第二章 煤的成因性质及分类

100 M ar 100 M ad
100 M ar 100 100 M ar Aar 100
氢元素是煤中第二重要的元素，主要存在于煤分子的侧链 和官能团上，在有机质中的含量约为2.0%～6.5％左右。
5、 煤中的氮元素
氮也是组成煤有机质的元素之一，主要存在于煤分子的杂 环和氨基上。煤中的氮元素含量较少，一般为0.5％～1.8％。
煤中的氮在煤燃烧时也不放热，通常以N2的形式进入废气。当煤
在炼焦时，煤中的氮部分形成NH3，HCN及其它有机含氮化合物， 其余的则留在焦炭中。 煤中的氮对煤的加工利用影响不大。
3、煤的脆度
• 煤的脆度是表征煤的抗碎或抗压强度，即机械坚固性 的指标。脆度大的煤。其煤的破碎概率大，会产生较 多的粉煤。 • 最高煤化度和低煤化度的脆性较小，而中等煤化度的 肥煤和焦煤脆性最大。
4、煤的可磨性
• 煤的可磨性是指煤被磨成煤粉的难易程度。实测的煤 的可磨性指数越大则容易粉碎，反之则较难粉碎。 • 煤的可磨性与煤化度、煤岩组成、煤中水分含量和矿 物质的种类、数量及分布状况等有关。
6、 煤中的硫元素
6.1
煤中硫的存在形态 :
煤中的硫主要存在形态是无机硫和有机硫，两者合 称为全硫。
全硫St
{
有机硫（Sor：与煤的有机质结合，参与煤的大分子结构） 无机硫
{
硫化物硫Spy 硫酸盐硫Ss
7、煤中元素含量随煤化程度的变化规律
表4－1 煤中元素随煤化程度的变化规律 Cdaf，% Hdaf，％ Odaf，％ 55～62 5.3～6.5 27～34 60～70 5.5～6.6 20～23 70～76.5 4.5～6.0 15～20 77～81 4.5～6.0 10～15 79～85 5.4～6.8 8～12 82～89 4.8～6.0 4～9 86.5～91 4.5～5.5 3.5～6.5 88～92.5 4.3～5.0 3～5 88～92.7 4.0～4.7 2～5 89～93 3.3～4.0 2～4 93～95 95～98 75～80 2.0～3.2 0.8～2.0 6.5～7.0 2～3 1～2 –
式中 H－显微硬度，MPa； P－加在压入器上的负荷，N； d－压痕对角线长度，mm； －方形棱锥体两相对锥面的夹角，一般为136。
• 从褐煤开始，显微硬度随煤化程度提高而上升，在碳 含量为75 % ～80 %(长焰煤、气煤)之间有一个极大值；
此后，显微硬度随煤化程度提高而下降，在碳含量达
到85%左右最低；煤化程度再提高，显微硬度又开始上 升，到无烟煤阶段，显微硬度几乎随煤化程度提高而 直线增加。
煤 种 泥 炭 年轻褐煤 年老褐煤 长焰煤 气 煤 肥 煤 焦 煤 瘦 煤 贫 煤 无烟煤 1 无烟煤 2 无烟煤 3 腐泥煤
Ndaf，％ 1～3.5 1.5～2.5 1～2.5 0.7～2.2 1～1.2 1～2 1～2 0.9～2 0.7～1.8 0.8～1.5 0.6～1.0 0.3～1.0 –
8、煤中的有害元素和伴生元素 8.1 煤中的有害元素
主要有硫、磷、氯、砷、氟等，它们的危害主要表现 在煤炭应用过程中产生有害的物质，对人体造成损害、对 环境造成污染，或是对产品质量造成危害。
8.2 煤中的伴生元素 煤中常见的伴生元素有铀、锗、镓、钒、钍、铼、钛、 铍、锶、锂等。
9、煤质分析指标的基准换算
Ad +Sd+Cd +Hd + Od +Nd = 100%
Sdaf+Cdaf+Hdaf + Odaf +Ndaf = 100% 对煤的有机质元素组成的测定，通常是测定C、 H、N、S，O是通过上述公式由差减法 获得。
3、
3.1
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煤中的碳元素
碳元素在煤分子上的位置
碳是构成煤分子骨架最重要的元素之一，主要存在 于缩合芳香核上。
3、 3.2
煤中的碳元素 影响碳含量的因素：
（1）煤化程度：煤化程度提高，煤中的碳元素逐渐增 加，从褐煤的60％左右一直增加到年老无烟煤的98%。
（2）煤岩组成：在煤化程度相同的煤中，煤岩组成的 碳含量: 惰质组＞镜质组＞壳质组 （3）成因类型的碳含量： 腐植煤 ＞腐泥煤
4、 4.1
煤中的氢元素 氢元素在煤分子上的位置：
（5）收到基（应用基）：Mar+Aar+Var+FCar ＝100%
或者 Mar+Aar+Car+Har+Oar+Nar+Sar ＝100%
12、 基准的关系
可燃质 有机质 全 硫， St 灰分 矿物质
Mf Minh
C
H
O
N
So Sp Ss
A
干燥无矿物基 dmmf 干燥无灰基 daf 干燥基 d
空气干燥基 ad
FCad＝100－Mad－Aad－Vad，％
2、 元素分析
1、元素分析的定义：
煤的元素分析是对组成煤的有机质主要元素的化验分 析，煤的元素组成也就是指煤有机质的元素组成。大量的 研究表明，煤的有机质主要是由碳、氢、氧、氮和硫等五 种元素组成的。
2、 元素之间的数量关系 Mad + Aad +Sad +Cad +Had + Oad +Nad = 100%
1.3
挥发分的测定要点
称取1g空气干燥煤样放入挥发分坩埚，在900℃的马 弗炉内隔绝空气加热7min取出，冷却后称量，认为失重 由挥发分和吸附的水分蒸发所致，因此，按下式计算挥 发分：
m m1 Vad 100 M ad ，％ m
3 挥发分和固定碳
空气干燥基的固定碳FCad按下式计算：
• 水分是煤中的重要组成部分，是煤炭质量的重要指标。 煤中的水分一般是指与煤呈物理态结合的水，它吸附 在煤的外表面和内部孔隙中。因此，煤的颗粒越细、 内部孔隙越发达，煤中吸附的水分就越高。
• 分为外在水、内在水、化合水
• 全水分：
W
y
G1 G
100 %
• 分析水分：
W
f
G1 G
100 %
•
•
植物
一、成煤过程
• 1、成煤植物残骸的堆积
• 2、生物化学作用
• 3、成岩作用及褐煤的生成 • 4、地质化学作用
二、煤的种类
• 由高等植物生成的煤叫腐植煤（泥炭、褐煤、 烟煤、无烟煤）
• 炼焦工业主要用烟煤，根据煤化度的不同可分 为：长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤
• 煤化程度的概念：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中， 由于地质条件和成煤年代的差异，使煤处于不同的转化
1.2 煤灰分的定义
• 煤的灰分(ash) ：煤样在规定条件下完全燃烧后所得 的残渣。该残渣的质量占测定煤样质量的百分数称为:
灰分。
2 煤的灰分 主要是植物遗体在沼泽中堆积时，由于水流和风带来的细
粘土、沙粒或水中钙、镁离子沉淀及硫铁矿的形成，与泥炭掺 这种矿物质原来不含于煤层中，它是在采煤过程中混 指存在于成煤的植物中，主要是碱金属、碱土金属的 混，有的均匀分散在泥炭的有机质中，有的则形成独立的包裹 入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。它与煤是 2.3 煤中矿物质的来源 盐类，与有机质分子紧密结合，很难用机械方法分开。 独立存在的，几乎不影响煤的可选性。 体，呈透镜状、条带状、薄片状等；此外，煤层形成后，地下 水中溶解的矿物质由于条件变化而沉淀并充填在煤的裂隙中， 主要有方解石、石膏等矿物。次生矿物质的存在形态，决定了 煤的可选性难易程度。煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为 内在矿物质。
第二章 煤的成因性质及分类
第一节 煤的成因及种类
• 由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过 程，一般需要几千万年到几亿年的时间。整个成煤作 用可划分为两个阶段：即泥炭化作用和煤化作用 煤化作用又分为两个连续的过程，即成岩作用和 变质作用：
煤化作用
泥炭化 泥炭 成岩作用 褐煤 变质作用 烟煤、无烟煤
煤化程度对煤的真密度的影响
从低煤化度开始，随煤 化程度的提高，煤的真密度 缓慢减小，到碳含量为86 ％～89％之间的中等煤化程 度时，煤的真密度最低，约 为1.30g/cm3左右，此后，煤 化程度再提高，煤的真密度 急剧提高到1.90g/cm3左右。
壳质组 镜质组 惰质组
1.3影响煤密度的因素
9.1
基准的概念：
计算某指标的百分比时，有一个计算的基准，也就是 说“说到某指标的百分数时，是指它占某个具体的对象的 百分数，这个对象就是基准”。 9.2 基准的划分方法 首先要了解与煤基准有关的煤组成的含义。煤质分析 时煤炭组成有两种划分法：
10、煤质分析指标的基准换算
（1）有机质和无机质 （2）可燃质（ V、FC ）和不可燃质 （M、A）
• 1、成煤原始物质 • 2、煤化度 • 3、岩相组成 • 4、矿物质 • 5、水分及风化
2、煤的硬度
•
煤的硬度反映煤抵抗外来机械作用力的能力。
• 煤硬度的表示方法：刻划硬度、弹性回跳硬度、压痕硬
度、耐磨硬度等，常用的是刻划硬度和压痕硬度（显微 硬度）
煤的显微硬度
P
P H 2sin 2 2 d
收到基 ar
13、各基准指标间的换算系数 换算 因子 收 到 基 已 知 基 准 空 气 干 燥 基 干 燥 基 干 燥 无 灰 基 所 收到基 ar 求 基 准 干燥无灰基daf
空气干燥基 ad
干燥基 d
1
100 M ad 100 M ar
1
100 100 M ar
100 100 M ar Aar
阶段。煤的这种转化阶段称为煤化程度，有时称为变质
程度，或煤级。按煤化程度由低到高依次是： • 褐煤
•
•
烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）
无烟煤
第二节 煤的性质
• 1. 真(相对)密度 (真比重) • 1.1 真密度的概念：20℃时煤的质量与同体积 (不包括煤的所有孔隙)水的质量之比。 • 1.2 真密度的用途： 真密度是煤的主要物理性质 之一，在研究煤的分子结构、确定煤化程度、制 定煤的分选密度时，都会用到煤的真密度。
• 干基灰分：
A
q

1.3
挥发分和固定碳的定义：
在高温条件下，将煤隔绝空气加热一定时间，
煤的有机质发生热解反应，形成部分小分子的化合物，
在测定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形式
残留下来或固定下来。呈气态析出的小分子化合物称 为挥发分，以固体形式残留下来的称为固定碳。
实际上，固定碳不能单独存在，它与煤中的灰分一起形 成焦渣，从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。挥发分用V表示， 固定碳用FC表示。
10.3
基准的种类
煤质分析测定时，煤样通常都是处于空气干燥状态
的，以此煤样测得的结果，就是以空气干燥煤样的重量 为基准的。但空气干燥基的数据往往不能正确反映指标 的本质，需要换算到其他基准表示的数据。
常用的基准有：
11、煤质分析常用基准的物质含义
（1）空气干燥基（分析基）：Mad+Aad+Vad+FCad＝100% 或者 Mad+Aad+Cad+Had+Oad+Nad+Sad ＝100%
HGI,%
5、煤的透光率
• 煤的透光率：是指煤样在100℃的稀硝酸溶液中处 理90min，所得有色溶液对一定波长（475nm）的 光的透过率。有色溶液透光率的测定有分光光度 计法和目视比色法两种。分光光度计法因其重现 性差，一般用得不多，我国国家标准采用目视比 色法测定有色溶液的透光率，用PM表示。
（2）干燥基（干基）：Ad+Vd+FCd ＝100%
或者Ad+Cd+Hd+Od+Nd+Sd ＝100% （3）干燥无矿物质基（有机基）：Vdmmf+FCdmmf ＝100% 或者Cdmmf+Hdmmf+Odmmf+Ndmmf+Sdmmf ＝100%
11、煤质分析常用基准的物质含义
（4）干燥无灰基（可燃基）：Vdaf+FCdaf＝100% 或者 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf ＝100%
原 生 矿 物 质
次 生 矿 物 质
外 来 矿 物 质
煤灰分的来源 矿物质转化为灰分的过程中发生的有代表性的反应 是：
CaCO3CaO+CO2
FeS2+O2 SO2+Fe2O3 CaSO4.H2O CaSO4+ H2O ……
• 分析基灰分：
A
f
G1 G
100 %
A f 100 % 100 W f
6、煤的可选性
• 煤的可选性是指从原煤中选出符合质量要求的精煤 （浮煤）的难易程度。 • 由煤矿开采出来的原煤灰分和硫分含量往往较高，因 此用于炼焦的煤应先进行选煤，不同的煤中矿物质的 存在形式不同，脱出他们的难易程度也不同，即可选
性不同。
煤的浮选示意图
二、煤的化学组成 • 1、煤的工业分析 • 1.1水分