第二章煤的成因性质及分类精选PPT.ppt
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1、第二章煤的成因性质及分类第1页,本讲稿共66页第一节第一节 煤的成因及种类煤的成因及种类 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:即段:即泥炭化作用泥炭化作用和和煤化作用煤化作用 煤化作用又分为两个连续的过程,即成岩作用和变煤化作用又分为两个连续的过程,即成岩作用和变质作用质作用:植物植物泥炭化泥炭化泥炭泥炭成岩作用成岩作用褐煤褐煤变质作用变质作用烟煤、无烟煤烟煤、无烟煤煤化作用煤化作用第2页,本讲稿共66页 一、成煤过程一
2、、成煤过程1 1、成煤植物残骸的堆积、成煤植物残骸的堆积2 2、生物化学作用、生物化学作用3 3、成岩作用及褐煤的生成、成岩作用及褐煤的生成4 4、地质化学作用、地质化学作用第3页,本讲稿共66页第4页,本讲稿共66页第5页,本讲稿共66页第6页,本讲稿共66页二、煤的种类二、煤的种类由高等植物生成的煤叫腐植煤(泥炭、褐煤、烟煤、由高等植物生成的煤叫腐植煤(泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤)无烟煤)炼焦工业主要用烟煤,根据煤化度的不同可分为: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、瘦煤和贫煤长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤第7页,本讲稿共66页煤化程度的概念煤化程度的
3、概念:在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中,由于在褐煤向烟煤、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阶段。煤地质条件和成煤年代的差异,使煤处于不同的转化阶段。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。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:按煤化程度由低到高依次是:褐煤褐煤 烟煤(长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤)烟煤(长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤)无烟煤无烟煤 第8页,本讲稿共66页第9页,本讲稿共66页第二节第二节 煤的性质煤的性质1.1.真真(相对相对)密度密度 (真比重真比重)1.1 1.1 真
4、真密密度度的的概概念念:2020时时煤煤的的质质量量与与同同体体积积(不不包包括煤的所有孔隙括煤的所有孔隙)水的质量之比。水的质量之比。1.2 1.2 真真密密度度的的用用途途:真真密密度度是是煤煤的的主主要要物物理理性性质质之之一一,在在研研究究煤煤的的分分子子结结构构、确确定定煤煤化化程程度度、制制定定煤煤的分选密度时,都会用到煤的真密度。的分选密度时,都会用到煤的真密度。第10页,本讲稿共66页煤化程度对煤的真密度的影响煤化程度对煤的真密度的影响 从低煤化度开始,随煤化程从低煤化度开始,随煤化程度的提高,煤的真密度缓慢减小,度的提高,煤的真密度缓慢减小,到碳含量为到碳含量为8686898
5、9之间的中之间的中等煤化程度时,煤的真密度最低,等煤化程度时,煤的真密度最低,约为约为1.30g/cm1.30g/cm3 3左右,此后,煤化左右,此后,煤化程度再提高,煤的真密度急剧提程度再提高,煤的真密度急剧提高到高到1.90g/cm1.90g/cm3 3左右。左右。壳质组壳质组 镜质组镜质组 惰质组惰质组第11页,本讲稿共66页1.31.3影响煤密度的因素影响煤密度的因素1 1、成煤原始物质、成煤原始物质2 2、煤化度、煤化度3 3、岩相组成、岩相组成4 4、矿物质、矿物质5 5、水分及风化、水分及风化第12页,本讲稿共66页2 2、煤的硬度、煤的硬度 煤的硬度反映煤抵抗外来机械作用力的能
6、力。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)度等,常用的是刻划硬度和压痕硬度(显微硬度)第13页,本讲稿共66页 煤的显微硬度煤的显微硬度 式中式中 H H显微硬度,显微硬度,MPaMPa;P P加在压入器上的负荷,加在压入器上的负荷,N N;d d压痕对角线长度,压痕对角线长度,mmmm;方形棱锥体两相对锥面的夹角,一般为方形棱锥体两相对锥面的夹角,一般为136136。P第14页,本讲稿共66页从褐煤开始,显微硬度随煤化程度提高而上升
7、,在碳含量从褐煤开始,显微硬度随煤化程度提高而上升,在碳含量为为75%75%80%(80%(长焰煤、气煤长焰煤、气煤)之间有一个极大值;此后,之间有一个极大值;此后,显微硬度随煤化程度提高而下降,在碳含量达到显微硬度随煤化程度提高而下降,在碳含量达到85%85%左右最左右最低;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。段,显微硬度几乎随煤化程度提高而直线增加。第15页,本讲稿共66页第16页,本讲稿共66页3、煤的脆度、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。煤的脆度是表征煤的
8、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。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。和焦煤脆性最大。第17页,本讲稿共66页4 4、煤的可磨性、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。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、煤的可磨性与煤化度、煤岩组成、煤中水分含量和
9、矿物质的种类、数量及分布状况等有关。数量及分布状况等有关。第18页,本讲稿共66页HGI,%第19页,本讲稿共66页5 5、煤的透光率、煤的透光率煤煤的的透透光光率率:是是指指煤煤样样在在100100的的稀稀硝硝酸酸溶溶液液中中处处理理90min90min,所所得得有有色色溶溶液液对对一一定定波波长长(475nm475nm)的的光光的的透透过过率率。有有色色溶溶液液透透光光率率的的测测定定有有分分光光光光度度计计法法和和目目视视比比色色法法两两种种。分分光光光光度度计计法法因因其其重重现现性性差差,一一般般用用得得不不多多,我我国国国国家家标标准准采采用用目目视视比比色色法法测测定定有有色色溶
10、溶液液的的透光率,用透光率,用P PM M表示。表示。第20页,本讲稿共66页6 6、煤的可选性、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)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。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。形式不同,脱出他们的难易程度也不同,即可选性不同。第21页,本讲稿共66页煤的浮选示意图煤的浮选示意图第22页,本讲稿共6
11、6页二、煤的化学组成二、煤的化学组成1 1、煤的工业分析、煤的工业分析1.11.1水分水分水水分分是是煤煤中中的的重重要要组组成成部部分分,是是煤煤炭炭质质量量的的重重要要指指标标。煤煤中中的的水水分分一一般般是是指指与与煤煤呈呈物物理理态态结结合合的的水水,它它吸吸附附在在煤煤的的外外表表面面和和内内部部孔孔隙隙中中。因因此此,煤煤的的颗颗粒粒越越细细、内内部部孔孔隙隙越越发发达达,煤煤中吸附的水分就越高。中吸附的水分就越高。分为外在水、内在水、化合水分为外在水、内在水、化合水第23页,本讲稿共66页全水分:分析水分:第24页,本讲稿共66页1.2 1.2 煤灰分的定义煤灰分的定义煤的灰分煤
12、的灰分(ash)(ash):煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残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渣。该残渣的质量占测定煤样质量的百分数称为:灰分。灰分。第25页,本讲稿共66页2.3 煤中矿物质的来源煤中矿物质的来源2 煤的灰分原原原原生生生生矿矿矿矿物物物物质质质质次次次次生生生生矿矿矿矿物物物物质质质质外外外外来来来来矿矿矿矿物物物物质质质质 指存在于成煤的植物中,主要是碱金属、碱土金属的盐类,与指存在于成煤的植物中,主要是碱金属、碱土金属的盐类,与指存在于成煤的植物中,主要是碱金属、碱土金属的盐类,与指存在于成煤的植物中,主要是碱金属、碱土金属的
13、盐类,与有机质分子紧密结合,很难用机械方法分开。有机质分子紧密结合,很难用机械方法分开。有机质分子紧密结合,很难用机械方法分开。有机质分子紧密结合,很难用机械方法分开。主要是主要是主要是主要是植物遗体在沼泽中堆积时,由于水流和风带来的细植物遗体在沼泽中堆积时,由于水流和风带来的细植物遗体在沼泽中堆积时,由于水流和风带来的细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,与泥炭掺粘土、沙粒或水中钙、镁离子沉淀及硫铁矿的形成,与泥炭掺粘土、沙粒或水中钙、镁离子沉淀及硫铁矿的形成,与泥炭掺粘土、沙粒或水中钙、镁离子沉淀及硫铁矿的形成,与泥炭掺混,有的均匀分散
14、在泥炭的有机质中,有的则形成独立的包裹混,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体,呈透镜状、条带状、薄片状等;体,呈透镜状、条带状、薄片状等;体,呈透镜状、条带状、薄片状等;体,呈透镜状、条带状、薄片状等;此外此外此外此外,煤层形成后,地下,煤层形成后,地下,煤层形成后,地下,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,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,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,水中溶解的矿物质由于条
15、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,决定了主要有方解石、石膏等矿物。次生矿物质的存在形态,决定了主要有方解石、石膏等矿物。次生矿物质的存在形态,决定了主要有方解石、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。煤的可选性难易程度。煤的可选性难易程度。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煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质。内在矿物质。内在矿物质。内在矿物质。这种矿物质原来不含于煤层中,它是在采煤过程中混入这种矿物质原来不含于煤层中,它是在采煤过
16、程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。它与煤是独立煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。它与煤是独立存在的,几乎不影响煤的可选性。存在的,几乎不影响煤的可选性。第26页,本讲稿共66页 煤灰分的来源煤灰分的来源 矿物质转化为灰分的过程中发生的有矿物质转化为灰分的过程中发生的有代表性的反应代表性的反应 是:是:CaCOCaCO3 3CaO+COCaO+CO2 2FeSFeS2 2+O+O2 2 SOSO2 2+Fe+Fe2 2O O3 3CaSOCaSO4 4.H.H2 2O O CaSO CaSO4 4+H+H2 2O O第27页,本讲稿共66页分析基灰分:干基灰分:第28页,本讲
17、稿共66页 1.3 1.3 挥发分和固定碳的定义:挥发分和固定碳的定义:在在高高温温条条件件下下,将将煤煤隔隔绝绝空空气气加加热热一一定定时时间间,煤煤的的有有机机质质发发生生热热解解反反应应,形形成成部部分分小小分分子子的的化化合合物物,在在测测定定条条件件下下呈呈气气态态析析出出,其其余余有有机机质质则则以以固固体体形形式式残残留留下下来来或或固固定定下下来来。呈呈气气态态析析出出的的小小分分子子化化合合物物称称为为挥挥发发分分,以以固固体形式残留下来的称为固定碳。体形式残留下来的称为固定碳。第29页,本讲稿共66页 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,从实际上,固定碳
18、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。挥发分用焦渣中扣除灰分就是固定碳了。挥发分用V V表示,固定碳用表示,固定碳用FCFC表示。表示。第30页,本讲稿共66页1.3 1.3 挥发分的测定要点挥发分的测定要点 称取称取1g1g空气干燥煤样放入挥发分坩埚,在空气干燥煤样放入挥发分坩埚,在900900的马弗炉内隔的马弗炉内隔绝空气加热绝空气加热7min7min取出,冷却后称量,认为失重由挥发分和吸附的取出,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:水分蒸发所致,因此,按下式计算挥发分:,第31页,本讲稿共66页 空气干燥基的固定碳空
19、气干燥基的固定碳FCad按下式计算:按下式计算:FCad100MadAadVad,3 挥发分和固定碳 第32页,本讲稿共66页2 2、元素分析元素分析 1 1、元素分析的定义、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煤的有机质主要是由碳、氢、氧、氮和硫碳、氢、氧、氮和硫等五种元素组成的。等五种元素组成的。第33页,本讲稿共66页2、元素之间的数量关系元素之间的数量关系 Mad+Aad+Sad
20、+Cad+Had+Oad+Nad =100%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是通过上述公式由差减法 获得。获得。第34页,本讲稿共66页3 3、煤中的碳元素煤中的碳元素 3.1 3.1 碳元素在煤分子上的位置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。香核上。第35页,本讲稿共66页3 3、煤中的碳元素煤中的碳元素
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