煤化学0792.doc

煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风化、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。其中,除了比重和导电性需要在实验室测定外,其他根据肉眼观察就可以确定。煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据,并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。
1. 颜色
是指新鲜煤表面的自然色彩,是煤对不同波长的光波吸收的结果。呈褐色→黑色,一般随煤化程度的提高而逐渐加深。
2.光泽
是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。煤化程度越高,光泽越强;矿物质含量越多,光泽越暗;风化、氧化程度越深,光泽越暗。
3. 粉色
指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹,所以又称为条痕色。一般是煤化程度越高,粉色越深。
4. 比重和容重
煤的比重又称煤的密度,它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重又称煤的体重或假比重,它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重是计算煤层储量的重要指标。褐煤的容重一般为1.05~1.2,烟煤为1.2~1.4,无烟煤变化范围较大,可由1.35~1.8。煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。在矿物质含量相同的情况下,煤的比重随煤化程度的加深而增大。
5. 硬度
是指煤抵抗外来机械作用的能力。根据外来机械力作用方式的不同,可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。煤的硬度与煤化程度有关,褐煤和焦煤的硬度最小,约2~2.5;无烟煤的硬度最大,接近4。
6. 脆度
是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。在不同变质程度的煤中,长焰煤和气煤的脆度较小,肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大,无烟煤的脆度最小。
7. 断口
是指煤受外力打击后形成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。煤的原始物质组成和煤化程度不同,断口形状各异。
8. 导电性
是指煤传导电流的能力,通常用电阻率来表示。褐煤电阻率低。褐煤向烟煤过渡时,电阻率剧增。烟煤是不良导体,随着煤化程度增高,电阻率减小,至无烟煤时急剧下降,而具良好的导电性。
1. 煤化学的发展
1830年左右,人们承认煤是由植物生成的。同时产生了煤岩学和煤化学两个煤炭研究的重要支柱。1837年,法国开展了煤的系统化学研究,提出了以元素组成为基础的煤分类。为两大支柱打下基础。随后,煤炭几乎是唯一的热源和能源,广泛应用于汽车,航行,炼焦,发电等领域。
煤岩学——美国和法国分别发展了透射光和反射光技术,完善了煤岩测定方法。
煤化学——1913年德国费舍尔开发了F-T合成法。德国的伯吉乌斯开发了煤的直接加氢液化。
两种方法至今仍有强大的生命力。1950~1960年各国对煤的基础研究兴趣达到了顶点,对煤的物理和化学性质有了比较全面的了解。用氢碳比,氧碳比,芳碳率,芳氢率等描述煤的结构。60年代中期,廉价的石油和天然气动摇了煤炭的经济,煤炭工业衰落。不久以后,几次石油危机的发生再一次恢复了煤在能源结构中的地位。
先进分析仪器和新知识的出现可以使人们对煤进行更有效,更合理的应用。进入新实世纪,将在煤化学领域取得更丰硕的成果。
2.我国的煤炭资源和能源概况
我国富煤少油,1993年起,我国成为石油净进口国,专家预计2010年我国石油消费2.96亿吨,而预计产量为1.8~2亿吨。而1994年已探明煤炭储量1万亿吨,占世界的45.7%。1990年产量10.6亿吨,占世界产量的30%。煤炭在我国一次能源中的比重占50%以上,世界平均比重为25%左右,预计到2050年,达68%。此外,我国硫含量超过2%的高硫煤产量在1亿吨以上,它的利用是一个大难题。
3.煤的特性和生成:
根据成煤植物的不同,分为腐植煤和腐泥煤,前者是由植物中的纤维素和木质素等主要成分形成的;后者是由低等植物和浮游生物腐解生成。
腐植煤根据外表分为泥炭,褐煤,烟煤和无烟煤。
植物的族组成:糖类及其衍生物(纤维素,半纤维素和果胶等);木质素,蛋白质和脂类化合物。
从煤岩学角度考察煤的宏观和微观特性:
宏观:根据颜色,光泽,硬度等将煤层中的煤分为四种-镜煤,丝炭,亮煤,暗煤。
显微:镜质体,丝质体,亮质体和暗质体。
4.煤的性质:
煤的工业分析包括水分,灰分,挥发分和固定碳。水分分为游离水和结晶水,其中前者包括外在水分和内在水分两类。煤中矿物质的来源包括原生矿物质,次生矿物质,外来矿物质。存在形态包括粘土类矿物,硫化物类矿物,氧化物类矿物,碳酸盐类矿物等。固定碳是煤的热分解的产物,不仅含有碳还有氧,氮,硫等元素。
煤的元素组成包括:碳,氢,氧,氮,硫等。烟煤(77~92,4~6,2~15,0.7~2.2,小于3)。
煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。其中,除了比重和导电性需要在实验室测定外,其他根据肉眼观察就可以确定。煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据,并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。
1. 颜色
是指新鲜煤表面的自然色彩,是煤对不同波长的光波吸收的结果。呈褐色—黑色,一般随煤化程度的提高而逐渐加深。
2.光泽
是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。煤化程度越高,光泽越强;矿物质含量越多,光泽越暗;风、氧化程度越深,光泽越暗,直到完全消失。
3. 粉色
指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹,所以又称为条痕色。呈浅棕色—黑色。一般是煤化程度越高,粉色越深。
4. 比重和容重
煤的比重又称煤的密度,它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重又称煤的体重或假比重,它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重是计算煤层储量的重要指标。褐煤的容重一般为1.05~1.2,烟煤为1.2~1.4,无烟煤变化范围较大,可由1.35~1.8。煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。在矿物质含量相同的情况下,煤的比重随煤化程度的加深而增大。
5. 硬度
是指煤抵抗外来机械作用的能力。根据外来机械力作用方式的不同,可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。煤的硬度与煤化程度有关,褐煤和焦煤的硬度最小,约2~2.5;无烟煤的硬度最大,接近4。
6. 脆度
是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。在不同变质程度的煤中,长焰煤和气煤的脆度较小,肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大,无烟煤的脆度最小。
7. 断口
是指煤受外力打击后形成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。煤的原始物质组成和煤化程度不同,断口形状各异。
8. 导电性
是指煤传导电流的能力,通常用电阻率来表示。褐煤电阻率低。褐煤向烟煤过渡时,电阻率剧增。烟煤是不良导体,随着煤化程度增高,电阻率减小,至无烟煤时急剧下降,而具良好的导电性。
煤的化学反应:卤化,氧化,磺化,解聚,水解,烷基化,酰基化,加氢等。
5.煤有机质的化学结构:
煤的主体结构是三维聚合物结构。年轻煤结构单元的核心以萘环和菲环为主,中等变质程度的烟煤结构单元的核心则以菲环,芘环为主。
煤结构单元的外围部分主要是含氧官能团(酚羟基,羧基,羰基,甲氧基,醚键等)和烷基侧链(和煤化程度关系很大,其数量随煤化程度的增加而减少。如煤中C为70%时,烷基碳占总碳的