煤質(zhì)特征

煤的礦物學(xué)特征包括有機(jī)顯微組分和無機(jī)礦物質(zhì)兩部分。有機(jī)顯微組分主要來自成煤植物，可劃分為三大類，即鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組和惰質(zhì)組。煤中有機(jī)顯微組分的構(gòu)成主要受泥炭沼澤類型、埋藏速率、氧化還原條件和水介質(zhì)條件等因素影響。將中國北方相對(duì)快速沉降的斷陷盆地與緩慢沉降的大型坳陷盆地對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)相對(duì)快速沉降的斷陷湖盆內(nèi)煤多以富鏡質(zhì)組和貧惰質(zhì)組為特征，例如：東北早白堊世阜新盆地海州組不同煤層的顯微組分組成，中間層、太平層和孫家灣層煤層均以高的鏡質(zhì)組(86% ～94%)、低的惰質(zhì)組(1.7% ～6.5%)和殼質(zhì)組(4.6% ～7.5%)含量為特征(X.Querol，etal.，1997);東北古近紀(jì)撫順盆地古城子組煤層以腐殖煤為主，并夾多層腐泥煤。腐殖煤的鏡質(zhì)組含量平均可達(dá)96%以上(莊新國等，1999)。云南新近紀(jì)先鋒盆地煤的顯微組分以腐殖組占絕對(duì)優(yōu)勢，平均為 91.6%(邢軍等，1999)。而在緩慢沉降的大型坳陷盆地中，由于盆地基底處于一種相對(duì)的穩(wěn)定階段，泥炭沼澤在緩慢沉降背景下發(fā)育，易于形成高位化表蓋突起而遭氧化。例如：早、中侏羅世鄂爾多斯盆地延安組煤層煤多以富惰質(zhì)組為特征，常夾有富惰質(zhì)組的分層，煤中惰質(zhì)組含量一般大于 30%(李思田等，1992);煤中惰質(zhì)組的含量分布受沉積體系類型的控制，沖積平原煤層的惰質(zhì)組含量通常高于三角洲體系。除了中、新生代斷陷盆地具有快速沉降條件外，一些中生代前陸盆地、新生代大型裂谷以及大陸邊緣裂陷也都具有快速沉降、充填和埋藏的有利條件，因而有利于形成富鏡質(zhì)組煤。

煤中的無機(jī)礦物相組成主要有硅酸巖類、碳酸巖類和硫化物類，其次是磷酸鹽類和硫酸鹽類等。ColinR.Ward(2002)對(duì)煤和煤低溫灰化中發(fā)現(xiàn)的主要礦物進(jìn)行了系統(tǒng)的概括。煤中礦物質(zhì)的來源主要有四個(gè)方面：即，主要通過水流的機(jī)械搬運(yùn)進(jìn)入泥炭沼澤的陸源碎屑;通過水流機(jī)械搬運(yùn)或通過火山噴發(fā)直接進(jìn)入泥炭沼澤的火山碎屑;在泥炭沼澤中沉積的生物骨骼顆粒;在泥炭沼澤或泥炭層孔隙中溶液物質(zhì)的沉淀;在后期地質(zhì)作用(包括煤化作用、熱液作用、巖漿作用和風(fēng)化作用等)過程中，由于煤層中離子的遷移和相互作用形成的礦物質(zhì)。煤中礦物質(zhì)的類型和豐度受泥炭沼澤形成時(shí)的構(gòu)造環(huán)境、沉積環(huán)境、物源條件、沼澤水介質(zhì)條件以及后期的地質(zhì)作用控制。

分為十四大類，大類及煤質(zhì)特征如下：

1）無煙煤：煤化程度最高，含碳量高達(dá)90%—98%，含氫量較少，一般小于4%。外觀呈黑至鋼灰色，因其光澤強(qiáng)，又稱白煤。硬度高，不易磨碎。純煤的真密度為1.4—1.9g/cm3,燃點(diǎn)高,火焰短,化學(xué)反應(yīng)弱.主要生產(chǎn)氮肥和民用,少數(shù)電廠也用。.

2）貧煤：是煤化程度最高的煙煤，受熱時(shí)幾乎不產(chǎn)生膠質(zhì)體，所以叫貧煤。含碳量高達(dá)90%—92%，燃點(diǎn)高，火焰短，發(fā)熱量高持續(xù)時(shí)間長，主要用于動(dòng)力和民用。

3）瘦煤：是煤化程度最高的煉焦用煤。特性和貧煤一樣，區(qū)別是加熱時(shí)產(chǎn)生少量的膠質(zhì)體，能單獨(dú)結(jié)焦。因膠質(zhì)體少，所以稱瘦煤?；胰谛圆?，多用于煉焦。

4）1/3焦煤：介于焦煤、肥煤與氣煤之間的含中等或較高揮發(fā)分的強(qiáng)粘結(jié)性煤。單獨(dú)煉焦時(shí)，能生成強(qiáng)度較高的焦炭。

5）氣肥煤：揮發(fā)分高、粘結(jié)性強(qiáng)的煙煤。單獨(dú)煉焦時(shí)，能產(chǎn)生大量的煤氣和膠質(zhì)體，但不能生成強(qiáng)度高的焦炭。

6）1/2中粘煤：粘結(jié)性介于氣煤和弱粘煤之間的、揮發(fā)分范圍較寬的煙煤。

7）貧瘦煤：變質(zhì)程度高，粘結(jié)性較差、揮發(fā)分低的煙煤。結(jié)焦性低于瘦煤。

8）焦煤：是結(jié)焦性最好的煉焦煤，也稱主焦煤。中等揮發(fā)分，一般大于18%—30%，大多能單獨(dú)煉焦。Y值一般大于12%—25%，主要是煉焦用。

9）氣煤：是煤化程度最底的煉焦煤，干燥無灰基揮發(fā)分均大于30%，膠質(zhì)層最大厚度大于5—25mm，隔絕空氣加熱能產(chǎn)生大量煤氣和焦油。主供煉焦，也作為動(dòng)力煤和氣化用煤。煤質(zhì)低灰低硫，可選性好，是我國煉焦煤中儲(chǔ)量最多的一種。

10）肥煤：中等煤化程度的煙煤，高于氣煤。揮發(fā)分一般為24%—40%，膠質(zhì)層最大厚度大于25mm，軟化溫度低，有很強(qiáng)的粘結(jié)能力，是配煤煉焦的重要成分。主要用于煉焦，也作動(dòng)力用煤。

11）弱粘煤：粘結(jié)性較弱，煤化程度較低的煤，介于煉焦煤和非煉焦煤之間，結(jié)焦性較好，低灰低硫高熱量，可選性較好。部分煉焦，多部分作動(dòng)力煤和民用。

12）不粘煤：揮發(fā)分相當(dāng)于肥煤和肥氣煤，但幾乎沒有粘結(jié)性，水分高，發(fā)熱量低，主要作動(dòng)力煤。 13）長焰煤：煤化程度僅高于褐煤的最年輕煙煤，揮發(fā)分高，水分高，不粘，主要是發(fā)電和其他動(dòng)力用煤。

14）褐煤：是煤化程度最低的煤，外觀呈褐色或黑色，與煙煤最主要的區(qū)別是褐煤含有數(shù)量不等的原生腐植酸，而煙煤不含。高水分高揮發(fā)分，低發(fā)熱量低灰熔點(diǎn)，熱穩(wěn)定性差，主要是發(fā)電和動(dòng)力用煤。 2100433B

煤的巖石學(xué)特征受植物群落和沉積環(huán)境背景的影響。植物群落一方面與自身的時(shí)代演替和古氣候演替有關(guān)，其主要受沉積環(huán)境背景的影響。覆水較深的泥炭沼澤易于形成以草本植物為主體的泥炭沼澤 或以 低等藻 類植物 為主 的腐泥，煤常以線理狀和塊狀為特征。覆水較淺的泥炭沼澤易于形成以木本植物為主體的泥炭沼澤，煤常以條帶狀和透鏡狀為特征。撫順盆地是我國一個(gè)非常著名的古近紀(jì)含煤盆地，其煤的類型豐富多彩，包括腐殖煤、腐泥煤、腐殖 -腐泥混合煤和琥珀殘殖煤。以煤的類型和煤的結(jié)構(gòu)構(gòu)造類型為基礎(chǔ)建立撫順煤田煤的巖性相類型，發(fā)現(xiàn)煤的巖性相類型與煤的顯微組分組成和形成條件，以及植物群落類型和泥炭的堆集機(jī)制有著密切的關(guān)系(莊新國等，1999b)。

煤化學(xué)特征包括煤的水分、灰分、揮發(fā)分、碳、氫、氧、氮和煤化程度等。煤化學(xué)特征取決于煤的礦物學(xué)特征和煤化作用。煤中的灰分含量主要來自煤中的無機(jī)礦物質(zhì)。對(duì)于相同變質(zhì)程度的煤來說，煤的揮發(fā)分、碳、氫和氧含量與煤的有機(jī)顯微組分有關(guān)，富鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組的煤具有相對(duì)高的揮發(fā)分和氫、氧含量;富惰質(zhì)組的煤具有相對(duì)低的揮發(fā)分含量和高的碳含量。隨著煤化作用程度的增高，煤的揮發(fā)分產(chǎn)率、氫和氧元素含量減少，碳含量增高。

煤的地球化學(xué)特征主要包括煤中常量和微量元素的豐度和賦存狀態(tài)，其主要受控于泥炭沼澤形成時(shí)的沉積環(huán)境背景、物源區(qū)的巖石組成和火山噴發(fā)，以及煤化作用和巖漿侵入過程中的熱液活動(dòng)。大量研究表明不同地區(qū)和不同煤層煤中常量和微量元素的豐度變化較大，但總體與煤中的礦物質(zhì)有關(guān)。因此，煤中常量和微量元素的總量一般與煤的灰分產(chǎn)率具有明顯的相關(guān)性。常量元素是構(gòu)成煤中常見礦物的主要元素，Si、Al、Na和 K主要來自硅酸鹽礦物;Ca和 Mg主要來自碳酸鹽礦物;S主要來自硫化物礦物(黃鐵礦)，部分硫與有機(jī)質(zhì)和硫酸鹽有關(guān);煤中的硫含量主要與泥炭沼澤形成時(shí)海水的影響有關(guān)，局部地區(qū)與物源條件和巖漿侵入有關(guān)。

大量研究表明一般受海水影響的泥炭沼澤，而后形成的煤中硫含量較高;硫化物礦物含量較高的物源區(qū)和巖漿侵入煤層也可形成煤層中硫含量的局部增高。Fe主要來自硫化物礦物(黃鐵礦)和碳酸鹽礦物(菱鐵礦);P主要來自磷酸鹽礦物。江西樂平晚二疊和晚三疊世煤的礦物學(xué)和地球化學(xué)研究表明晚三疊世煤中 Si、Al、Ca、P、K和 Mg含量明顯高于晚二疊世煤，主要由于晚三疊世煤中具有相對(duì)較高含量的高嶺石、石英、伊利石、菱鐵礦和白云石礦物;而受海水影響明顯的晚二疊世煤中 S和 Fe含量較高主要由于煤中具有相對(duì)較高含量的黃鐵礦和白鐵礦礦物(X.Querol等，2001)。

十二、焦渣特征（CRC )

煤炭熱分解以后剩余物質(zhì)的形狀。根據(jù)不同形狀分為8 個(gè)序號(hào)，其序號(hào)即為焦渣特征代號(hào)。

1──粉狀。全部是粉末，沒有相互粘著的顆粒．

2──粘著。用手指輕碰即為粉末或基本上是粉末，其中較大的團(tuán)塊輕輕一碰即成粉末。

3──弱粘性。用手指輕壓即成不塊。

4 ──不熔融粘結(jié)。用手指用力壓才裂成小塊，焦渣上表面無光澤，下表面稍有銀白色光澤．

5 ──不膨脹熔融枯結(jié)。焦渣形成扁平的塊，煤粒的界限不易分清．焦渣上表面有明顯的銀白色金屬光澤，下表面銀白色光澤更明顯。

6──微膨脹熔融粘結(jié)。用手指壓不碎，焦渣的上、下表面均有銀白色金屬光澤，但焦渣表面具有較小的膨脹泡．

7──膨脹熔融粘結(jié)。焦渣的上、下表面均有銀白色金屬光澤，明顯膨脹，但高度不超過15mm。

8──強(qiáng)膨脹熔融粘結(jié)。焦渣的上、下表面有銀白色金屬光澤，焦渣高度大于15mm。

十三、煤炭工業(yè)分析指標(biāo)的基準(zhǔn)（詳見有關(guān)章節(jié)）

通常是指按照國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)測定煤炭的基本物理、化學(xué)特性的分析項(xiàng)目，主要有工業(yè)分析、元素分析、灰成分分析，煤、煤粉和灰分性質(zhì)的測定等。

煤質(zhì)分析工業(yè)分析

包括對(duì)水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分的測定，有時(shí)還包括硫分和發(fā)熱量等項(xiàng)數(shù)據(jù)的測定。

煤質(zhì)分析元素分析

測定煤中有機(jī)質(zhì)的碳、氫、氧、氮和可燃硫等主要元素組分，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示，收到基中連同水分和灰分總和為100%。

煤質(zhì)分析成分分析

煤中的水分和灰分含量常隨開采、運(yùn)輸、貯存及氣候條件而異，其他成分的含量也將隨之發(fā)生變化，為了便于生產(chǎn)和科研，通常采用四種成分分析基準(zhǔn)：①收到基：以收到狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)的表示方法；②空氣干燥基：以空氣干燥狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)的表示方法;③干燥基：以無水狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)的表示方法;④干燥無灰基：以假想的干燥無灰狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)的表示方法。

除水分和低位發(fā)熱量以外，不同基準(zhǔn)成分?jǐn)?shù)值間的換算系數(shù)見表1。

煤質(zhì)分析成分特性

灰分是由金屬氧化物和非金屬氧化物及其鹽類組成的復(fù)雜物質(zhì)，以SiO₂和Al₂O₃為主，還有Fe₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、SO₃、Na₂O和K₂O等，以及一些Mn、V和Mo等元素的氧化物。

(1)灰成分測定：按工業(yè)分析條件灼燒煤樣制得灰樣，用NaOH溶融，沸水浸取，加HCl溶解，蒸發(fā)至近干，再制備試液。不同成分用不同方法測定，如，SiO₂用動(dòng)物膠凝聚質(zhì)量法，F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃、CaO和MgO用EDTA容量法，Na₂O和K₂O用火焰光度法，P₂O₅用比色法等，還可以用原子吸收光譜法來測定除磷以外的其他灰成分。

(2)灰的熔融特性：通常稱為灰熔點(diǎn)，煤灰沒有固定的熔化溫度，僅有一個(gè)熔化溫度范圍。中國和世界上大多數(shù)國家以角錐法作為標(biāo)準(zhǔn)測定方法，記錄在半還原氣氛中的三個(gè)特征溫度：變形溫度DT，即灰錐尖開始變圓或彎曲時(shí)的溫度;軟化溫度ST，即灰錐體彎曲。

表1 不同基準(zhǔn)成分?jǐn)?shù)值間的換算系數(shù)

注： 表中M表示水分，A表示灰分。

到錐尖觸及托板或錐體變成球形和高度不大于底長的半球時(shí)的溫度；流動(dòng)溫度FT，即灰錐完全熔化或展成高度≤1.5 mm薄層時(shí)的溫度，也稱為熔化溫度。有的國家用熱顯微鏡觀測柱體試樣的熔融特征來確定其特征溫度。

(3) 灰黏度： 表征灰在高溫熔融狀態(tài)下的流動(dòng)特性，通常根據(jù)牛頓摩擦定律用鉬絲扭矩式黏度計(jì)測定1750℃以下1～10 Pa·s范圍內(nèi)的熔體黏度。

煤質(zhì)分析煤粉性質(zhì)

煤是一種成分、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜且極不均一，包括有機(jī)和無機(jī)化合物的混合物，以及無機(jī)物和有機(jī)質(zhì)組成的金屬有機(jī)絡(luò)合物，其性質(zhì)是多方面的，其中與燃燒關(guān)系較密切的有可磨系數(shù)、磨損指數(shù)、煤粉細(xì)度、密度、自由膨脹序數(shù)五項(xiàng)。

(1)可磨系數(shù)：表征煤被粉碎的難易程度，測定的依據(jù)是破碎定律，即在研磨煤粉時(shí)所消耗的能量與新產(chǎn)生的表面面積成正比。廣泛采用的主要方法有哈德葛羅夫 (Hardgrove) 法與全俄熱工研究所(ВТИ)法，其近似換算關(guān)系為：KВТИ=0. 0034(K) 0.61。

(2)磨損指數(shù)：表征煤在破碎過程中對(duì)金屬研磨部件磨蝕的強(qiáng)烈程度，現(xiàn)多使用YGP (Yancey，Geerand Price)法來測定在規(guī)范條件下煤樣對(duì)純鐵的磨損量。

(3)煤粉細(xì)度：煤粉是由各種尺寸不同(一般在1～500 μm)、形狀不規(guī)則的顆粒所組成，其細(xì)度一般用標(biāo)準(zhǔn)篩來測定，以篩孔尺寸為x (μm) 的篩子篩后剩余量占粉樣的百分?jǐn)?shù)Rx(%)來表示。

(4)密度：煤的密度通常以不同的方式表示，有真密度、視密度和堆積密度之分。真密度是在20℃時(shí)，煤的質(zhì)量與同溫度、同體積(不包括煤內(nèi)外表面孔隙)水的質(zhì)量之比；視密度為在20℃時(shí)，煤的質(zhì)量與同溫度、同體積(包括煤內(nèi)外表面孔隙)水的質(zhì)量之比，又稱為假密度；煤粉堆積密度是煤粉在自然堆積狀態(tài)下的視密度。

(5)自由膨脹序數(shù)：表征煤的黏結(jié)特性，把煤按規(guī)定方法加熱，所得焦塊與一組標(biāo)準(zhǔn)焦塊側(cè)面圖進(jìn)行比較來確定的序號(hào)數(shù)。