chap煤的的形成實(shí)用教案

1、第二章 煤的生成(shn chn) 主要(zhyo)內(nèi)容： （1）成煤的物質(zhì)是什么？ （2）煤是如何形成的？ 研究煤的生成(shn chn)規(guī)律，有助于了解煤千變?nèi)f化的特征和規(guī)律，對(duì)煤的勘探、開發(fā)、加工利用都有直接關(guān)系。 第1頁/共57頁第一頁，共58頁。煤是怎煤是怎樣樣(znyng)(znyng)形形成的成的 ? ? 歷史歷史(lsh)假說假說？ 煤是和地球一起形成的，有地球就有煤？ 煤是由巖石演變而來(r li)的 煤是由植物形成的 第2頁/共57頁第二頁，共58頁。第一節(jié) 成煤物質(zhì)(wzh)第3頁/共57頁第三頁，共58頁。第4頁/共57頁第四頁，共58頁。低等植物(ddng zhw)海

2、帶第5頁/共57頁第五頁，共58頁。低等植物(ddng zhw)地衣第6頁/共57頁第六頁，共58頁。高等植物(godngzhw)華南毛蕨第7頁/共57頁第七頁，共58頁。高等植物(godngzhw)松樹第8頁/共57頁第八頁，共58頁。 成煤植物(zhw)的演變和主要聚煤期第9頁/共57頁第九頁，共58頁。從化學(xué)角度看，植物的有機(jī)族組成(z chn)可以分為四類:第10頁/共57頁第十頁，共58頁。第11頁/共57頁第十一頁，共58頁。第12頁/共57頁第十二頁，共58頁。OHCHCHO-CH3CH2OHOHO-CH3H3C-OCHCHCH2OHOHCHCHCH2OH針葉樹的松柏(sn bi

3、)醇落葉樹的芥子落葉樹的芥子(jiz)醇醇喬木喬木(qiom)(qiom)的的香豆醇香豆醇第13頁/共57頁第十三頁，共58頁。第14頁/共57頁第十四頁，共58頁。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)第15頁/共57頁第十五頁，共58頁。植 物碳水化合物木 質(zhì) 素蛋 白 質(zhì)脂類化合物細(xì) 菌綠 藻苔 蘚蕨 類草 類松柏及闊葉樹122830403050506050706070001020302030203050804050152010155101752010208103551013木本植物的不同部分木質(zhì)部葉木 栓孢粉質(zhì)原生質(zhì)607565605202030201000182570235825309010第16頁/共57頁

4、第十六頁，共58頁。第17頁/共57頁第十七頁，共58頁。腐植煤與腐泥煤的主要(zhyo)特征特 征腐植煤腐 泥 煤顏 色光 澤用火柴(huchi)點(diǎn)火氫含量(hnling)（%）低溫干餾焦油產(chǎn)率多數(shù)為黑色光亮者居多不燃燒一般 一般一般 第18頁/共57頁第十八頁，共58頁。第二節(jié)第二節(jié) 成煤的條件成煤的條件(tiojin)和環(huán)境和環(huán)境 煤炭的生成，必須有氣候、生物、地理、地煤炭的生成，必須有氣候、生物、地理、地質(zhì)等條件的相互配合，才能生成具有工業(yè)利用價(jià)值質(zhì)等條件的相互配合，才能生成具有工業(yè)利用價(jià)值的煤炭礦藏。這些條件包括：的煤炭礦藏。這些條件包括： （1） 大量植物的持續(xù)繁殖大量植物的持續(xù)繁

5、殖(生物、氣候的影響生物、氣候的影響) （2）植物遺體不能完全氧化適合）植物遺體不能完全氧化適合(shh)的的堆積場(chǎng)所堆積場(chǎng)所(沼澤、湖泊等沼澤、湖泊等) （3）地質(zhì)作用的配合（地殼的沉降運(yùn)動(dòng)形）地質(zhì)作用的配合（地殼的沉降運(yùn)動(dòng)形成上覆巖層和頂?shù)装宥嗝簩樱┏缮细矌r層和頂?shù)装宥嗝簩樱┑?9頁/共57頁第十九頁，共58頁。第三節(jié)第三節(jié) 成煤作用成煤作用(zuyng)過程過程 由高等植物轉(zhuǎn)化為腐植煤要經(jīng)歷復(fù)雜而漫長(zhǎng)由高等植物轉(zhuǎn)化為腐植煤要經(jīng)歷復(fù)雜而漫長(zhǎng)(mn chng)的的過程，一般需要幾千萬年到幾億年的時(shí)間。整個(gè)成煤作用可劃分為過程，一般需要幾千萬年到幾億年的時(shí)間。整個(gè)成煤作用可劃分為兩個(gè)階段：即泥

6、炭化作用過程和煤化作用。圖示如下：兩個(gè)階段：即泥炭化作用過程和煤化作用。圖示如下：煤化程度的概念：在褐煤向煙煤、無煙煤轉(zhuǎn)化的進(jìn)程中煤化程度的概念：在褐煤向煙煤、無煙煤轉(zhuǎn)化的進(jìn)程中 ，由于地質(zhì)條，由于地質(zhì)條件和成煤年代的差異，使煤處于不同的轉(zhuǎn)化階段件和成煤年代的差異，使煤處于不同的轉(zhuǎn)化階段(jidun)。煤的這種。煤的這種轉(zhuǎn)化階段轉(zhuǎn)化階段(jidun)稱為煤化程度，有時(shí)稱為變質(zhì)程度，或煤級(jí)稱為煤化程度，有時(shí)稱為變質(zhì)程度，或煤級(jí)(Rank)。按煤化程度由低到高依次是：褐煤、煙煤（長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、焦按煤化程度由低到高依次是：褐煤、煙煤（長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤）、無煙煤。煤、瘦煤、貧

7、煤）、無煙煤。植物泥炭化泥炭成巖作用褐煤變質(zhì)作用煙煤、無煙煤煤化作用第20頁/共57頁第二十頁，共58頁。1 泥炭化作用泥炭化作用 泥炭化作用的概念：高等植物死亡后，在生物化學(xué)作用下，泥炭化作用的概念：高等植物死亡后，在生物化學(xué)作用下，變成泥炭的過程稱為泥炭化作用。變成泥炭的過程稱為泥炭化作用。 在這一階段，植物首先在這一階段，植物首先(shuxin)在微生物作用下，分解在微生物作用下，分解和水解為分子量較小的性質(zhì)活潑的化合物，然后小分子化合物之和水解為分子量較小的性質(zhì)活潑的化合物，然后小分子化合物之間相互作用，進(jìn)一步合成新的較穩(wěn)定的有機(jī)化合物，如腐植酸、間相互作用，進(jìn)一步合成新的較穩(wěn)定的有機(jī)

8、化合物，如腐植酸、瀝青質(zhì)等。植物經(jīng)泥炭化作用成為泥炭，在兩方面發(fā)生巨大變化：瀝青質(zhì)等。植物經(jīng)泥炭化作用成為泥炭，在兩方面發(fā)生巨大變化：（1）組織器官（如皮、葉、莖、根等）基本消失，細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到）組織器官（如皮、葉、莖、根等）基本消失，細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞，變成顆粒細(xì)小、含水量極大、呈膠泥狀的膏狀不同程度的破壞，變成顆粒細(xì)小、含水量極大、呈膠泥狀的膏狀體泥炭；體泥炭；（2）組成成分發(fā)生了很大的變化，如植物中大量存在的纖維素和）組成成分發(fā)生了很大的變化，如植物中大量存在的纖維素和木質(zhì)素在泥炭中顯著減少，蛋白質(zhì)消失，而植物中不存在的腐植木質(zhì)素在泥炭中顯著減少，蛋白質(zhì)消失，而植物中不存在的腐植酸

9、卻大量增加，并成為泥炭的最主要的成分之一，通常達(dá)到酸卻大量增加，并成為泥炭的最主要的成分之一，通常達(dá)到40%以上。以上。第21頁/共57頁第二十一頁，共58頁。表26 植物與泥炭化學(xué)組成的比較 元素組成，%有機(jī)組成，%植物與泥炭CHNO+S纖維素半纖維素木質(zhì)素蛋白質(zhì)瀝青腐植酸莎草47.205.611.6139.3750.0020305105100木本植物50.156.201.0542.1050.6020.3017130樺川草本泥炭55.876.352.9034.9719.690.7503.5043.58合浦木本泥炭65.466.531.2026.75o.890.390042.88 植物(zhw

10、)變成泥炭后組成的變化第22頁/共57頁第二十二頁，共58頁。 泥炭(ntn)的組成 腐殖酸：高分子羥基芳香羧酸的混合物 瀝青質(zhì)：脂類化合物轉(zhuǎn)化(zhunhu)而來 未分解的植物組織 殼質(zhì)組分第23頁/共57頁第二十三頁，共58頁。2 煤化煤化(mihu)作用作用 煤化作用包括成巖作用和變質(zhì)作用兩個(gè)連續(xù)的過程。煤化作用包括成巖作用和變質(zhì)作用兩個(gè)連續(xù)的過程。2.1 成巖作用成巖作用 泥炭在沼澤中層層堆積，越積越厚，當(dāng)?shù)貧は陆邓俣饶嗵吭谡訚芍袑訉佣逊e，越積越厚，當(dāng)?shù)貧は陆邓俣容^大時(shí)，泥炭將被泥沙等沉積物覆蓋。在上覆沉積物的壓力較大時(shí)，泥炭將被泥沙等沉積物覆蓋。在上覆沉積物的壓力作用下，泥炭發(fā)生了壓

11、緊、失水、膠體老化、固結(jié)等一系列作用下，泥炭發(fā)生了壓緊、失水、膠體老化、固結(jié)等一系列變化，微生物的作用逐漸消失，取而代之的是緩慢的物理化變化，微生物的作用逐漸消失，取而代之的是緩慢的物理化學(xué)學(xué)(w l hu xu)作用。這樣，泥炭逐漸變成了較為致密作用。這樣，泥炭逐漸變成了較為致密的巖石狀的褐煤。的巖石狀的褐煤。 第24頁/共57頁第二十四頁，共58頁。2.2 變質(zhì)變質(zhì)(bin zh)作用作用 當(dāng)褐煤層繼續(xù)沉降到地殼較深處時(shí)，上覆巖層壓當(dāng)褐煤層繼續(xù)沉降到地殼較深處時(shí)，上覆巖層壓力不斷增大，地溫不斷增高，褐煤中的物理化學(xué)作用力不斷增大，地溫不斷增高，褐煤中的物理化學(xué)作用速度加快，煤的分子結(jié)構(gòu)和組

12、成產(chǎn)生了較大的變化。速度加快，煤的分子結(jié)構(gòu)和組成產(chǎn)生了較大的變化。碳含量明顯增加，氧含量迅速碳含量明顯增加，氧含量迅速(xn s)減少，腐植酸減少，腐植酸也迅速也迅速(xn s)減少并很快消失，褐煤逐漸轉(zhuǎn)化成為減少并很快消失，褐煤逐漸轉(zhuǎn)化成為煙煤。隨著煤層沉降深度的加大，壓力和溫度提高，煙煤。隨著煤層沉降深度的加大，壓力和溫度提高，煤的分子結(jié)構(gòu)繼續(xù)變化，煤的性質(zhì)也發(fā)生不斷的變化，煤的分子結(jié)構(gòu)繼續(xù)變化，煤的性質(zhì)也發(fā)生不斷的變化，最終變成無煙煤。最終變成無煙煤。成煤過程中的化學(xué)組成變化（成煤過程中的化學(xué)組成變化（P25)第25頁/共57頁第二十五頁，共58頁。第26頁/共57頁第二十六頁，共58頁

13、。第27頁/共57頁第二十七頁，共58頁。3、腐泥煤、腐泥煤(n mi)的生成的生成 腐泥化作用：在停滯缺氧的滯水盆地中，浮游生腐泥化作用：在停滯缺氧的滯水盆地中，浮游生物和菌藻類等低等植物物和菌藻類等低等植物(ddng zhw)死亡后，在缺死亡后，在缺氧的環(huán)境中，由厭氧細(xì)菌的作用，低等植物氧的環(huán)境中，由厭氧細(xì)菌的作用，低等植物(ddng zhw)中的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪受到分解，再中的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪受到分解，再經(jīng)聚合和縮合作用，形成一種含水很多的棉絮狀膠體物經(jīng)聚合和縮合作用，形成一種含水很多的棉絮狀膠體物質(zhì)。這種物質(zhì)再經(jīng)過脫水、致密，比重增大，逐漸形成質(zhì)。這種物質(zhì)再經(jīng)過脫水、致

14、密，比重增大，逐漸形成腐泥。腐泥。 腐泥經(jīng)煤化作用而成腐泥煤。隨煤化程度的增加，腐泥經(jīng)煤化作用而成腐泥煤。隨煤化程度的增加，腐泥煤發(fā)生的變化與腐植煤相似。腐泥煤發(fā)生的變化與腐植煤相似。第28頁/共57頁第二十八頁，共58頁。4、瓦斯、瓦斯(w s)和煤層氣的生成和煤層氣的生成(coal bed methane) 瓦斯突出和瓦斯爆炸是煤炭開采過程中的主瓦斯突出和瓦斯爆炸是煤炭開采過程中的主要危害形式，但瓦斯又是寶貴的資源。煤中的瓦斯要危害形式，但瓦斯又是寶貴的資源。煤中的瓦斯主要是在煤化作用過程中形成的。在煤化作用過程主要是在煤化作用過程中形成的。在煤化作用過程中，煤分子上的側(cè)鏈和官能團(tuán)不斷分解

15、和脫落，生中，煤分子上的側(cè)鏈和官能團(tuán)不斷分解和脫落，生成低分子氣體，即煤層氣，其主要成分為甲烷成低分子氣體，即煤層氣，其主要成分為甲烷（70%96%）。在自然條件下，生成）。在自然條件下，生成1噸褐煤可噸褐煤可產(chǎn)生產(chǎn)生68 m3甲烷，生成甲烷，生成1噸肥煤、瘦煤、無煙煤分別噸肥煤、瘦煤、無煙煤分別可產(chǎn)生甲烷可產(chǎn)生甲烷230 m3、330 m3和和400m3。 如果煤層周圍的圍巖如果煤層周圍的圍巖(wi yn)不透氣，在煤不透氣，在煤化作用過程中產(chǎn)生的氣體或被吸附在煤的孔隙中，化作用過程中產(chǎn)生的氣體或被吸附在煤的孔隙中，或逐漸聚積形成煤層氣田?；蛑饾u聚積形成煤層氣田。 第29頁/共57頁第二十九

16、頁，共58頁。成煤作用(zuyng)過程小結(jié) 成煤作用的階段成煤作用的階段 原始植物及變化產(chǎn)物原始植物及變化產(chǎn)物成成 煤煤 作作 用用泥炭化作用泥炭化作用或或腐泥化作用腐泥化作用植物植物 高等植物高等植物 低等植物低等植物 泥炭泥炭 腐泥腐泥煤煤化化作作用用成巖作用成巖作用褐煤褐煤 腐泥煤腐泥煤變質(zhì)作用變質(zhì)作用 長(zhǎng)焰煤長(zhǎng)焰煤 氣煤氣煤 煙煤煙煤 肥煤肥煤 焦煤焦煤 瘦煤瘦煤 貧煤貧煤 無煙煤無煙煤第30頁/共57頁第三十頁，共58頁。腐植煤的分類(fn li) 泥炭 褐煤(hmi) 煙煤 無煙煤煤化程度/碳含量 高高高高 水含量第31頁/共57頁第三十一頁，共58頁。腐植煤的主要(zhyo)特

17、征 土狀無明顯(mngxin)條帶棕紅棕黑 褐色(h s) 無色 無 棕紅 紅色 無色 無 多 較多 較少 少 1.101.40 1.201.45 1.351.90 硬 度 很低 低 較高 高 燃燒現(xiàn)象 有煙 有煙 多煙 無煙自然水分密度(g/cm)第32頁/共57頁第三十二頁，共58頁。 泥炭(ntn) 又稱草碳,是棕褐色或黑褐色的不均勻(jnyn)物質(zhì).含水量高達(dá)85%95%.經(jīng)自然風(fēng)干燥后水分可降至25%35%,其時(shí)相對(duì)密度可達(dá)1.291.61.泥炭中含有大量未分解的植物根,莖,葉的殘?bào)w,有時(shí)用肉眼就可以看出,因此泥炭中的木質(zhì)素和碳水化合物的含量較高.含碳量在50%以下.此外,泥炭中還含

18、有一種在成煤過程中開始形成的,可用堿抽出,用酸沉淀的新物質(zhì)(即腐植酸)和可被有些有機(jī)溶劑抽出的酸性瀝青. 主要用作鍋爐燃料，低溫干餾原料，肥料第33頁/共57頁第三十三頁，共58頁。褐煤(hmi) 大多呈褐色或暗褐色,因而得名.無光澤,相對(duì)密度1.11.4.隨煤化程度的加深( jishn),褐煤顏色變深變暗,相對(duì)密度增加,緊密程度增加,水分減少,腐植酸開始增加,以后又減少.外表上已看不到未分解的植物組織殘?bào)w,含碳量60%70%,熱值低.第34頁/共57頁第三十四頁，共58頁。 褐煤：多被用作燃料、氣化或低溫干餾(gnli)的原料，也可用來提取褐煤蠟、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。還可以作農(nóng)田、果

19、園的有機(jī)肥料。第35頁/共57頁第三十五頁，共58頁。 煙煤(ynmi) 灰黑色至黑色,燃燒時(shí)火焰長(zhǎng)而多煙.不含有腐植酸,因它已溶合成為更復(fù)雜的中性的腐植質(zhì).硬度較大,相對(duì)密為1.21.45.多數(shù)能結(jié)焦( jijio),含碳量75%90%,熱值27.237.2MJ/kg(65008900 kcal/kg).在工業(yè)生產(chǎn)上,為更合理地利用煤炭資源,根據(jù)煤化程度,結(jié)合煤的揮發(fā)分和粘結(jié)性,又將煙煤細(xì)分為長(zhǎng)焰煤,氣煤,肥煤,焦煤和瘦煤等.第36頁/共57頁第三十六頁，共58頁。 無煙煤 俗稱白煤或紅煤.呈灰黑色,帶有金屬光澤,是腐植煤類中最年老的一種煤.相對(duì)(xingdu)密度為1.41.8.燃燒時(shí)無煙

20、,火焰較短,不結(jié)焦,含碳量一般在90%以上,熱值33.433.5MJ/kg(80008500 kcal/kg) 第37頁/共57頁第三十七頁，共58頁。 無煙煤主要供民用(mnyng)和做合成氨造氣的原料；低灰、低硫、且質(zhì)軟易磨的無煙煤不僅是理想的高爐噴吹和燒結(jié)鐵礦石用的還原劑，而且還可以作為制造各種碳素材料如炭電極、炭塊、陽極糊和活性炭、濾料等原料；某些無煙煤制成的航空用型煤還可用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛馬達(dá)的保溫。 第38頁/共57頁第三十八頁，共58頁。Properties of different rank coals第39頁/共57頁第三十九頁，共58頁。Properties of different rank coals第40頁/共57頁第四十頁，共58頁。第41頁/共57頁第四十一頁，共58頁。湖沼演化中泥炭(ntn)和淤泥形成示意圖第42頁/共57頁第四十二頁，共58頁。第43頁/共57頁第四十三頁，共58頁。第44頁/共57頁第四十四頁，共58頁。第45頁/共57頁第四十五頁，共58頁。第4