文章插图
煤质特徵【煤质特徵】煤质特徵从是指包括煤的岩石学特徵、矿物学特徵、煤化学特徵和地球化学特徵 。其主要取决于煤的前身———泥炭沼泽 形成 时的构 造和沉 积环境背景、植物群落以及后期的煤化作用、热液和岩浆活动 。
基本介绍中文名：煤质特徵
外文名：coal characters
学科：煤地质学
内容：岩石学、矿物学、煤化学特徵
取决因素：煤的前身
分类：14大类
煤的岩石学特徵煤的岩石学特徵受植物群落和沉积环境背景的影响 。植物群落一方面与自身的时代演替和古气候演替有关，其主要受沉积环境背景的影响 。覆水较深的泥炭沼泽易于形成以草本植物为主体的泥炭沼泽 或以 低等藻 类植物 为主 的腐泥，煤常以线理状和块状为特徵 。覆水较浅的泥炭沼泽易于形成以木本植物为主体的泥炭沼泽，煤常以条带状和透镜状为特徵 。抚顺盆地是我国一个非常着名的古近纪含煤盆地，其煤的类型丰富多彩，包括腐殖煤、腐泥煤、腐殖 -腐泥混合煤和琥珀残殖煤 。以煤的类型和煤的结构构造类型为基础建立抚顺煤田煤的岩性相类型，发现煤的岩性相类型与煤的显微组分组成和形成条件，以及植物群落类型和泥炭的堆集机制有着密切的关係(庄新国等，1999b) 。煤的矿物学特徵煤的矿物学特徵包括有机显微组分和无机矿物质两部分 。有机显微组分主要来自成煤植物，可划分为三大类，即镜质组、壳质组和惰质组 。煤中有机显微组分的构成主要受泥炭沼泽类型、埋藏速率、氧化还原条件和水介质条件等因素影响 。将中国北方相对快速沉降的断陷盆地与缓慢沉降的大型坳陷盆地对比研究，发现相对快速沉降的断陷湖盆内煤多以富镜质组和贫惰质组为特徵，例如：东北早白垩世阜新盆地海州组不同煤层的显微组分组成，中间层、太平层和孙家湾层煤层均以高的镜质组(86% ～94%)、低的惰质组(1.7% ～6.5%)和壳质组(4.6% ～7.5%)含量为特徵(X.Querol，etal.，1997);东北古近纪抚顺盆地古城子组煤层以腐殖煤为主，并夹多层腐泥煤 。腐殖煤的镜质组含量平均可达96%以上(庄新国等，1999) 。云南新近纪先锋盆地煤的显微组分以腐殖组占绝对优势，平均为 91.6%(邢军等，1999) 。而在缓慢沉降的大型坳陷盆地中，由于盆地基底处于一种相对的稳定阶段，泥炭沼泽在缓慢沉降背景下发育，易于形成高位化表盖突起而遭氧化 。例如：早、中侏罗世鄂尔多斯盆地延安组煤层煤多以富惰质组为特徵，常夹有富惰质组的分层，煤中惰质组含量一般大于 30%(李思田等，1992);煤中惰质组的含量分布受沉积体系类型的控制，沖积平原煤层的惰质组含量通常高于三角洲体系 。除了中、新生代断陷盆地具有快速沉降条件外，一些中生代前陆盆地、新生代大型裂谷以及大陆边缘裂陷也都具有快速沉降、充填和埋藏的有利条件，因而有利于形成富镜质组煤 。煤中的无机矿物相组成主要有硅酸岩类、碳酸岩类和硫化物类，其次是磷酸盐类和硫酸盐类等 。ColinR.Ward(2002)对煤和煤低温灰化中发现的主要矿物进行了系统的概括 。煤中矿物质的来源主要有四个方面：即，主要通过水流的机械搬运进入泥炭沼泽的陆源碎屑;通过水流机械搬运或通过火山喷发直接进入泥炭沼泽的火山碎屑;在泥炭沼泽中沉积的生物骨骼颗粒;在泥炭沼泽或泥炭层孔隙中溶液物质的沉澱;在后期地质作用(包括煤化作用、热液作用、岩浆作用和风化作用等)过程中，由于煤层中离子的迁移和相互作用形成的矿物质 。煤中矿物质的类型和丰度受泥炭沼泽形成时的构造环境、沉积环境、物源条件、沼泽水介质条件以及后期的地质作用控制 。煤化学特徵煤化学特徵包括煤的水分、灰分、挥发分、碳、氢、氧、氮和煤化程度等 。煤化学特徵取决于煤的矿物学特徵和煤化作用 。煤中的灰分含量主要来自煤中的无机矿物质 。对于相同变质程度的煤来说，煤的挥发分、碳、氢和氧含量与煤的有机显微组分有关，富镜质组和壳质组的煤具有相对高的挥发分和氢、氧含量;富惰质组的煤具有相对低的挥发分含量和高的碳含量 。随着煤化作用程度的增高，煤的挥发分产率、氢和氧元素含量减少，碳含量增高 。煤的地球化学特徵主要包括煤中常量和微量元素的丰度和赋存状态，其主要受控于泥炭沼泽形成时的沉积环境背景、物源区的岩石组成和火山喷发，以及煤化作用和岩浆侵入过程中的热液活动 。大量研究表明不同地区和不同煤层煤中常量和微量元素的丰度变化较大，但总体与煤中的矿物质有关 。因此，煤中常量和微量元素的总量一般与煤的灰分产率具有明显的相关性 。常量元素是构成煤中常见矿物的主要元素，Si、Al、Na和 K主要来自硅酸盐矿物;Ca和 Mg主要来自碳酸盐矿物;S主要来自硫化物矿物(黄铁矿)，部分硫与有机质和硫酸盐有关;煤中的硫含量主要与泥炭沼泽形成时海水的影响有关，局部地区与物源条件和岩浆侵入有关 。大量研究表明一般受海水影响的泥炭沼泽，而后形成的煤中硫含量较高;硫化物矿物含量较高的物源区和岩浆侵入煤层也可形成煤层中硫含量的局部增高 。Fe主要来自硫化物矿物(黄铁矿)和碳酸盐矿物(菱铁矿);P主要来自磷酸盐矿物 。江西乐平晚二叠和晚三叠世煤的矿物学和地球化学研究表明晚三叠世煤中 Si、Al、Ca、P、K和 Mg含量明显高于晚二叠世煤，主要由于晚三叠世煤中具有相对较高含量的高岭石、石英、伊利石、菱铁矿和白云石矿物;而受海水影响明显的晚二叠世煤中 S和 Fe含量较高主要由于煤中具有相对较高含量的黄铁矿和白铁矿矿物(X.Querol等，2001) 。煤种分类及煤质特徵分为十四大类，大类及煤质特徵如下：1）无烟煤：煤化程度最高，含碳量高达90%—98%，含氢量较少，一般小于4% 。外观呈黑至钢灰色，因其光泽强，又称白煤 。硬度高，不易磨碎 。纯煤的真密度为1.4—1.9g/cm3,燃点高,火焰短,化学反应弱.主要生产氮肥和民用,少数电厂也用 。.2）贫煤：是煤化程度最高的烟煤，受热时几乎不产生胶质体，所以叫贫煤 。含碳量高达90%—92%，燃点高，火焰短，发热量高持续时间长，主要用于动力和民用 。3）瘦煤：是煤化程度最高的炼焦用煤 。特性和贫煤一样，区别是加热时产生少量的胶质体，能单独结焦 。因胶质体少，所以称瘦煤 。灰融性差，多用于炼焦 。4）1/3焦煤：介于焦煤、肥煤与气煤之间的含中等或较高挥发分的强粘结性煤 。单独炼焦时，能生成强度较高的焦炭 。5）气肥煤：挥发分高、粘结性强的烟煤 。单独炼焦时，能产生大量的煤气和胶质体，但不能生成强度高的焦炭 。6）1/2中粘煤：粘结性介于气煤和弱粘煤之间的、挥发分範围较宽的烟煤 。7）贫瘦煤：变质程度高，粘结性较差、挥发分低的烟煤 。结焦性低于瘦煤 。8）焦煤：是结焦性最好的炼焦煤，也称主焦煤 。中等挥发分，一般大于18%—30%，大多能单独炼焦 。Y值一般大于12%—25%，主要是炼焦用 。9）气煤：是煤化程度最底的炼焦煤，乾燥无灰基挥发分均大于30%，胶质层最大厚度大于5—25mm，隔绝空气加热能产生大量煤气和焦油 。主供炼焦，也作为动力煤和气化用煤 。煤质低灰低硫，可选性好，是我国炼焦煤中储量最多的一种 。10）肥煤：中等煤化程度的烟煤，高于气煤 。挥发分一般为24%—40%，胶质层最大厚度大于25mm，软化温度低，有很强的粘结能力，是配煤炼焦的重要成分 。主要用于炼焦，也作动力用煤 。11）弱粘煤：粘结性较弱，煤化程度较低的煤，介于炼焦煤和非炼焦煤之间，结焦性较好，低灰低硫高热量，可选性较好 。部分炼焦，多部分作动力煤和民用 。12）不粘煤：挥发分相当于肥煤和肥气煤，但几乎没有粘结性，水分高，发热量低，主要作动力煤 。13）长焰煤：煤化程度仅高于褐煤的最年轻烟煤，挥发分高，水分高，不粘，主要是发电和其他动力用煤 。14）褐煤：是煤化程度最低的煤，外观呈褐色或黑色，与烟煤最主要的区别是褐煤含有数量不等的原生腐植酸，而烟煤不含 。高水分高挥发分，低发热量低灰熔点，热稳定性差，主要是发电和动力用煤 。