第二章煤的一般性质

二、煤的显微组分

煤的显微组分(maceral,micropetrologicalunit)，是指煤在显微镜下能能够区别和辨识的基本组成成分。分为：

有机显微组分：在显微镜下能观察到的煤中成煤原始植物组织转变而成的显微组分。

无机显微组分：在显微镜下能观察到的无机矿物质。1、煤的有机显微组分

腐植煤的有机显微组分包括：镜质组、惰质组和壳质组。在显微镜下的特征是：镜质组：透射光下呈橙红色，透明或半透明，较均一，不含或少含矿物质，见垂直裂纹。普通反射光下呈灰色，油浸反射光下呈深灰色，无突起。惰质组：透射光下呈黑色，不透明。反射光下突起高，呈白色，油浸反射光时呈亮白色。壳质组：透射光下透明到半透明，呈黄色或橙红色，轮廓清晰，外形特殊。普通反射光下大多有突起，呈深灰色，油浸反射光下－灰黑色或黑灰色。1.1镜质组（又称凝胶化组分）的成因

通过凝胶化作用形成。成煤植物的组织在气流闭塞、积水较深的沼泽环境下，产生极其复杂的变化。一方面是植物组织在微生物作用下，分解、水解、化合形成新的化合物并破坏植物组织器官的细胞结构；另一方面植物组织在沼泽水的浸泡下吸水膨胀，使植物细胞结构变形、破坏乃至消失，或进一步再分解为凝胶的过程。植物组织经凝胶化作用并经煤化作用后形成凝胶化组分（镜质组）。镜质组是煤中最主要煤岩组分，含量50－80％，甚至90％。根据凝胶化程度的不同，镜质组还可细分为：结构镜质体，无结构镜质体和碎屑体。1.2、惰质组（又称丝质组）的成因

惰质组是通过丝炭化作用或火焚作用形成。

丝炭化作用：成煤植物的组织在积水较少、湿度不足的条件下，木质纤维组织经脱水作用和缓慢的氧化作用后，又转入缺氧的环境，进一步经煤化作用后转化为惰质化组分。丝炭化作用也可以作用于已经受不同程度凝胶化作用的组分上，但经丝炭化作用后的组分不能再发生凝胶化作用成为凝胶化组分。

火焚作用：有的丝炭化组分是由于古代沼泽森林火灾后，由烧焦的炭化组织转化而来的，称为火焚丝质体。在显微镜下观察，该类丝炭化组分细胞结构完整清晰，且由于没有经受凝胶化作用，细胞壁没有发生吸水膨胀，因此，胞壁薄。煤中含量在10－20％，对煤的性质有重要影响。1.3、壳质组（又称稳定组）的成因

壳质组又称稳定组，是由成煤植物中化学稳定性强的组织器官转化而来的。在泥炭化作用阶段，因化学稳定性强，没有遭受生物化学作用的破坏而保存在煤中，经煤化作用后转化为稳定组分。煤中常见的稳定组分有：孢子体、花粉体、树脂体、角质体、木栓体等。稳定组分在透射光下透明到半透明，呈现黄色到橙红色，轮廓清楚，外形特殊；在反射光下呈现深灰色，大多数有突起。稳定组分在煤中的含量不大，对煤的性质影响很小。个别情况下，有稳定组分富集的煤出现，如乐平树皮煤、抚顺烛煤。稳定组分的氢含量高，发热量高。2、煤中的矿物质——无机显微成分

煤的无机显微成分主要是指粘土矿物、黄铁矿、石英、方解石等，在显微镜下可以进行区分。

粘土类矿物：高岭石，伊利石，水云母，…

硫化物类矿物：黄铁矿，白铁矿，…

碳酸盐类矿物：方解石，菱铁矿，…

氧化物类矿物：石英，…

硫酸盐类矿物：石膏，…

三、显微煤岩组分的反射率

在反射光下，显微组分表面的反射光强度和入射光强度之比称为反射率。反射率可以在空气中即干物镜下测定，以R(%)表示；也可以在油浸物镜下测定，以Ro(%)表示。从长焰煤到无烟煤，Ro增加十几倍，而R只增加两三倍。在与煤层层面成任意交角的切面上最大反射率不变，而最小反射率则随交角不同而变化。在三种有机显微组分中，随煤化程度的变化，只有镜质组呈现较为均匀的变化，因此，一般将油浸物镜下测定的镜质组最大反射率Romax作为分析比较的指标。煤的反射率是煤岩学定量研究煤性质的重要指标，特别是在反映煤的变质程度、预测煤的黏结性，用于煤炭分类、指导煤炭加工利用等方面，具有十分重要的实用价值。

1、腐植煤的煤岩类型1.1镜煤镜煤呈黑色，光泽最强，质地均匀，性脆，断口多呈贝壳状，内生裂隙特别发达。在煤层中镜煤常呈透镜状或条带状，大多厚几毫米到1～2cm，有时呈线理状夹在亮煤或暗煤中。镜煤的显微组成单一，主要是植物的木质纤维组织经凝胶化作用形成的镜质组。性质：V、H高，黏结性强，矿物质含量少1.2丝炭

丝炭外观象木炭，颜色灰黑，具有明显的纤维状结构和丝绢光泽。丝炭疏松多孔，性脆易碎，碎后成为纤维状或粉末状，能染指。在煤层中丝炭的数量一般不多，常呈扁平透镜体，大多厚1～2mm至几mm，有时也能形成不连续的薄层。在显微镜下观察，丝炭的显微组成也是单一的，是简单的煤岩成分，主要是植物经受火灾后的木炭转化而来的惰质组构成。性质：致密坚硬、密度大，H低、C高，V低，无黏结性，可选性差，孔隙大。1.3亮煤

颜色深黑，光泽较强，仅次于镜煤，性较脆，内生裂隙发育。亮煤的均一程度不如镜煤，表面隐约可见微细纹理，内生裂隙发育程度不及镜煤。在显微镜下观察，亮煤组成比较复杂，它以镜质组为主，并含有不同数量的惰质组、壳质组和矿物质。亮煤是最常见的宏观煤岩成分，不少煤层是以亮煤为主组成的，有的整个煤层都是亮煤组成的。性质：亮煤的性质接近镜煤，但由于惰质组和矿物质的存在，质量比镜煤差。1.4暗煤

光泽暗淡，一般呈灰黑色，致密，密度大，内生裂隙不发育，坚硬而具韧性，断面粗糙。暗煤也是煤层中常见的宏观煤岩成分，在煤层中，可以由暗煤为主形成较厚的分层，甚至单独成层。在显微镜下观察，暗煤组成复杂，一般镜质组较少，矿物质含量较高。性质：取决于各组分的含量，如富含壳质组分，V、H高，黏结性强；富含惰质组分，矿物含量高，密度大，V低、弱黏结。腐植煤的岩石类型与显微组分之间的关系2、煤的光泽岩石类型煤的光泽岩石类型一般按平均光泽强度把煤的光泽岩石类型依次划分为光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤四种基本类型。五、煤岩学的应用（1）煤的成因研究在显微镜下观察煤的薄片,可以确定成煤植物的种类，根据煤中保存的植物遗体(表皮,孢子,花粉)，确定成煤植物的种属。（2）煤的可选性研究煤中矿物质的种类、粒度、数量及其分布特征对煤的可选性影响极大。通过研究显微组分(包括无机显微组分)的组成与其可选性关系的研究，可以预测煤的可选性，选择合理的破碎粒度、选煤工艺和流程。（3）评价煤质、指导煤炭加工利用在煤质评价和指导煤炭加工利用时，经常出现一些仅用化学分析的方法所不能解释的现象，而需应用煤岩学的方法才能解决。第二节煤的物理性质一、煤的密度1.真(相对)密度TrueRelativeDensity,TRD(真密度)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。纯煤真密度的计算公式式中：dA－灰的平均真密度，无数据时可取为3.0g/cm3；

Ad－干燥基灰分产率，％。有时用下式估算纯煤的真密度：(TRD)daf＝TRD－0.01Ad，％

TRD第二节煤的物理性质1.3纯煤真密度的概念：在研究煤质时，为了排除煤中矿物质的影响，有时用到纯煤真密度的概念。它是指煤的有机质的真密度，用(TRD)daf表示。可从TRD和煤的灰分等进行计算。1.4影响煤真密度的因素影响煤真密度的因素有成因类型、煤岩组成、矿物质、煤化程度等。成因类型的影响：★腐植煤的真密度一般不低于1.25g/cm3，而腐泥煤仅为1.00g/cm3左右；

1.4影响煤真密度的因素影响煤真密度的因素有成因类型、煤岩组成、矿物质、煤化程度等。

煤岩组成的影响★惰质组的密度最大，镜质组次之，壳质组最低，随煤化程度的提高这种差别减小，到无烟煤阶段趋于一致；

第二节煤的物理性质1.4影响煤真密度的因素影响煤真密度的因素有成因类型、煤岩组成、矿物质、煤化程度等。

矿物质的影响★矿物质的密度较煤的有机质高，因而，煤中矿物质含量高则真密度大；

第二节煤的物理性质1.4影响煤真密度的因素影响煤真密度的因素有成因类型、煤岩组成、矿物质、煤化程度等。

煤化程度的影响：

★对煤的真密度影响最大的是煤化程度。

第二节煤的物理性质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煤化程度对煤的真密度的影响

煤真密度随煤化程度的变化是煤分子结构变化的宏观表现。从化学结构的角度看，煤的真密度反映了煤分子结构的紧密程度和化学组成的特点。其中分子结构的紧密程度是影响煤真密度的关键因素。（1）分子结构的影响（2）化学组成的影响2煤的视(相对)密度apparentrelativedensity,ARD2.1视密度的概念：20℃时煤的质量与同体积（仅包括煤粒的内部孔隙）水的质量之比。2.2视密度的用途

●煤的视密度可用于计算煤的埋藏量。

●计算煤的孔隙率，％第二节煤的物理性质五、煤的光学性质

煤的光学性质主要有可见光照射下的反射率、折射率和透光率以及不可见光照射下的X－射线、红外光谱、紫外光谱和荧光性质等。这里只介绍煤的透光率。

五、煤的光学性质◆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。◆

PM的用途：年轻煤煤化程度指标，用于分类。一般年轻褐煤的PM小于30％，年老褐煤在30％～50％之间；长焰煤的PM通常大于50％；气煤的PM一般大于90％。一、煤的润湿性

1、煤的润湿性当液体和固体接触时，如果固体分子与液体间的作用力大于液体分子间的作用力，则固体可被液体润湿，反之，则不能润湿。通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，接触角越大，煤的润湿性越差。接触角是指通过三相接触周边(三相接触点的连线)的任何一点，经气－液界面作切线(即气－液界面张力)，构成液体与固体表面的夹角，即为接触角θ。第三节煤的固态胶体性质

一、煤的润湿性g-sg-sl-s第三节煤的固态胶体性质2、煤的润湿性的随煤化程度变化规律◆对水而言：随煤化程度加深，接触角增大，润湿性降低；

◆对苯而言：随煤化程度加深，接触角减小，润湿性提高。通常，年轻煤对水介质的亲和性较强，中等以上煤化程度的煤对水的亲和性较差。在煤的浮选脱灰过程中，就是利用煤与矿物质亲水性的差异进行分离的。矿物质表现为亲水性，而煤一般表现为疏水性，但年轻煤由于分子中含有大量的极性含氧官能团，表现为较强的亲水性，因而其可浮性较差，不宜采用浮选工艺。第三节煤的固态胶体性质二、煤的润湿热3.1润湿热的概念：煤被液体润湿时会释放出热量，通常用1g煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。3.2润湿热的本质：年轻煤的润湿热较高，但随着煤化程度的提高而急剧下降，在碳含量为90％左右达到最低值，以后又有所上升。润湿热的产生实际上是液体在煤的孔隙内表面上发生吸附作用的结果。吸附作用越强，比表面积越大，润湿热就越高。第三节煤的固态胶体性质3.3润湿热的影响因素介质的种类、矿物质的含量等均有影响，但主要与比表面积有关。试验表明，煤的润湿热大致为0.39~0.42J/m2。利用润湿热可以大致估计煤的比表面积，但不准确。

二、煤的润湿热第三节煤的固态胶体性质三、煤的孔隙率和比表面积1、煤的孔隙率：煤是一种固态胶体物质，其内部存在着很多毛细管和孔隙。煤内部孔隙的体积占煤的整个体积的百分数，称为孔隙率。煤中孔隙的孔径并不均匀，通常根据孔径大小将其划分为大孔、中孔和微孔，分别用Vmac、Vmes和Vmic表示，总孔容用Vt表示。孔径的划分如下表所示：第三节煤的固态胶体性质孔类型孔径(nm)大孔(macropore)中孔(mesopore)微孔(micropore)>502～50<2煤的孔隙率随煤化程度的变化规律。第三节煤的固态胶体性质2、煤的比表面积：单位质量的煤内部孔隙的面积，m2/g。煤的比表面积是煤内部孔隙的表面积的反映。测定煤比表面积最简单的方法是甲醇润湿热法，这一方法误差较大，已不再使用，现在多用吸附法测定煤的比表面积，常用的吸附介质是氮、氦、氪、氙和二氧化碳。吸附介质不同时，测定结果差别很大。从孔的可接近性和扩散活化能来看，多数人认为-78℃下用二氧化碳测定的结果较为可靠。第三节煤的固态胶体性质煤的比表面积表4－7用不同吸附介质在不同温度下测得的煤比表面积，m2/gC%dafN2－196℃Kr－78℃CO2－78℃CO225℃Xe0℃95.03417624622422690.009614614614186.203410712510983.6020801046279.21117921328472.71284198139149第四节煤的化学性质一、煤的氧化（一）煤氧化的程度煤的氧化是在一定条件下，氧化剂氧化了煤分子，使结构从复杂到简单的转化过程。氧化的温度越高、氧化剂越强、氧化的时间越长，氧化产物的分子结构就越简单，从结构复杂的腐植酸到较简单的苯羧酸，直至最后被完全氧化为二氧化碳和水。常用的氧化剂为：高锰酸钾、重铬酸钠、双氧水、空气、纯氧、硝酸等。一般将煤的氧化分为表面氧化、轻度氧化、中度氧化、深度氧化和完全氧化，见表。煤的氧化程度划分氧化阶段主要氧化条件主要氧化产物I从常温到100℃左右，空气或氧气氧化表面碳氧络合物煤的表面氧化II100～300℃被空气或氧气氧化；100～200℃在碱溶液中被空气或氧气氧化；80～100℃被硝酸氧化溶于碱的高分子有机酸(再生腐植酸)煤的轻度氧化－可控III200～300℃在碱溶液中，用空气或氧气加压氧化；碱性介质中，用KMnO4或H2O2氧化溶于水的复杂有机酸(次有机酸)煤的深度氧化－可控IV条件与III相同,但增加氧化剂用量,延长反应时间可溶于水的苯羧酸煤的深度氧化－可控V完全氧化CO2和H2O煤的完全氧化（二）煤的风化

1、煤风化的概念煤的风化是指离地表较近的煤层，经受风、雪、雨、露、冰冻、日光和空气中氧等的长时间作用，使煤的性质发生一系列不利变化，如发热量下降、灰分增加、黏结性消失等，这种现象称为煤的风化。被开采出来存放在地面上的煤，经长时间与空气作用，也会发生缓慢的氧化作用，使煤质发生变化，这一过程也称为风化作用。

煤风化的本质是煤的氧化作用过程。第四节煤的化学性质2、煤风化后的变化

●化学组成的变化：碳元素和氢元素含量下降，氧含量增加，腐植酸含量增加；

●物理性质的变化：光泽暗淡，机械强度下降、硬度下降，疏松易碎，表面积增加，对水的润湿性增大；

●工艺性质的变化：干馏时的焦油产率下降、发热量降低，黏结性煤的黏结性下降甚至消失，煤的可浮性变差，浮选回收率下降，精煤脱水困难。（二）煤的风化

第四节煤的化学性质1、自燃发生的原因煤风化过程的实质是煤的氧化过程，也就是一个放热过程。如果煤氧化释放的热量不能及时散发，则会被煤吸收而使煤的温度提高。温度的提高又促使了煤更加剧烈的氧化，放出的热量就更多。当温度达到煤的着火点时就会发火燃烧，这一过程称为煤的自燃。

2、防止自燃的措施防止煤自