第一章-煤的物理化學性質(zhì)及煤巖學課件

煤炭轉(zhuǎn)化原理及煤化工技術(shù)第一章煤的物理化學性質(zhì)及煤巖學主要內(nèi)容§1煤的形成過程和煤化程度§2煤巖學基礎§3煤的化學組成§4煤的分類方法和種類§5煤的物理化學性質(zhì)§6煤的工藝性質(zhì)§1煤的形成和煤化程度

1.1－成煤作用煤是植物遺體經(jīng)過復雜的生物、地球化學、物理化學作用轉(zhuǎn)變而成的。從植物死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊航?jīng)過了一系列的演化過程，這個過程稱為成煤作用。§1煤的形成和煤化程度

1.1－成煤作用成煤作用大致可分為兩個階段。第一階段是植物在泥炭沼澤中不斷繁衍，其遺體在微生物參加下不斷分解、化合、聚集的過程。在這個過程中起主導作用的是生物地球化學作用，在這個作用下低等生物形成腐泥，高等植物形成泥炭。因此可稱為腐泥化階段或泥炭化階段。當泥炭和腐泥由于地殼下沉等原因被上覆沉積物掩埋時，就轉(zhuǎn)入第二階段—煤化作用階段，即泥炭、腐泥在以溫度和壓力起主導作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱倪^程。這個階段包括成巖作用和變質(zhì)作用，起主導作用的是物理化學作用。泥炭先變成褐煤（成巖階段），再由褐煤變成煙煤（變質(zhì)階段）?！?煤的形成和煤化程度

1.1－成煤作用煤的形成過程：高等植物：植物泥炭褐煤煙煤無煙煤低等植物：植物腐泥腐泥煤成煤原始物質(zhì)主要是植物，植物界可分為低等植物和高等植物兩大類。屬于低等植物的有菌類和藻類；屬于高等植物的有苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物。根據(jù)成煤植物、成因、化學性質(zhì)和巖石組成的不同，可劃分出以高等植物為主形成的腐植煤和以低等植物為主形成的腐泥煤。自然界腐泥煤很少見，而工業(yè)開采的絕大多數(shù)是腐植煤。泥碳的形成高等植物死亡后變成泥炭的生物化學過程稱為泥炭化作用。一般認為，泥炭化過程的生物化學作用大致分為兩個階段：第一階段，植物遺體中的有機化合物經(jīng)過氧化分解和水解作用，轉(zhuǎn)化為簡單化學活性活潑的化合物；第二階段，分解產(chǎn)物進一步合成為新的化合物，如腐殖酸瀝青等。泥碳的有機組成①腐殖酸，泥炭中最主要的成分。②瀝青質(zhì)，可由合成作用形成，也可由樹脂、蠟質(zhì)孢粉質(zhì)等轉(zhuǎn)化而來，溶于一般的有機溶劑。③未分解或未完全分解的纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)和木質(zhì)素。④變化不多的穩(wěn)定組分，如角質(zhì)膜、樹脂、孢粉等。煤化作用泥炭經(jīng)過褐煤、煙煤的各種煤級直到無煙煤、超級無煙煤的發(fā)展叫煤化作用。溫度、壓力和時間是促使煤變化的因素，其中溫度是主要因素。壓力促進煤的物理結(jié)構(gòu)變化。煤在較高溫度下持續(xù)的時間越長，煤化程度越高。成煤作用的階段劃分泥碳褐煤從泥炭向褐煤轉(zhuǎn)化的早期煤化作用是有機質(zhì)分解作用和合成縮聚平行發(fā)展的過程。分解作用主要表現(xiàn)是泥炭中纖維素和木質(zhì)素含量相對富集，主要發(fā)生在埋藏泥炭的初期階段，是微生物參與下的生物化學煤化作用的結(jié)果；合成縮聚作用在早期煤化作用過程中起主要作用，是一種地球化學煤化作用過程。植物遺體泥碳褐煤煙煤無煙煤超無煙煤褐煤 無煙煤從煙煤向無煙煤演化有4次顯著的躍變。第一次躍變發(fā)生在長焰煤開始階段，特點是瀝青化作用發(fā)生并進入最明顯階段。第二次躍變出現(xiàn)在肥煤焦煤階段，第二次煤化作用又叫煤化作用轉(zhuǎn)折。第三次煤化躍變發(fā)生在煙煤與無煙煤的分界附近。第四次煤化躍變出現(xiàn)在無煙煤與超無煙煤的交界附近。植物遺體泥碳褐煤煙煤無煙煤超無煙煤煤變質(zhì)作用類型在大地構(gòu)造發(fā)展過程中，不同聚煤區(qū)、不同地質(zhì)背景不同，影響煤變質(zhì)的主導因素也不相同，導致在一定地區(qū)出現(xiàn)相應的煤變質(zhì)作用類型，已發(fā)現(xiàn)的有以下幾種。（1）深成變質(zhì)作用是指煤層由于沉降而埋藏于地下深處，主要由于正常古地熱場的影響，以及地溫梯度的存在所造成的煤變質(zhì)作用。由于其影響范圍廣泛，又稱區(qū)域變質(zhì)作用。（2）巖漿熱變質(zhì)作用是巖漿作用所產(chǎn)生的地熱異常引起的，煤受巖漿熱變質(zhì)作用影響后具有一定特征，其化學工藝性質(zhì)表現(xiàn)為肥煤階段前，其主要化學指標與深成變質(zhì)煤相似，進入肥煤（別是焦煤、瘦煤、貧煤）后，煤質(zhì)變化比較明顯。（3）接觸變質(zhì)作用當巖漿侵入和貫穿含煤巖系或直接與煤層接觸時，巖漿的高溫與壓力作用導致接觸帶附近的煤發(fā)生的變質(zhì)作用。受接觸變質(zhì)影響的煤，常喪失黏結(jié)性和結(jié)焦性，揮發(fā)分、水分及發(fā)熱量降低，碳酸鹽礦物含量增高，氣孔結(jié)構(gòu)發(fā)育。煤變質(zhì)作用類型（4）熱液變質(zhì)作用地下深處由于巖漿活動而使巖漿內(nèi)派生的氣液物質(zhì)向圍巖滲流，或由于地下水熱液沿斷裂帶上升對流而形成地熱系統(tǒng)，從而將汽水熱液物質(zhì)攜帶至淺部釋放熱量，造成地熱異常并促使煤發(fā)生變質(zhì)的作用。含煤巖系巖石普遍出現(xiàn)蝕變和礦化現(xiàn)象是熱液變質(zhì)的重要標志之一。（5）燃燒變質(zhì)作用在地史時期，煤層自燃經(jīng)過長期熱效應的積累形成高強度地熱異常并引起煤變質(zhì)的作用。中國西北地區(qū)煤層自燃范圍廣、時間長，新疆、甘肅、寧夏、山西等省均有煤層自燃現(xiàn)象。（6）構(gòu)造動力變質(zhì)作用主要指由于地殼運動的影響，致使巖石受到強烈的擠壓、剪切，或由于強大壓力長期作用，致使內(nèi)外摩擦持續(xù)積累的熱或者由構(gòu)造動能不斷轉(zhuǎn)換為構(gòu)造熱能，從而使煤發(fā)生變化的一種變質(zhì)作用。經(jīng)受構(gòu)造變質(zhì)的煤，其揮發(fā)分減少，反射率值增大，H／C比值明顯降低。§2煤巖學煤是一種固體可燃有機巖，由于自然界成煤物質(zhì)的不同及聚積環(huán)境的多樣化和各自不同的煤化途徑，其巖石組成比較復雜。用肉眼觀察時，可以看出煤大多數(shù)是不均一的，通?？煞殖霾煌拿簬r成分和煤巖類型；在顯微鏡下，更可以揭示煤組成的細節(jié)，進一步區(qū)分出各種顯微組分和顯微煤巖類型。應用煤巖學方法確定煤的煤巖組成、煤化特征等特征，是評價煤的性質(zhì)和用途的重要依據(jù)，是解決實際問題的重要基礎?！?煤巖學

2.1－煤的宏觀特征煤巖成分煤巖成分是指肉眼可區(qū)分的基本組成單元，亦稱煤巖組分。在條帶狀煙煤中有鏡煤、亮煤、暗煤和絲炭4種煤巖成分。其中，鏡煤和絲炭是簡單的煤巖成分，亮煤和暗煤是復雜的煤巖成分。鏡煤是煤中顏色最黑、光澤最亮的成分，質(zhì)地均勻，具有貝殼狀斷口，以垂直于條帶的內(nèi)生裂隙發(fā)育為特征。內(nèi)生裂隙面常呈眼球狀。鏡煤性脆，易破碎成棱角狀小塊。在煤層中常呈透鏡狀或條帶狀。在4種煤巖成分中，鏡煤的揮發(fā)分高，黏結(jié)性強。亮煤是最常見的煤巖成分，不少煤層以亮煤為主組成較厚的分層，甚至整個煤層。它的光澤僅次于鏡煤，較脆，內(nèi)生裂隙也較發(fā)育，但程度次于鏡煤，密度較小，有時也有貝殼狀斷口。亮煤的均一程度不如鏡煤，表面隱約可見細微的紋理。顯微鏡下觀察，亮煤組成以鏡質(zhì)組為主，含有一定數(shù)量的惰質(zhì)組和殼質(zhì)組?！?煤巖學

2.1－煤的宏觀特征暗煤一般呈灰黑色，光澤暗淡，密度大，內(nèi)生裂隙不發(fā)育，斷面粗糙，致密堅硬具韌性。常以較厚的分層出現(xiàn)，甚至單獨成層。顯微鏡下觀察，暗煤的組成復雜多樣，其特征和性質(zhì)取決于顯微組成。富含惰質(zhì)組的暗煤，往往略帶絲絹光澤，揮發(fā)分低，黏結(jié)性弱；富含殼質(zhì)組的暗煤，略帶油脂光澤，揮發(fā)分和含氫量較高，黏結(jié)性較好；含大量礦物的暗煤，則密度大，灰分產(chǎn)率高。絲炭外觀像木炭，顏色灰黑，具有明顯的纖維狀結(jié)構(gòu)和絲絹狀光澤。它疏松多孔，性脆易碎，能染指。絲炭的空腔常被礦物充填成礦化絲炭，堅硬致密，密度大。在煤層中，一般絲炭的數(shù)量不多，常呈扁平透鏡狀沿層理面分布，大多厚1～2mm到幾個毫米，有時也能形成不連續(xù)的薄層。絲炭的氫含量低，碳含量高，不具黏結(jié)性；由于孔隙度大，吸氧性強，容易受氧化而自燃?！?煤巖學

2.1－煤的宏觀特征宏觀煤巖類型宏觀煤巖類型是按煤的總體相對光澤劃分的類型。它是煤巖成分的自然共生組合的反映。中國通常用宏觀煤巖類型作為肉眼觀察研究煤層的單位，共劃分為光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤4種類型。宏觀煤巖類型劃分依據(jù)是根據(jù)煤中“光亮成分”

—鏡煤和亮煤在分層中的含量及其反映出來的總體相對光澤強度。§2煤巖學

2.1－煤的宏觀特征宏觀煤巖類型的劃分指標§2煤巖學

2.1－煤的宏觀結(jié)構(gòu)和構(gòu)造煤的宏觀結(jié)構(gòu)是指煤巖成分的形態(tài)、大小所表現(xiàn)的特征，最常見的有以下幾種。（1）條帶狀結(jié)構(gòu)煤巖成分多呈條帶在煤層中相互交替組成條帶狀結(jié)構(gòu)。按條帶的寬度，可分為：細條帶狀，寬1～3mm；中條帶狀，寬3～5mm；寬條帶狀，大于5mm。條帶狀結(jié)構(gòu)在煙煤中表現(xiàn)明顯，尤其在半亮煤和半暗煤中最常見。（2）線理狀結(jié)構(gòu)鏡煤、絲炭及黏土礦物等常以厚度小于1mm的線理斷續(xù)分布在煤層中，呈現(xiàn)出線理狀結(jié)構(gòu)，常見于半暗煤、暗淡煤。（3）透鏡狀結(jié)構(gòu)鏡煤、絲炭及黏土礦物、黃鐵礦透鏡體散布在比較均一的暗煤或亮煤中，呈現(xiàn)透鏡狀結(jié)構(gòu)，常見于半暗煤、暗淡煤?！?煤巖學

2.1－煤的宏觀結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（4）均一狀結(jié)構(gòu)組成較均一。鏡煤的均一狀結(jié)構(gòu)較典型，某些腐泥煤、腐植腐泥煤也具有均一狀結(jié)構(gòu)。（5）粒狀結(jié)構(gòu)由于煤中散布著大量殼質(zhì)組組分或礦物而呈粒狀。某些暗淡煤中含有大量小孢子和樹皮體而呈粒狀結(jié)構(gòu)，有些半亮煤中含有同生黃鐵礦而呈粒狀結(jié)構(gòu)。此外，還可見到木質(zhì)結(jié)構(gòu)，多見于褐煤中的木煤和低煤化煙煤中的鏡煤；纖維狀結(jié)構(gòu)，見于絲炭；葉片狀結(jié)構(gòu)，當煤中大量的角質(zhì)層沿層面分布，具有纖細的頁理，能分成葉片狀或紙狀。中國泥盆紀角質(zhì)殘植煤具有典型的葉片狀結(jié)構(gòu)?！?煤巖學

2.1－煤的宏觀結(jié)構(gòu)和構(gòu)造宏觀結(jié)構(gòu)條帶狀結(jié)構(gòu)、線理狀結(jié)構(gòu)、透鏡狀結(jié)構(gòu)、均一狀結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)、木質(zhì)結(jié)構(gòu)、纖維狀結(jié)構(gòu)、葉片狀結(jié)構(gòu)宏觀煤巖類型光亮煤、半亮煤、半暗煤、暗淡煤煤巖成分鏡煤、亮煤、暗煤、絲炭描述其形態(tài)不同煤巖成分組成煤巖類型表面特征結(jié)構(gòu)特征§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成在顯微鏡下才能識別的煤中基本有機組成單元，稱為顯微組分。煤中的礦物質(zhì)是煤中無機組成部分。顯微鏡下通常用兩種方法鑒定煤片：一種是透射光下觀察煤的薄片，鑒定標志主要是透光色、形態(tài)和結(jié)構(gòu)等；另一種是在反射光下觀察煤的光片和煤磚光片，鑒定標志除反射色、形態(tài)和結(jié)構(gòu)外，還有突起等。反射光下常用油浸物鏡進行觀察。20世紀80年代以后廣泛使用了熒光顯微鏡，發(fā)現(xiàn)了一些新的僅在熒光下才能識別的顯微組分，獲得了熒光色、熒光強度、熒光變化的新的標志，深化了對顯微組分的認識?！?煤巖學

2.2－煤的顯微組成1．國際硬煤的顯微組分分類國際煤巖學會（ICCP）的硬煤顯微組分分類方案是國際上廣泛應用的分類，已被國際標準化組織（ISO）在煤巖分析中采用，適用于煙煤和無煙煤。該分類將所有的顯微組分分為3個組：鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組和惰質(zhì)組。每個組都包括一系列成因，物理性質(zhì)和化學工藝性質(zhì)相近的顯微組分，但3個顯微組分組之間在其化學成分和性質(zhì)上有相當明顯的區(qū)別?！?煤巖學

2.2－煤的顯微組成國際硬煤的顯微組分分類§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成國際硬煤的顯微組分分類（續(xù)）§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成國際硬煤的顯微組分分類（續(xù)）§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成2．中國煙煤的顯微組分分類（GB/T15588-2001）中國煙煤顯微組分分類是總結(jié)了中國煤巖工作的經(jīng)驗，采用成因與工藝性質(zhì)相結(jié)合的原則，以顯微鏡油浸反射光下的特征為主，結(jié)合透射光和熒光特征進行分類。首先根據(jù)煤中有機成分的顏色、反射力、突起、形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征，劃分出顯微組分組；再根據(jù)細胞結(jié)構(gòu)保存程度、形態(tài)、大小以及光性特征的差別，將顯微組分組進一步劃分為顯微組分和顯微亞組分。中國煙煤顯微組分包括3個顯微組分組、20個顯微組分、12個顯微亞組分。與國際硬煤顯微組分分類的區(qū)別在于：沒有進一步劃分顯微組分種；在惰質(zhì)組中刪去了菌類體，增加了真菌體和分泌體；在殼質(zhì)組中增加了樹皮體?！?煤巖學

2.2－煤的顯微組成中國煙煤的顯微組分分類§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成中國煙煤的顯微組分分類（續(xù)）§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成中國煙煤的顯微組分分類（續(xù)）§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成3．褐煤的顯微組分分類褐煤在世界煤炭儲量中占有相當大的比例。中國內(nèi)蒙東部、云南第三紀煤田的褐煤占該地區(qū)儲量的大部分，而且褐煤煤田多屬于巨厚煤層，宜于露天開采，有極大的經(jīng)濟價值。顯微組分分類是研究褐煤組成和性質(zhì)的基礎，中國目前尚未建立自己的分類系統(tǒng)，大多應用國際煤巖學委員會的褐煤顯微組分分類。該分類中的腐植組、穩(wěn)定組和惰質(zhì)組分別與硬煤分類中的鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組和惰質(zhì)組相當?！?煤巖學

2.2－煤的顯微組成國際褐煤的顯微組分分類§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成國際褐煤的顯微組分分類（續(xù)）§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成國際褐煤的顯微組分分類（續(xù)）§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成褐煤腐植組與硬煤鏡質(zhì)組的對比§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成

white=inertinite

grey=vitrinite

darkgrey=exinite.§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成4.顯微組分的化學性質(zhì)在煤的三大顯微組分組中，鏡質(zhì)組是世界大多數(shù)煤田煤中最主要的顯微組分，也是決定煤的工藝性質(zhì)的主要成分。鏡質(zhì)組與惰質(zhì)組相比，揮發(fā)分、氫含量、氧含量高，同時水分、氮含量、焦油產(chǎn)率亦高。在煤化過程中，隨著煤級增高，鏡質(zhì)組的揮發(fā)分、氧含量、氫碳原子比和氧碳原子比明顯減少，而碳含量、芳香度增高。由于反射率和揮發(fā)分這兩個參數(shù)都與鏡質(zhì)組結(jié)構(gòu)單元的芳構(gòu)化程度有關(guān)，因而煙煤中鏡質(zhì)組的反射率增高和揮發(fā)分降低的程度幾乎相同，都是很好的煤級指標。在煤化過程中，鏡質(zhì)組隨著芳香稠環(huán)側(cè)鏈羥基、羧基、甲氧基、羰基，以及環(huán)氧的脫落和芳香稠環(huán)縮合程度的增高碳含量隨之增高?！?煤巖學

2.2－煤的顯微組成中國煤中鏡質(zhì)組（腐木質(zhì)體）的工業(yè)分析和元素分析的數(shù)據(jù)§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成中國煤中鏡質(zhì)組（腐木質(zhì)體）的工業(yè)分析和元素分析的數(shù)據(jù)(續(xù))§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成4.顯微組分的化學性質(zhì)在三大顯微組分組中，惰質(zhì)組的揮發(fā)分、氫含量和氫碳原子比最低，而碳含量最高。在煤化過程中，隨著煤級增高，惰質(zhì)組的揮發(fā)分、氫含量、氧含量、氫碳原子比亦降低，碳含量、芳香度增高，但與鏡質(zhì)組相比，其變化幅度小。在三大組中，殼質(zhì)組化學性質(zhì)的特點是揮發(fā)分和氫含量最高，氫碳原子比大多在１以上，而芳香度低。在中煤級煙煤中，殼質(zhì)組的化學性質(zhì)變化很快，逐漸與鏡質(zhì)組的化學性質(zhì)趨于一致?！?煤巖學

2.2－煤的顯微組成中國煤中惰質(zhì)組的工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)§2煤巖學

2.2－煤的顯微組成中國煤中殼質(zhì)組的工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)通常把煤中礦物質(zhì)理解為煤中伴生的一切無機組分，既包括肉眼和顯微鏡下可識別的礦物，又包括鏡下難以鑒別的且與有機質(zhì)結(jié)合的金屬和陰離子。煤中礦物質(zhì)的多少，一方面不僅直接影響煤炭發(fā)熱量的高低，還影響到煤炭的加工利用特性。中國大多數(shù)煤中礦物質(zhì)含量較高，全國原煤平均灰分大多在20％以上，對煤的合理利用和環(huán)境保護有極其不利的影響；另一方面，煤中所富集的達到工業(yè)品位要求的稀有元素、放射性元素是伴生的有用礦產(chǎn)，有的礦物和伴生元素在煤炭加工利用中起催化作用，提高了煤的經(jīng)濟技術(shù)價值?！?煤巖學

2.3－煤中的礦物質(zhì)1．煤中礦物質(zhì)的分類據(jù)Finkelman（1981）資料，煤中已鑒定出來的礦物達125種以上。（1）按成因分類煤中的礦物質(zhì)按成因可分為3類，即：植物成因的礦物質(zhì)、陸源碎屑成因的礦物質(zhì)、化學成因和生物化學成因的礦物質(zhì)?！?煤巖學

2.3－煤中的礦物質(zhì)①礦物質(zhì)是植物生長必不可少營養(yǎng)物質(zhì)，植物細胞壁的礦質(zhì)化，主要是硅質(zhì)化和鈣質(zhì)化，可以增強植物本身的機械支撐能力。賦存在沼澤植物中的礦物質(zhì)成煤后，形成了煤中植物成因的礦物質(zhì)。植物成因的礦物質(zhì)很少，難以用物理方法脫除。②陸源碎屑成因的礦物質(zhì)是指由風力和水流搬運到泥炭沼澤，并沉積的陸源碎屑礦物和巖屑。煤中常見的陸源碎屑礦物有黏土礦物，石英，以及長石、云母，并有鋯石、電氣石、磷灰石、石榴子石、獨居石、重晶石、錫石、磷釔礦等副礦物，還有火山碎屑。③化學成因的礦物是在水溶液中直接化學沉淀形成，和溶液與泥炭有機質(zhì)反應，以及煤中的有機質(zhì)和無機質(zhì)反應后形成的。常見的化學成因礦物有高嶺石、硫化物礦物、菱鐵礦和部分石英?！?煤巖學

2.3－煤中的礦物質(zhì)（2）按形成時期分類煤中礦物質(zhì)按形成時期可分為同生礦物和后生礦物兩類。同生礦物是指在成煤作用的第一階段泥炭聚積期和早期成巖作用階段形成的礦物。它既有新形成的礦物，又包括風力和水流帶來的陸源碎屑礦物。同生礦物主要有高嶺石、石英、黃鐵礦、菱鐵礦等。后生礦物是指在成煤作用第二階段，在煤層中形成的礦物。主要是由地下水（包括熱液）帶來的礦物質(zhì)，如黃鐵礦、石英、高嶺石、方解石、菱鐵礦等；也包括在后生作用過程中，由于溫度、壓力的增高，原有的同生礦物，特別是黏土礦物，發(fā)生變化形成的礦物；還包括煤系地層重新接近地表，在表生作用下在煤層中形成的礦物，如石膏、褐鐵礦等?！?煤巖學

2.3－煤中的礦物質(zhì)2．煤中的各類礦物（1）黏土礦物黏土礦物是世界和中國大多數(shù)煤中最主要的礦物。煤中黏土礦物以高嶺石、伊利石為主，而蒙皂石和伊利石—蒙皂石混層黏土礦物等比較少。（2）氧化物和氫氧化物礦物氧化物和氫氧化物礦物在煤中常見的有石英，還有金紅石、玉髓、蛋白石、赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦等。世界上已發(fā)現(xiàn)的其他氧化物、氫氧化物礦物，還有銳鈦礦、板鈦礦、欽磁鐵礦、鉻鐵礦、針鐵礦及錫石等。（3）硫化物礦物煤中常見的硫化物礦物主要是黃鐵礦，還有白鐵礦、膠黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、硫鎳鈷礦、雄黃、雌黃、辰砂等。§2煤巖學

2.3－煤中的礦物質(zhì)（4）碳酸鹽類礦物煤中常見的碳酸鹽類礦物有方解石和菱鐵礦；此外，還有白云石、文石和鐵白云石等。煤中碳酸鹽礦物對于火力發(fā)電廠煤的結(jié)渣性和熔渣特征研究有重要意義。（5）煤中其他礦物質(zhì)煤中其他礦物質(zhì)還有硫酸鹽礦物、磷酸鹽礦物、鈾礦物和鹽類礦物。煤中硫酸鹽礦物比較少。通常石膏發(fā)育在風化帶，黃鉀鐵礬見于氧化帶，水綠礬或綠礬與石膏充填在煤的裂隙和空洞中；磷酸鹽礦物主要為磷灰石，在中國見于煤層中黏土巖夾矸層，熱變煤的熱液脈，以及早古生代石煤中。§2煤巖學

2.3－煤中的礦物質(zhì)§2煤巖學

2.3－煤中的礦物質(zhì)§3煤的化學組成煤的工業(yè)分析煤的元素分析§3煤的化學組成

3.1煤的工業(yè)分析煤的工業(yè)分析(proximateanalysis)也叫技術(shù)分析或?qū)嵱梅治?，包括煤中水分、灰分、揮發(fā)分的測定及固定碳的計算。煤的工業(yè)分析是了解煤質(zhì)特征的基礎指標也是評價煤質(zhì)的基本依據(jù)，根據(jù)工業(yè)分析的各項測定結(jié)果可以初步判斷煤的性質(zhì)、種類及其工業(yè)利用途徑。根據(jù)水在煤里面的存在狀態(tài)，將煤中水分分別稱為外在水分、內(nèi)在水分以及同煤中礦物質(zhì)結(jié)合的結(jié)晶水、化合水。外在水分是附著在煤的表面和被煤的表面大毛細管吸附的水。內(nèi)在水分是指吸附和凝聚在煤顆粒內(nèi)部的毛細管中的水。結(jié)晶水和化合水是指煤中礦物質(zhì)里以分子形式和離子形式參加礦物晶格構(gòu)造的水分，如石膏（CaSO4·2H2O）、高嶺土Al4[Si4O10](OH)8§3煤的化學組成

3.1煤的工業(yè)分析－水分（M）煤中的水分對工業(yè)利用是不利的，它對運輸、儲存和使用都有一定影響。同一種煤，其發(fā)熱量將隨水分的升高而降低。煤在燃燒時，需要消耗很多熱量來蒸發(fā)煤中的水分，從而增加了煤耗，水分高的煤，不僅增加了運輸成本，同時給儲存帶來一定困難?！?煤的化學組成

3.1煤的工業(yè)分析－水分煤的灰分是指煤完全燃燒后剩下來的殘渣，這些殘渣幾乎全部來自煤中的礦物質(zhì)。煤中礦物質(zhì)來源有三：①原生礦物質(zhì)——成煤植物中所含的無機元素；②次生礦物質(zhì)——煤形成過程中混入或與煤伴生的礦物質(zhì)；③外來礦物質(zhì)——煤炭開采和加工處理中混入的礦物質(zhì)。§3煤的化學組成

3.1煤的工業(yè)分析－灰分（A）煤的灰分是另一項在煤質(zhì)特性和利用研究中起重要作用的指標。一般來說，煤中礦物質(zhì)不利于煤的加工利用，含量愈低愈好，由于煤灰是煤中礦物質(zhì)熱分解后的殘留物，因此可以用它來推算煤中礦物質(zhì)含量。煤的灰分越高，有效碳的含量就越低。煤的灰分與煤的其他特性如元素成分、發(fā)熱量、結(jié)渣性、活性及可磨性等有程度不同的依賴關(guān)系。此外，由于煤中灰分測定簡單、而礦物質(zhì)在煤中的分布又常常不均勻，因此在煤炭采樣和制樣方法研究中，一般都由灰分來評定方法的準確度和精密度。在煤炭洗選中，一般也以洗煤灰分作為一項評價洗選效果的指標。§3煤的化學組成

3.1煤的工業(yè)分析－灰分工業(yè)分析測定的揮發(fā)分，不是煤中原來固有的揮發(fā)性物質(zhì)，而是在嚴格的規(guī)定條件下加熱煤炭時，產(chǎn)生的熱分解產(chǎn)物所占百分數(shù)。揮發(fā)分主要由熱解水、氫、碳的氧化物和碳氫化合物組成，但煤中物理吸附水（包括外在水分和內(nèi)在水分）和礦物質(zhì)CO2不屬揮發(fā)分之列，必須從中扣除。碳酸鹽含量大于2％的，還要測定碳酸鹽，以便對揮發(fā)分進行校正?！?煤的化學組成

3.1煤的工業(yè)分析－揮發(fā)分（V）揮發(fā)分隨煤化程度增高而降低的規(guī)律十分明顯，可用以初步估計煤的種類，而且揮發(fā)分測定方法簡單、快速、易于標準化，所以，我國和幾乎世界各國的煤炭工業(yè)分類都采用揮發(fā)分作為第一分類指標。根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率和測定揮發(fā)分后的焦渣特征可以初步確定煤的加工利用途徑。揮發(fā)分與其他煤質(zhì)特性指標如發(fā)熱量、碳和氫含量都有較好的相關(guān)關(guān)系?！?煤的化學組成

3.1煤的工業(yè)分析－揮發(fā)分測定煤的揮發(fā)分時，剩下的不揮發(fā)物稱為焦渣。焦渣減去灰分稱為固定碳。固定碳就是煤在隔絕空氣的高溫加熱條件下，煤中有機質(zhì)分解的殘余物。固定碳含量可以用計算方法算出（以空干基為例）：FCad＝100－(Mad＋Aad＋Vad)§3煤的化學組成

3.1煤的工業(yè)分析－固定碳（FC）當分析煤樣中碳酸鹽CO2含量為2％~12％（質(zhì)量分數(shù)）時：FCad＝100－(Mad＋Aad＋Vad)－CO2ad(煤)當分析煤樣中碳酸鹽CO2含量大于12％時：FCad＝100－(Mad＋Aad＋Vad)－[CO2ad(煤)－CO2ad(焦渣)]式中FCad—空干基煤樣的固定碳，％；

Mad—空干基煤樣的水分，％）；

Aad—空干基煤樣的灰分，％；

Vad—空干基煤樣揮發(fā)分，％；

CO2ad(煤)—空干煤樣中碳酸鹽二氧化碳含量，％；

CO2ad(焦渣)—焦渣中二氧化碳占煤中的含量，％?！?煤的化學組成

3.1煤的工業(yè)分析－固定碳煤的工藝用途主要是由煤中有機質(zhì)的性質(zhì)決定的。有機質(zhì)主要有碳、氫、氧、氮、硫等5種元素。煤的元素組成，是指組成煤的有機質(zhì)的一些主要元素，即碳、氫、氧、氮、硫等5個元素。煤的元素分析，就是確定煤中有機物的碳、氫、氧、氮、硫等含量的百分比，作為煤的有機質(zhì)特性。由于在煤的無機質(zhì)中也含有少量碳、氫、氧、硫等元素，因此在了解煤中有機質(zhì)的元素組成及進行煤的分類時，應以在重液（相對密度為1.4）中洗選后的精煤來測定，采用干燥無灰基指標。（不同于鍋爐燃燒上的元素分析）§3煤的化學組成

3.2煤的元素分析碳是煤中最重要的組成部分，是組成煤炭的大分子骨架，是煤在燃燒過程中產(chǎn)生熱量的重要元素之一。煤的碳含量隨煤化程度的加深而增高。泥炭：50％～60％褐煤：60％～77％煙煤：74％～92％無煙煤：90％～98％在煤化程度相同的煤中，鏡質(zhì)組的碳含量比惰質(zhì)組低。§3煤的化學組成

3.2煤的元素分析－碳（C）氫是煤中的第二個重要組成元素，也是煤中可燃部分，其燃燒時可放出大量的熱量。氫含量與成煤原始物質(zhì)密切有關(guān)。腐泥煤的氫含量普遍比腐植煤高，一般都在6％以上，有時達11％。在腐植煤中，穩(wěn)定組分的氫含量最高，鏡質(zhì)組次之，而惰質(zhì)組最低。隨著煤化程度逐漸加深，氫含量有逐漸減少的趨勢。§3煤的化學組成

3.2煤的元素分析－氫（H）煤中氧含量變化很大，并隨著煤化程度加深而降低。當煤受到氧化時，氧含量迅速增高，而碳、氫含量則明顯降低。氧元素在煤的燃燒過程中不產(chǎn)生熱量，但能與產(chǎn)生熱量的氫生成水，使燃燒熱量降低，是動力用煤的不利的因素。同時氧是煤中反應能力最強元素。因此，當煤用于熱加工時，煤中氧含量對熱加工影響較大。煤中氧一般都不進行直接測定，而用差額法計算得出?！?煤的化學組成

3.2煤的元素分析－氧（O）煤的有機質(zhì)中氮的含量比較少，它主要來自成煤植物中的蛋白質(zhì)。煤中氮含量多在0.8％～1.8％的范圍內(nèi)變化，通常也是隨煤化程度增高而稍有降低，隨煤化程度而變化的規(guī)律性不很明顯?！?煤的化學組成

3.2煤的元素分析－氮（N）硫是煤中最有害的雜質(zhì)。作動力燃燒時，煤中硫燃燒生成二氧化硫，它不僅腐蝕金屬設備，而且污染環(huán)境，造成“公害”。作為合成氨原料氣時，由含硫煤產(chǎn)生的H2S不僅腐蝕金屬設備，且使催化劑中毒，影響操作及產(chǎn)品質(zhì)量。作為生產(chǎn)冶金焦用原料時，煤中的硫大部分轉(zhuǎn)入焦炭，直接影響鋼鐵質(zhì)量。各項工業(yè)用煤對硫含量都有嚴格的要求。煤中硫分賦存狀態(tài)可分為有機硫和無機硫兩大類，有時也有微量的元素硫。煤中各種硫分的總和稱為全硫含量。①煤中的無機硫又分為硫化物硫及硫酸鹽硫兩種。②煤質(zhì)有機質(zhì)中所含的硫稱為有機硫?！?煤的化學組成

3.2煤的元素分析－硫（S）§3煤的化學組成

3.2煤的元素分析－硫（S）煤中礦物質(zhì)的含量變化范圍很大，其組成極為復雜。雖然可用煤巖學方法可以鑒定礦物的種類和測定其含量，也可用化學分析方法測定礦物質(zhì)的精確含量，但是，由于測定方法比較繁瑣，因此在實際應用中常常利用對灰分產(chǎn)率、灰成分和對煤灰工藝性質(zhì)的研究，來間接了解煤中礦物質(zhì)對煤的工業(yè)利用的影響?！?煤的化學組成

3.3煤中礦物質(zhì)煤中礦物質(zhì)含量的測定方法比較煩瑣，需用鹽酸和氫氟酸處理煤樣，用差減法求得煤樣的礦物質(zhì)含量，一般不直接測定。利用它與煤的灰分之間的關(guān)系，用適當公式校正后，可近似地算出礦物質(zhì)的含量。Parr公式：MM=1.08A+0.55St式中：MM—煤中無機礦物質(zhì)含量，％；

A—煤的灰分產(chǎn)率，％（質(zhì)量分數(shù)）；

St—煤中全硫含量，％（質(zhì)量分數(shù)）?！?煤的化學組成

3.3煤中礦物質(zhì)-含量計算Given公式：MM=1.13A+0.47Sp＋0.5Cl式中：Sp—煤中黃鐵礦硫的含量，％；

Cl—煤中氯的含量，％。King-Maries-Crossley提出KMC公式：MM＝1.13A＋0.5Sp

＋0.8CO2－2.8SA＋2.8Ss0.3Cl式中：CO2—煤中CO2

含量，％質(zhì)量分數(shù)）；

SA—煤灰中硫的含量，％（質(zhì)量分數(shù)）；

Ss—煤中硫酸鹽硫的含量，％（質(zhì)量分數(shù)）；

Cl—煤中氯的含量，％（質(zhì)量分數(shù)）。§3煤的化學組成

3.3煤中礦物質(zhì)-含量計算1.煤灰成分煤中礦物質(zhì)成分極其復雜，完全燃燒后煤灰成分也變得復雜。(1)煤灰主要成分煤中的無機礦物質(zhì)，經(jīng)高溫灼熱均變?yōu)榻饘俸头墙饘俚难趸锛胞}類，主要成分是SiO2、Al2O3、CaO、MgO，還有少量K2O、Na2O、SO3、P2O5等化合物。(2)煤灰成分分析的應用

①推測原煤的礦物組成②判斷煤灰熔點的高低③判斷煤在燃燒時對鍋爐燃燒室的腐蝕情況④預測焦炭灰分在高爐煉鐵過程中的影響§3煤的化學組成

3.3煤的灰分特性2．煤灰的熔融性煤灰熔融性是煤灰在高溫下達到熔融狀態(tài)的溫度，習慣上稱作灰熔點。加熱時物理狀態(tài)的變化：變形、軟化、半球和流動?！?煤的化學組成

3.3煤的灰分特性煤灰錐熔融特征示意圖2．煤灰的熔融性特征熔融溫度變形溫度DT(T1)：灰錐尖端或棱開始變圓和彎曲時的溫度；軟化溫度ST(T2)—灰錐彎曲至觸及錐尖托板和灰錐變呈球形時的溫度；半球溫度HT—灰錐形變至近似半球形，即高約等于底長的一半時的溫度；流動溫度FT(T3)—灰錐融化展開成高度在1.5mm以下的薄層的溫度。在鍋爐設計中，大多采用軟化溫度作為灰分熔點?！?煤的化學組成

3.3煤的灰分特性3．結(jié)渣性煤的結(jié)渣性是指煤在氣化和燃燒過程中的灰渣是否會結(jié)成塊以及結(jié)塊的程度。煤灰的結(jié)渣性以煤灰的結(jié)渣率來量度。在一定鼓風強度下使煤燃盡，其灰渣中粒度大于6mm的量占總灰量的質(zhì)量百分數(shù)，即為該煤在規(guī)定鼓風條件下的結(jié)渣率?；医Y(jié)渣性是評價煤熱加工利用過程的重要指標。煤燃燒和氣化過程中，選用何種結(jié)渣性的煤，取決于鍋爐（氣化爐）的排渣方式?！?煤的化學組成

3.3煤的灰分特性4．煤灰的黏度灰黏度是指煤灰在熔融狀態(tài)下的內(nèi)摩擦系數(shù)，表征煤灰在高溫熔融狀態(tài)下流動時的物理特性，以符號表示。兩個相對移動的液層之間的相互作用力稱內(nèi)摩擦力f，它與液面層之間垂直于層面的速度梯度和液面的面積S成正比。f—內(nèi)摩擦力，dyn(1dyn＝10－5N)；

—液面層之間的速度梯度；

—流體的內(nèi)摩擦系數(shù)或叫動力黏度，Pa·S?！?煤的化學組成

3.3煤的灰分特性4．煤灰的黏度長渣短渣§3煤的化學組成

3.3煤的灰分特性在煤質(zhì)分析中得到煤質(zhì)指標，可采用不同的基準來表示?！盎北硎净灲Y(jié)果是以什么狀態(tài)下的煤樣為基礎而得出的，常用的基準有以下四種：收到基：以收到狀態(tài)的煤樣為基準，也是鍋爐爐前使用的燃料，包括全部灰分和水分。表示符號為ar（asreceived）空氣干燥基：以與空氣濕度達到平衡狀態(tài)的煤為基準，即在實驗室內(nèi)進行燃料分析時的試樣成分。表示符號為ad（airdrybasis）；§3煤的化學組成

3.4煤質(zhì)分析的基準干燥基：以假想無水狀態(tài)下的煤為基準，即去掉全部水分的成分，干燥基更能反映出灰分的多少，表示符號為d（drybasis）干燥無灰基：以假想無水、無灰狀態(tài)的煤為基準，即去掉水分和灰分的成分。表示符號為daf（dryashfree）§3煤的化學組成

3.4煤質(zhì)分析的基準干燥無礦物質(zhì)基以假想無水、無礦物質(zhì)狀態(tài)的煤為基準，表示符號為dmmf（drymineralmatterfree）§3煤的化學組成

3.4煤質(zhì)分析的基準煤質(zhì)指標與各種不同基準的關(guān)系§3煤的化學組成

3.4煤質(zhì)分析的基準煤的成分相互關(guān)系§3煤的化學組成

3.4煤質(zhì)分析的基準煤質(zhì)分析中不同基準的換算其中：M表示水分，MM表示礦物質(zhì)含量§3煤的化學組成

3.4煤質(zhì)分析的基準§4煤的分類方法和種類

4.1-煤的分類標準煤的分類指標一般應能反映煤的煤化程度（或變質(zhì)程度）、煤巖類型和工藝性質(zhì)。中國煤炭分類：現(xiàn)行中國煤炭分類是按煤的煤化程度先將煤分成褐煤、煙煤和無煙煤3大類，再按煤化程度的深淺及工業(yè)利用的要求，將褐煤分成2個小類，無煙煤分成3個小類，而煙煤有20個小類?！?煤的分類方法和種類

4.1-煤的分類標準中國煤炭分類總表褐煤最低品味的煤，形成年代最短，熱值較低煙煤形成年代較褐煤長，碳含量75%~90％。成焦性較強，適宜工業(yè)一般應用無煙煤煤化時間最長，含碳量最高（高于93％），成焦性差，發(fā)熱量大§4煤的分類方法和種類

4.1-煤的分類標準中國煤炭分類國家標準表§4煤的分類方法和種類

4.1-煤的分類標準無煙煤的分類表§4煤的分類方法和種類

4.1-煤的分類標準煙煤的分類表§4煤的分類方法和種類

4.1-煤的分類標準褐煤的分類表1.褐煤的煤質(zhì)特征：褐煤的主要特征之一是水分大，Mad一般在10％～25％以上，全水分Mt含量更高，大多在15％～40％左右，而年輕褐煤（如云南的昭通礦區(qū)）的全水分有的高達50％～60％。大多數(shù)褐煤的灰分多在20％～30％左右。褐煤的揮發(fā)分較高，但北方年老褐煤的Vdaf值多在50％以下，云南褐煤的Vdaf值則多在50％～60％以上。褐煤的發(fā)熱量普遍較低，Qgr,daf一般不超過30.5MJ/kg，收到基低位發(fā)熱量則一般在12.5～18.5MJ/kg之間，且有低至10.5MJ/kg左右的?！?煤的分類方法和種類

4.2-不同煤的煤質(zhì)特征§4煤的分類方法和種類

4.2-不同煤的煤質(zhì)特征我國主要褐煤礦區(qū)的主要質(zhì)量指標的平均結(jié)果2.無煙煤的煤質(zhì)特征：我國無煙煤總的質(zhì)量特征是純煤真密度大，一般變化于1.35～1.90之間，隨著無煙煤變質(zhì)程度的增高，其純煤真密度值也越來越高。無煙煤的燃點高，一般在370～420℃左右。其中年老無煙煤的著火點最高。無煙煤的灰分和硫分均隨礦區(qū)的不同而異。無煙煤的化學反應性并不隨變質(zhì)程度的增高而降低，而是隨氧含量的增高而降低；但無煙煤的變質(zhì)程度并不隨其氧含量Odaf的降低而增高我國無煙煤的灰熔融性溫度與成煤時代有密切關(guān)系?！?煤的分類方法和種類

4.2-不同煤的煤質(zhì)特征§4煤的分類方法和種類

4.2-不同煤的煤質(zhì)特征我國主要無煙煤礦區(qū)的主要煤質(zhì)特征（平均結(jié)果）§4煤的分類方法和種類

4.2-不同煤的煤質(zhì)特征我國主要無煙煤礦區(qū)的主要煤質(zhì)特征（平均結(jié)果）3.非煉焦用（動力用）煙煤的煤質(zhì)特征：非煉焦用煙煤包括長焰煤、不粘煤、弱粘煤和貧煤四類。前三類煤屬低煤化度的無粘結(jié)性或極弱粘結(jié)性的煙煤，后一類為高變質(zhì)的不粘結(jié)性煙煤。（一）長焰煤這類煤的揮發(fā)分Vdaf值?？筛哌_37％～48％左右，發(fā)熱量Qgr,daf一般為30.2～33.4MJ/kg，收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar大多在14.6～25.1MJ/kg之間。這類煤的灰熔融性溫度較高，是一種較理想的機車和發(fā)電等動力用煤。（二）不粘煤和弱粘煤這兩類煤往往形成于同一時代，它們的煤化程度僅稍高于長焰煤，而弱粘煤的煤化程度又高于不粘煤。不粘煤的水分高，Mad常可達3％～10％以上，其揮發(fā)分大多在25％～35％左右，純煤熱值變化較大，一般在28.65～33.90MJ/kg，化學反應性較好，是良好的動力和氣化用煤。弱粘煤與不粘煤的主要區(qū)別是弱粘煤的粘結(jié)性比不粘煤稍強，因而弱粘煤在鏈條爐中層狀燃燒時的漏損率比不粘煤小。§4煤的分類方法和種類

4.2-不同煤的煤質(zhì)特征3.非煉焦用（動力用）煙煤的煤質(zhì)特征：（三）貧煤貧煤是變質(zhì)程度最高的煙煤。它的主要特征是揮發(fā)分低，Vdaf一般在10％～18％左右，粘結(jié)指數(shù)不超過5。我國貧煤的灰分和硫分多半較高，商品煤平均灰分在25％左右，平均硫分接近于2.5％，煤層硫分則在1.5％～4.0％左右。所以，我國貧煤一般不受用戶歡迎，但因其純煤熱值較高而仍是較好的發(fā)電燃料。§4煤的分類方法和種類

4.2-不同煤的煤質(zhì)特征§4煤的分類方法和種類

4.2-不同煤的煤質(zhì)特征長焰煤、不粘煤、弱粘煤和貧煤礦區(qū)的煤質(zhì)指標4.煉焦用煤的煤質(zhì)特征我國煉焦用煤包括氣煤、1/3焦煤、氣肥煤、肥煤、1/2中粘煤、焦煤、瘦煤和貧瘦煤共八類。煉焦煤的特征是具有不同程度的粘結(jié)性和結(jié)焦性，其中以肥煤和氣肥煤的粘結(jié)性最強，焦煤和揮發(fā)分較低的肥煤的結(jié)焦性最好?！?煤的分類方法和種類

4.2-不同煤的煤質(zhì)特征§4煤的分類方法和種類

4.2-不同煤的煤質(zhì)特征各類煉焦煤的洗精煤平均煤質(zhì)指標1．光澤光澤是指煤的表面的反光能力。光澤首先與成煤原始物質(zhì)及其聚積環(huán)境有關(guān)。隨著煤化程度的增高，各種宏觀煤巖成分中的光澤有不同程度的增強，暗煤的光澤變化不明顯，而鏡煤和較純凈的亮煤變化顯著。觀察煤的光澤時，要選擇煤的光潔的新鮮斷面作為標準，嚴格注意觀察條件。一、煤的表面性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)2.顏色暗褐煤可由褐色變成深褐色、黑褐色，煙煤呈黑色，無煙煤呈灰黑色常帶有古銅色和鋼灰色色彩。一、煤的表面性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)3．條痕色煤的條痕色又叫粉色，是指將煤在磁板上畫出條痕色的顏色，它反映了煤的真正顏色。隨著煤化程度的增高，各種宏觀煤巖成分的光澤有不同程度的增強，而鏡煤和較純凈亮煤變化顯著。一、煤的表面性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)不同煤化程度煤的光澤、顏色和條痕色一、煤的表面性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)4．斷口煤受外力打擊時，斷開后呈現(xiàn)凹凸不平的表面稱為斷口，但不包括巖層面和裂隙面斷開的表面特征。在煤中常見有貝殼狀斷口、參差狀斷口等。一、煤的表面性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)5．裂隙煤的裂隙是指在成煤過程中，煤受到自然界各種應力的影響所造成的裂開現(xiàn)象。裂隙按成因的不同分為內(nèi)生裂隙和外生裂隙兩種。內(nèi)生裂隙常見于鏡煤和亮煤中，垂直于層理面，裂隙面比較平坦，有時呈眼球狀。外生裂隙以各種角度與煤層層理面相交，且其中以斜交的居多，裂隙面有凹凸不平的滑動痕跡，多呈羽毛狀和波紋狀。一、煤的表面性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)1．煤的潤濕性所謂潤濕性是指液體與固體接觸時，固體被液體所潤濕的程度。煤的潤濕性可應用于選煤。二、煤的固態(tài)膠體性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)液體與固體的接觸角液滴能潤濕固體液滴不能潤濕固體2．煤的潤濕熱煤被液體潤濕時放出的熱量稱為煤的潤濕熱。這是液體與煤的表面相互作用的結(jié)果，這種相互作用主要由范德華力和極性分子的作用所引起。煤的潤濕熱是用1g煤被潤濕時所放出的熱量表示的（J/g）。潤濕熱的測定值可用于確定煤的孔隙的總比表面積。煤的潤濕熱的大小與液體種類、煤化程度有關(guān)。通常用的潤濕劑是甲醇，甲醇能在數(shù)分鐘內(nèi)釋放出全部潤濕熱。二、煤的固態(tài)膠體性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)3.煤的孔隙度和孔徑分布作為固態(tài)膠體的煤，其內(nèi)部存在許多空隙，孔隙體積占煤的總體的百分數(shù)為煤的孔隙度或孔隙率。也可用單位質(zhì)量煤包含的孔隙體積（cm3/g）來表示。二、煤的固態(tài)膠體性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)置換法：真假相對密度法：孔隙度與煤化程度的關(guān)系二、煤的固態(tài)膠體性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)孔隙度大小受成煤條件、煤巖顯微組成等因素的影響。同一煤化程度的煤，其孔隙度都有一個波動的范圍3.煤的孔隙度和孔徑分布

煤的孔徑大小并不是均一的。微孔，小于100×10-10m過渡孔：(100～1000)×10-10m中孔：(1000～10000)×10-10m大孔：大于10000×10-10m孔徑分布的測定方法有壓汞法、氮氣等溫吸附法［此法只能測定過渡孔(12～300)×10-10m孔的體積，再換算成孔徑］。二、煤的固態(tài)膠體性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)3.煤的孔隙度和孔徑分布孔徑分布的測定方法有壓汞法、氮氣等溫吸附法［此法只能測定過渡孔(12～300)×10-10m孔的體積，再換算成孔徑］。微孔不能直接測定，采用差減法求出微孔體積V3，再算出微孔孔徑。微孔體積按下式計算：V3＝V總－(V1＋V2)

V總－體積總和，根據(jù)氦和水銀測定的密度計算

V1－粗孔體積

V2－過渡孔體積。

二、煤的固態(tài)膠體性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)4.煤的比表面積所謂煤的比表面積是指單位質(zhì)量煤的總表面積。煤是多孔物質(zhì)，其比表面積包括外表面積和內(nèi)表面積兩部分。比表面積的測定方法由潤濕熱法、B.E.T.法、氣相色譜法和水銀壓入法等。B.E.T.法是經(jīng)典的測定方法，其原理是在一定條件下，測定對煤吸附的氣體質(zhì)量。二、煤的固態(tài)膠體性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)4.煤的比表面積煤化程度低和高的煤：大，中等煤化程度的煤：小

二、煤的固態(tài)膠體性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)BET全自動物理化學吸附分析儀1.煤的真（相對）密度煤的真密度，是指在20℃時單位體積（不包括煤的內(nèi)部孔隙、裂隙）煤的質(zhì)量和同溫度、同體積水的質(zhì)量之比。以符號TRD來表示。煤的真密度測定國家標準中用的是密度瓶法，以水作置換介質(zhì)，根據(jù)阿基米德定律進行計算。式中：—干燥基煤的真密度；

Gd—干燥基煤樣質(zhì)量，g； G0—充滿水及浸潤劑的密度瓶的質(zhì)量，g； G1—加了煤樣后充滿水及浸潤劑的密度瓶的質(zhì)量，g。三、煤的密度§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)2．煤的視（相對）密度煤的視密度是，在20℃時煤（包括煤的內(nèi)外表面孔隙和裂隙）的質(zhì)量與同溫度、同體積水的質(zhì)量之比。測定煤的視密度的基本原理和測定真密度的基本原理是一樣的。3．煤的散密度煤的散密度又叫煤的堆積密度和堆密度，它是單位容積所裝載的散裝煤炭的質(zhì)量。三、煤的密度§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)1.硬度2.脆度3.煤的可磨性4.煤的彈性四、煤的機械性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)1.煤的反射率2.煤的熒光性3.煤的透光率五、煤的光學性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)1.煤的導電性2.煤的介電常數(shù)3.煤的磁性質(zhì)六、煤的電性質(zhì)與磁性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)1.煤的比熱容2.煤的導熱性3.煤的熱穩(wěn)定性七、煤的熱性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.1-煤的物理性質(zhì)煤的化學性質(zhì)是指煤與各種化學試劑，在一定條件下產(chǎn)生不同化學反應的性質(zhì)。煤的化學性質(zhì)包括：煤的氧化、加氫、鹵化、磺化、水解和烷基化等。§5煤的物理化學性質(zhì)5.2-煤的化學性質(zhì)煤的氧化過程是指煤同氧互相作用的過程。同時，氧化過程使煤的結(jié)構(gòu)從復雜到簡單，是一個逐漸降解的過程，也可稱為氧解。緩慢氧化、深度氧化、燃燒根據(jù)煤氧化程度的不同，煤的氧化過程可分為以下5個階段。第Ⅰ階段：表面氧化階段第Ⅱ階段：再生腐殖酸階段第Ⅲ、Ⅳ階段：苯羧酸階段第V階段：燃燒一、煤的氧化§5煤的物理化學性質(zhì)5.2-煤的化學性質(zhì)輕度氧化深度氧化一、煤的氧化§5煤的物理化學性質(zhì)5.2-煤的化學性質(zhì)煤氧化的階段煤加氫分為輕度加氫和深度加氫兩種。①輕度加氫是在反應條件溫和的條件下，與少量氫結(jié)合。②深度加氫是煤在激烈的反應條件下與更多的氫反應，轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)物和少量氣態(tài)烴。煤的加氫反應包括：熱解反應、供氫反應、脫雜原子反應、脫氧反應、脫硫反應、脫氮反應、加氫裂解反應、縮聚反應等。二、煤的加氫§5煤的物理化學性質(zhì)5.2-煤的化學性質(zhì)煤的一些其他化學反應三、煤的其它化學性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.2-煤的化學性質(zhì)煤的一些其他化學反應三、煤的其它化學性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.2-煤的化學性質(zhì)(1)鹵代:(2)磺化(3)硝化煤的一些其他化學反應三、煤的其它化學性質(zhì)§5煤的物理化學性質(zhì)5.2-煤的化學性質(zhì)(4)氧化煙堿煙酸煙酰胺(Vpp類)§6煤的分子結(jié)構(gòu)物理研究方法：如紅外光譜、核磁共振波譜、Ｘ射線衍射、顯微分光光度法掃描電鏡和各種物理性質(zhì)研究以及利用物理常數(shù)進行結(jié)構(gòu)分析；物理化學研究法，如溶劑抽提和吸附性能研究等；化學研究法，如氧化、加氫、鹵化、水解、熱解和官能團分析等?！?煤的分子結(jié)構(gòu)6.1-煤的基本結(jié)構(gòu)單元煤是以有機質(zhì)為主，并有不同分子量、不同化學結(jié)構(gòu)的一組“相似化合物”的混合物。構(gòu)成煤的大分子聚合物的“相似化合物”被稱為基本結(jié)構(gòu)單元。規(guī)則部分：苯環(huán)、脂環(huán)、氫化芳香環(huán)及雜環(huán)（含氮、氧、硫）不規(guī)則部分：含氧基團和烷基側(cè)鏈§6煤的分子結(jié)構(gòu)6.1-煤的基本結(jié)構(gòu)單元§6煤的分子結(jié)構(gòu)6.1-煤的基本結(jié)構(gòu)單元煤化程度的提高，苯核逐漸增多，而不規(guī)則部分逐漸減少§6煤的分子結(jié)構(gòu)6.2-煤基本結(jié)構(gòu)單元的邊緣基團１.含氧官能團①羧基（—COOH）。它是褐煤的特性官能團，有酸性，且比乙酸強。②羥基（—OH）。它們存在于泥炭、褐煤和煙煤中，是煙煤的主要含氧官能團?！?煤的分子結(jié)構(gòu)6.2-煤基本結(jié)構(gòu)單元的邊緣基團１.含氧官能團③羰基（）。無酸性，從泥炭到無煙煤都含有羰基。④甲氧基（—OCH3）。僅存在于泥炭和軟褐煤中?！?煤的分子結(jié)構(gòu)6.2-煤基本結(jié)構(gòu)單元的邊緣基團１.含氧官能團⑤醌基（）。羰基的另一種形式，有氧化性。⑥醚鍵（—O—）。嚴格的講它不屬于官能團，但可以測定§6煤的分子結(jié)構(gòu)6.2-煤基本結(jié)構(gòu)單元的邊緣基團煤中的含氧官能團隨煤化程度增加而急劇降低煤中含氧官能團分布與煤化程度的關(guān)系§6煤的分子結(jié)構(gòu)6.2-煤基本結(jié)構(gòu)單元的邊緣基團2.煤中的含硫和含氮官能團硫的性質(zhì)與氧相似，所以煤中含硫官能團種類與含氧官能團差不多。煤中有機硫的主要存在形式是噻吩。其次是硫醚鍵和巰基（—SH）。煤中含氮1％～2％，大約50％～75％的氮存在于吡啶環(huán)或喹啉環(huán)形式中，此外還有胺基、亞胺基、腈基和五元雜環(huán)等。吡啶噻吩喹啉§6煤的分子結(jié)構(gòu)6.2-煤基本結(jié)構(gòu)單元的邊緣基團3.烷基側(cè)鏈煤的紅外光譜、核磁共振、氧化和熱裂解的研究都已確認煤的結(jié)構(gòu)單元上連接有烷基側(cè)鏈。煤中烷基側(cè)鏈的平均長度§6煤的分子結(jié)構(gòu)6.2-煤基本結(jié)構(gòu)單元的邊緣基團4.橋鍵橋鍵是連接結(jié)構(gòu)單元化學鍵①次甲基鍵：—CH2—，—CH2—CH2—，—CH2—CH2—CH2—等；②醚鍵和硫醚鍵：—O—，—S—，—S—S—等；③次甲基醚鍵：—CH2—O—，—CH2—S—等；④芳香碳-碳鍵：—Car—Car—?！ぁ?煤的分子結(jié)構(gòu)6.3-煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)1.芳碳率（）煤的基本結(jié)構(gòu)單元中，屬于芳香族結(jié)構(gòu)的碳原子數(shù)Car與總的原子數(shù)Ctotal之比。2.芳氫率（）煤的基本結(jié)構(gòu)單元中，屬于芳香族結(jié)構(gòu)上的氫原子數(shù)Har與總的氫原子數(shù)Htotal之比?！?煤的分子結(jié)構(gòu)6.3-煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)3.芳環(huán)率（）煤的基本結(jié)構(gòu)單元中，芳香環(huán)數(shù)Rar與總環(huán)數(shù)Rtotal之比。4.環(huán)縮合度指數(shù)環(huán)縮合度指數(shù)，其中R為基本結(jié)構(gòu)單元中縮合環(huán)的數(shù)目，C為基本結(jié)構(gòu)單元中的碳原子數(shù)。環(huán)縮合度指數(shù)與芳碳率之間有如下關(guān)系：在國際煤炭分類標準和我國煤分類標準中都采用恒濕無灰基發(fā)熱量作為劃分低變質(zhì)程度煤的指標。煤的收到基低位發(fā)熱量是評價動力煤質(zhì)量的主要指標，在對外貿(mào)易及國內(nèi)市場上動力用煤分別用空氣干燥基高位發(fā)熱量和收到基低位發(fā)熱量作為結(jié)算依據(jù)。國際國內(nèi)均采用氧彈方法測定發(fā)熱量①彈筒發(fā)熱量②恒容高位發(fā)熱量§7煤的工藝性質(zhì)7.1-煤的發(fā)熱量燃燒產(chǎn)物組成不同，硫酸和SO2所謂煤的熱解，是指煤在隔絕空氣的條件下進行加熱，煤在不同溫度下發(fā)生一系列的物理變化和化學反應的復雜過程。其結(jié)果生成氣體（煤氣）、液體（煤焦油）、固體（半焦或焦炭）等產(chǎn)品。煤的熱解也稱為煤的干餾或熱分解。高溫干餾（950～1050℃）中溫干餾（700～800℃）低溫干餾（500～600℃）§7煤的工藝性質(zhì)7.2-煤的熱解有黏結(jié)性煙煤的熱解過程§7煤的工藝性質(zhì)7.2-煤的熱解2.1煤的熱解過程①裂解反應結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵斷裂生成自由基，主要是：—CH2—、—CH2—CH2—、—CH2—CH2—O—、—O—、—S—、—S—S—等脂肪側(cè)鏈裂解，生成氣態(tài)烴，如：CH4、C2H6、C2H4等。含氧官能團的裂解，羧基、羰基、羥基煤中低分子化合物的裂解，是以脂肪結(jié)構(gòu)的低分子化合物為主，受熱分解成揮發(fā)性產(chǎn)物?！?煤的工藝性質(zhì)7.2-煤的熱解2.2煤熱解中的化學反應分子中含有一個或多個碳環(huán)（由碳原子首尾相連而成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)），性質(zhì)與開鏈脂肪烴相似的碳氫化合物，是脂肪烴。§7煤的工藝性質(zhì)7.2-煤的熱解2.2煤熱解中的化學反應樟腦常用驅(qū)蟲劑麝香n=11常用中草藥冰片§7煤的工藝性質(zhì)7.2-煤的熱解2.2煤熱解中的化學反應①飽和脂環(huán)烴分子中無不飽的鍵，碳原子間以碳碳單鍵相連，通式CnH2n，與單烯互為同分異構(gòu)體。環(huán)炔烴含有碳碳叁鍵，通式CnH2n-4②不飽和脂環(huán)烴分子中有不飽和鍵存在。按不飽和鍵的不同又分為：環(huán)烯烴含有碳碳雙鍵，通式CnH2n-2§7煤的工藝性質(zhì)7.2-煤的熱解2.2煤熱解中的化學反應芳香烴是指含有苯環(huán)的烴類有機物。芳香烴1.單環(huán)芳烴2.多環(huán)芳烴3.非苯芳烴①聯(lián)苯②多苯代脂烴③稠環(huán)芳烴②一次熱解產(chǎn)物的二次熱解反應。煤樣熱解的一次產(chǎn)物，在析出過程中受到二次熱解。其二次熱解的反應有：裂解反應：2.2煤熱解中的化學反應§7煤的工藝性質(zhì)7.2-煤的熱解脫氫反應：2.2煤熱解中的化學反應§7煤的工藝性質(zhì)7.2-煤的熱解加氫反應：2.2煤熱解中的化學反應§7煤的工藝性質(zhì)7.2-煤的熱解縮合反應：橋鍵分解： —CH2—＋H2O→CO＋2H2 —CH2—＋—O—→CO＋H22.2煤熱解中的化學反應§7煤的工藝性質(zhì)7.2-煤的熱解③煤熱解中的縮聚反應?？s聚反應對煤的熱解生成固態(tài)產(chǎn)物半焦和焦炭影響較大。膠質(zhì)體固化過程的縮聚反應，主要是在熱解生成的自由基之間的縮聚，其結(jié)果生成半焦和焦碳。2.2煤熱解中