輕褐煤的PM小于30％，年老褐煤在30％～50％之間；長(zhǎng)焰煤的PM通常大于50％；氣煤的PM一般大于90％。一、煤的潤(rùn)濕性

1、煤的潤(rùn)濕性當(dāng)液體和固體接觸時(shí)，如果固體分子與液體間的作用力大于液體分子間的作用力，則固體可被液體潤(rùn)濕，反之，則不能潤(rùn)濕。通常采用接觸角表示煤的潤(rùn)濕性的大小，接觸角越大，煤的潤(rùn)濕性越差。接觸角是指通過(guò)三相接觸周邊(三相接觸點(diǎn)的連線)的任何一點(diǎn)，經(jīng)氣－液界面作切線(即氣－液界面張力)，構(gòu)成液體與固體表面的夾角，即為接觸角θ。第三節(jié)煤的固態(tài)膠體性質(zhì)

一、煤的潤(rùn)濕性g-sg-sl-s第三節(jié)煤的固態(tài)膠體性質(zhì)2、煤的潤(rùn)濕性的隨煤化程度變化規(guī)律◆對(duì)水而言：隨煤化程度加深，接觸角增大，潤(rùn)濕性降低；

◆對(duì)苯而言：隨煤化程度加深，接觸角減小，潤(rùn)濕性提高。通常，年輕煤對(duì)水介質(zhì)的親和性較強(qiáng)，中等以上煤化程度的煤對(duì)水的親和性較差。在煤的浮選脫灰過(guò)程中，就是利用煤與礦物質(zhì)親水性的差異進(jìn)行分離的。礦物質(zhì)表現(xiàn)為親水性，而煤一般表現(xiàn)為疏水性，但年輕煤由于分子中含有大量的極性含氧官能團(tuán)，表現(xiàn)為較強(qiáng)的親水性，因而其可浮性較差，不宜采用浮選工藝。第三節(jié)煤的固態(tài)膠體性質(zhì)二、煤的潤(rùn)濕熱3.1潤(rùn)濕熱的概念：煤被液體潤(rùn)濕時(shí)會(huì)釋放出熱量，通常用1g煤被潤(rùn)濕時(shí)釋放出的熱量作為煤的潤(rùn)濕熱。3.2潤(rùn)濕熱的本質(zhì)：年輕煤的潤(rùn)濕熱較高，但隨著煤化程度的提高而急劇下降，在碳含量為90％左右達(dá)到最低值，以后又有所上升。潤(rùn)濕熱的產(chǎn)生實(shí)際上是液體在煤的孔隙內(nèi)表面上發(fā)生吸附作用的結(jié)果。吸附作用越強(qiáng)，比表面積越大，潤(rùn)濕熱就越高。第三節(jié)煤的固態(tài)膠體性質(zhì)3.3潤(rùn)濕熱的影響因素介質(zhì)的種類(lèi)、礦物質(zhì)的含量等均有影響，但主要與比表面積有關(guān)。試驗(yàn)表明，煤的潤(rùn)濕熱大致為0.39~0.42J/m2。利用潤(rùn)濕熱可以大致估計(jì)煤的比表面積，但不準(zhǔn)確。

二、煤的潤(rùn)濕熱第三節(jié)煤的固態(tài)膠體性質(zhì)三、煤的孔隙率和比表面積1、煤的孔隙率：煤是一種固態(tài)膠體物質(zhì)，其內(nèi)部存在著很多毛細(xì)管和孔隙。煤內(nèi)部孔隙的體積占煤的整個(gè)體積的百分?jǐn)?shù)，稱(chēng)為孔隙率。煤中孔隙的孔徑并不均勻，通常根據(jù)孔徑大小將其劃分為大孔、中孔和微孔，分別用Vmac、Vmes和Vmic表示，總孔容用Vt表示?？讖降膭澐秩缦卤硭荆旱谌?jié)煤的固態(tài)膠體性質(zhì)孔類(lèi)型孔徑(nm)大孔(macropore)中孔(mesopore)微孔(micropore)>502～50<2煤的孔隙率隨煤化程度的變化規(guī)律。第三節(jié)煤的固態(tài)膠體性質(zhì)2、煤的比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的煤內(nèi)部孔隙的面積，m2/g。煤的比表面積是煤內(nèi)部孔隙的表面積的反映。測(cè)定煤比表面積最簡(jiǎn)單的方法是甲醇潤(rùn)濕熱法，這一方法誤差較大，已不再使用，現(xiàn)在多用吸附法測(cè)定煤的比表面積，常用的吸附介質(zhì)是氮、氦、氪、氙和二氧化碳。吸附介質(zhì)不同時(shí)，測(cè)定結(jié)果差別很大。從孔的可接近性和擴(kuò)散活化能來(lái)看，多數(shù)人認(rèn)為-78℃下用二氧化碳測(cè)定的結(jié)果較為可靠。第三節(jié)煤的固態(tài)膠體性質(zhì)煤的比表面積表4－7用不同吸附介質(zhì)在不同溫度下測(cè)得的煤比表面積，m2/gC%dafN2－196℃Kr－78℃CO2－78℃CO225℃Xe0℃95.03417624622422690.009614614614186.203410712510983.6020801046279.21117921328472.71284198139149第四節(jié)煤的化學(xué)性質(zhì)一、煤的氧化（一）煤氧化的程度煤的氧化是在一定條件下，氧化劑氧化了煤分子，使結(jié)構(gòu)從復(fù)雜到簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)化過(guò)程。氧化的溫度越高、氧化劑越強(qiáng)、氧化的時(shí)間越長(zhǎng)，氧化產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)就越簡(jiǎn)單，從結(jié)構(gòu)復(fù)雜的腐植酸到較簡(jiǎn)單的苯羧酸，直至最后被完全氧化為二氧化碳和水。常用的氧化劑為：高錳酸鉀、重鉻酸鈉、雙氧水、空氣、純氧、硝酸等。一般將煤的氧化分為表面氧化、輕度氧化、中度氧化、深度氧化和完全氧化，見(jiàn)表。煤的氧化程度劃分氧化階段主要氧化條件主要氧化產(chǎn)物I從常溫到100℃左右，空氣或氧氣氧化表面碳氧絡(luò)合物煤的表面氧化II100～300℃被空氣或氧氣氧化；100～200℃在堿溶液中被空氣或氧氣氧化；80～100℃被硝酸氧化溶于堿的高分子有機(jī)酸(再生腐植酸)煤的輕度氧化－可控III200～300℃在堿溶液中，用空氣或氧氣加壓氧化；堿性介質(zhì)中，用KMnO4或H2O2氧化溶于水的復(fù)雜有機(jī)酸(次有機(jī)酸)煤的深度氧化－可控IV條件與III相同,但增加氧化劑用量,延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間可溶于水的苯羧酸煤的深度氧化－可控V完全氧化CO2和H2O煤的完全氧化（二）煤的風(fēng)化

1、煤風(fēng)化的概念煤的風(fēng)化是指離地表較近的煤層，經(jīng)受風(fēng)、雪、雨、露、冰凍、日光和空氣中氧等的長(zhǎng)時(shí)間作用，使煤的性質(zhì)發(fā)生一系列不利變化，如發(fā)熱量下降、灰分增加、黏結(jié)性消失等，這種現(xiàn)象稱(chēng)為煤的風(fēng)化。被開(kāi)采出來(lái)存放在地面上的煤，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間與空氣作用，也會(huì)發(fā)生緩慢的氧化作用，使煤質(zhì)發(fā)生變化，這一過(guò)程也稱(chēng)為風(fēng)化作用。

煤風(fēng)化的本質(zhì)是煤的氧化作用過(guò)程。第四節(jié)煤的化學(xué)性質(zhì)2、煤風(fēng)化后的變化

●化學(xué)組成的變化：碳元素和氫元素含量下降，氧含量增加，腐植酸含量增加；

●物理性質(zhì)的變化：光澤暗淡，機(jī)械強(qiáng)度下降、硬度下降，疏松易碎，表面積增加，對(duì)水的潤(rùn)濕性增大；

●工藝性質(zhì)的變化：干餾時(shí)的焦油產(chǎn)率下降、發(fā)熱量降低，黏結(jié)性煤的黏結(jié)性下降甚至消失，煤的可浮性變差，浮選回收率下降，精煤脫水困難。（二）煤的風(fēng)化

第四節(jié)煤的化學(xué)性質(zhì)1、自燃發(fā)生的原因煤風(fēng)化過(guò)程的實(shí)質(zhì)是煤的氧化過(guò)程，也就是一個(gè)放熱過(guò)程。如果煤氧化釋放的熱量不能及時(shí)散發(fā)，則會(huì)被煤吸收而使煤的溫度提高。溫度的提高又促使了煤更加劇烈的氧化，放出的熱量就更多。當(dāng)溫度達(dá)到煤的著火點(diǎn)時(shí)就會(huì)發(fā)火燃燒，這一過(guò)程稱(chēng)為煤的自燃。

2、防止自燃的措施防止煤自