煤和焦炭分析-煤的形成及分類（工業(yè)分析課件）

情境四：煤和焦炭分析任務(wù)一：煤的組成及分類知識(shí)點(diǎn)：煤的組成及分類煤的形成及分類煤及煤的形成煤的分類煤和焦炭的組成及分析1、煤

煤是植物遺體經(jīng)過(guò)生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用而轉(zhuǎn)變成的沉積有機(jī)礦產(chǎn)，是多種高分子化合物和礦物質(zhì)組成的混合物。煤是億萬(wàn)年前大量植物埋在地下慢慢形成的。2、煤的形成煤是地殼運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。一般認(rèn)為，成煤過(guò)程分為兩個(gè)階段：泥炭化階段和煤化階段。前者主要是生物化學(xué)過(guò)程，后者是物理化學(xué)過(guò)程。一、煤及煤的形成（1）泥炭化階段泥炭化階段是植物在泥炭沼澤、湖泊或淺海中不斷繁殖，其遺骸在微生物參加下不斷分解、化合和聚積，在這個(gè)階段中起主導(dǎo)作用的是生物地球化學(xué)作用。低等植物經(jīng)過(guò)生物地球化學(xué)作用形成腐泥，高等植物形成泥炭，因此成煤第一階段可稱為腐泥化階段或泥炭化階段。一、煤及煤的形成（2）煤化階段煤化階段包含兩個(gè)連續(xù)的過(guò)程：第一個(gè)過(guò)程，在地?zé)岷蛪毫Φ淖饔孟?，泥炭層發(fā)生壓實(shí)、失水、肢體老化、硬結(jié)等各種變化而成為褐煤。褐煤的密度比泥炭大，在組成上也發(fā)生了顯著的變化，碳含量相對(duì)增加，腐植酸含量減少，氧含量也減少。因?yàn)槊菏且环N有機(jī)巖，所以這個(gè)過(guò)程又叫做成巖作用。一、煤及煤的形成（2）煤化階段第二個(gè)過(guò)程，是褐煤轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋汉蜔o(wú)煙煤的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中煤的性質(zhì)發(fā)生變化，所以這個(gè)過(guò)程又叫做變質(zhì)作用。地殼繼續(xù)下沉，褐煤的覆蓋層也隨之加厚。在地?zé)岷挽o壓力的作用下，褐煤繼續(xù)經(jīng)受著物理化學(xué)變化而被壓實(shí)、失水。其內(nèi)部組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都進(jìn)一步發(fā)生變化。這個(gè)過(guò)程就是褐煤變成煙煤的變質(zhì)作用。煙煤比褐煤碳含量增高，氧含量減少，腐植酸在煙煤中已經(jīng)不存在了。煙煤繼續(xù)進(jìn)行著變質(zhì)作用。由低變質(zhì)程度向高變質(zhì)程度變化。從而出現(xiàn)了低變質(zhì)程度的長(zhǎng)焰煤、氣煤，中等變質(zhì)程度的肥煤、焦煤和高變質(zhì)程度的瘦煤、貧煤。它們之間的碳含量也隨著變質(zhì)程度的加深而增大。一、煤及煤的形成（2）煤化階段

溫度對(duì)于在成煤過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)有決定性的作用。隨著地層加深，地溫升高，煤的變質(zhì)程度就逐漸加深。高溫作用的時(shí)間愈長(zhǎng)，煤的變質(zhì)程度愈高，反之亦然。在溫度和時(shí)間的同時(shí)作用下，煤的變質(zhì)過(guò)程基本上是化學(xué)變化過(guò)程。在其變化過(guò)程中所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是多種多樣的，包括脫水、脫羧、脫甲烷、脫氧和縮聚等。

壓力也是煤形成過(guò)程中的一個(gè)重要因素。隨著煤化過(guò)程中氣體的析出和壓力的增高，反應(yīng)速度會(huì)愈來(lái)愈饅，但卻能促成煤化過(guò)程中煤質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的變化，能夠減少低變質(zhì)程度煤的孔隙率、水分和增加密度。一、煤及煤的形成通常把煤分為成因分類和工業(yè)分類（或稱實(shí)用分類）兩大體系。成因分類是根據(jù)成煤原始植物的不同而進(jìn)行分類的。1、成因分類煤的成因分類主要分為由高等植物生成的腐殖煤和由低等植物生成的腐泥類，以及由上述兩類混合形成的腐殖腐泥煤和腐泥腐殖煤以及殘殖煤5大類。其中以腐殖煤在地球上的比例最多，約占全部煤的95%以上。各類煤的基本特性如下。二、煤的分類（1）腐殖煤古代高等植物死亡后，其殘骸堆積在空氣不太充足的低地沼澤中，產(chǎn)生不完全的氧化分解作用（稱為半敗作用），隨后，由于死亡植物殘骸的不斷堆積，它們完全與空氣隔絕而氧氣停止進(jìn)入，這時(shí)植物殘骸依靠本身含有的氧而發(fā)生厭氧細(xì)菌的分解作用，從而開(kāi)始脫水、去羧基（-COOH），放出二氧化碳、水及甲烷等氣體，使殘骸的碳含量相對(duì)增高，氧和氫含量則逐漸減少，形成了一種凝膠狀的物質(zhì)，這種物質(zhì)稱為泥炭。二、煤的分類（1）腐殖煤隨著地殼的下沉，堆積在沼澤中的泥炭就逐漸被黏土、砂石等物質(zhì)的堆積而形成了巖層。泥炭在上覆巖層的壓力作用下又發(fā)生了壓緊、失水、膠體老化、硬結(jié)等物理和物理化學(xué)作用，使覆蓋泥炭的化學(xué)組成也發(fā)生了不斷的變化，最后變成了碳含量更高、氧和氫含量更低而致密度更高的褐煤。褐煤在巖層壓實(shí)下又經(jīng)過(guò)高溫（200℃左右）、高壓（幾千至幾萬(wàn)大氣壓）作用下而逐漸演變成煙煤和無(wú)煙煤。二、煤的分類（2）腐泥煤由細(xì)胞中含有大量原生質(zhì)的古代菌藻類低等植物和浮游生物死亡后堆積在湖沼、海灣等水體底部的缺氧環(huán)境中，經(jīng)過(guò)腐敗作用和物理作用及物理化學(xué)作用（即煤化作用）后轉(zhuǎn)變而成的煤。腐泥煤在自然界很少，它常以薄層狀或透鏡狀?yuàn)A于腐殖煤中。腐泥煤的揮發(fā)分高，如相當(dāng)于褐煤階段的腐泥煤的揮發(fā)分（干燥無(wú)灰基）常高達(dá)80%-95%左右，而由腐殖煤形成的褐煤的揮發(fā)分一般只有40%-65%左右。二、煤的分類（2）腐泥煤腐泥煤的主要特點(diǎn)是呈灰黑色，結(jié)構(gòu)較均一，致密塊狀，硬度和韌性都較大，同時(shí)光澤暗淡，具貝殼狀斷口，且氫含量高、焦油產(chǎn)率也高。這一類煤包括了藻煤、膠泥煤和藻燭煤。二、煤的分類（3）腐殖煤泥煤和腐泥腐殖煤腐殖腐泥煤是以古代低等植物和高等植物一起作為原始成煤物質(zhì)而形成的煤。它是一種介于腐泥煤與腐殖煤之間而以腐泥煤為主的過(guò)渡型煤，這一類煤包括燭煤和藻燭煤，其外觀多呈灰黑色或灰色，致密而堅(jiān)硬，其中燭煤的韌性較大，貝殼狀斷口，塊狀結(jié)構(gòu)。在顯微鏡下常見(jiàn)較多的小孢子和黃色或橙黃色的腐泥基質(zhì)。其氫含量、焦油率和揮發(fā)低于腐泥煤而高于腐殖煤。當(dāng)煤中的腐殖成分高于腐泥成分時(shí)就叫做腐泥腐殖煤，其各種性質(zhì)接近于腐殖煤。二、煤的分類（4）殘殖煤亦稱“樹(shù)皮煤”或“樹(shù)皮殘殖煤”，它是由古代高等植物死亡后，其殘骸中的樹(shù)皮、蠟、樹(shù)脂、孢子、花粉等對(duì)化學(xué)等對(duì)化學(xué)物質(zhì)比較穩(wěn)定的一些組分經(jīng)過(guò)生物化學(xué)、物理和物理化學(xué)作用后形成的煤。其特點(diǎn)是揮發(fā)分、氫含量、焦油產(chǎn)率等都比相同煤化度的腐殖煤高。中國(guó)江西的樂(lè)平鳴山礦、橋頭丘礦和浙江長(zhǎng)廣等礦區(qū)的煤都屬于殘殖煤。由于這些煤在顯微鏡下?？梢?jiàn)到大量黃色或紅色的樹(shù)皮，故也稱樹(shù)皮殘殖煤。二、煤的分類2、工業(yè)分類煤的種類繁多，質(zhì)量也相差懸殊，不同類型的煤有不同的用途。如結(jié)焦性好就粘結(jié)性好的煤是優(yōu)質(zhì)的煉焦用煤；熱穩(wěn)定性好的無(wú)煙塊煤是合成氨廠的主要原料；揮發(fā)分和發(fā)熱量都高的煤是較好的動(dòng)力用煤；一些低灰、低硫的年輕煤則是加壓氣化制造煤氣和加氫液化制取人造液體燃料的較好原料。煤的分類：依據(jù)不同，分類不同二、煤的分類2、工業(yè)分類我國(guó)的分類法是以煉焦用煤為主的工業(yè)分類法，新的煤分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)把我國(guó)的煤從褐煤到無(wú)煙煤之間共劃分為14個(gè)大類和17個(gè)小類。常見(jiàn)的三類：無(wú)煙煤、褐煤、煙煤。無(wú)煙煤分為3個(gè)小類：年老無(wú)煙煤、典型無(wú)煙煤、年輕無(wú)煙煤，主要是按照各小類工藝?yán)锰匦缘牟煌鴦澐?。二、煤的分?、工業(yè)分類褐煤劃為2個(gè)小類：年老褐煤和年輕褐煤，也是根據(jù)其性質(zhì)和利用特征不同而劃分的。煙煤分為貧煤、貧瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、氣肥煤、氣煤、13焦煤、12中粘煤、弱粘煤、不粘煤和長(zhǎng)焰煤共12個(gè)煤類。二、煤的分類1、煤和焦炭的組成（1）煤的組成煤主要由可燃部分和不可燃部分組成?？扇疾糠种饕ㄓ袡C(jī)質(zhì)和少量的礦物質(zhì)中的可燃硫，不可燃部分包括水和大部分礦物質(zhì)（含硫礦物質(zhì)除外），如堿金屬、堿土金屬、鐵、鋁等的鹽類。

三、煤和焦炭的組成及分析1、煤和焦炭的組成（2）煤中的礦物質(zhì)

按來(lái)源分為：原生礦物質(zhì)（成煤植物本身）；次生礦物質(zhì)（成煤過(guò)程混入）；外來(lái)礦物質(zhì)（采煤過(guò)程混入）。

三、煤和焦炭的組成及分析（2）煤中的礦物質(zhì)按性質(zhì)分為：①粘土類礦物：高嶺石Al4[Si4O10](OH)8、水云母K21Al2[(Si2Al)4O10](OH)2·nH2O②硫化物類礦物：黃鐵礦FeS2、白鐵礦FeS2③碳酸鹽類礦物：方解石CaCO3等④氧化物類礦物：石英SiO2⑤硫酸鹽類礦物：石膏CaSO4·2H2O三、煤和焦炭的組成及分析1、煤和焦炭的組成（3）煤中的元素煤包含有很多種元素，主要包含C、H、O、N、S等。①碳碳是組成煤大分子的骨架，在各元素中最高，一般大于70％。隨著煤化程度的不斷增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超無(wú)煙煤，碳含量可超過(guò)97％。三、煤和焦炭的組成及分析1、煤和焦炭的組成（1）煤中的礦物質(zhì)②氫氫是煤中第二個(gè)重要的組成元素。它占煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～6％，越是年輕的煤，其含量也越高。③氧氧元素是組成煤有機(jī)質(zhì)的十分重要的元素，越是年輕的煤，氧元素的比例也越大，發(fā)熱量常隨氧元素含量的增高而降低，其含量從1～30％均有。三、煤和焦炭的組成及分析1、煤和焦炭的組成（1）煤中的礦物質(zhì)④氮

氮元素在煤中的比例較少，一般為0．5～3％。⑤硫硫元素也是組成煤的有機(jī)質(zhì)的一種有害元素，它在煤中含量的多少，與煤化程度的高低無(wú)明顯關(guān)系，其含量從最低的0.1到最高的10％均有。三、煤和焦炭的組成及分析

煤的元素組分的不同，不僅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性質(zhì)的不同。如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘結(jié)性很差戓是沒(méi)有粘結(jié)性的年輕煤；碳含量高、氧含量低的煤則常是一些無(wú)粘結(jié)性的年老煤，只有碳含量在8488％，氫含量在5％以上的中等變質(zhì)程度的煤，才是結(jié)焦性較好的煉焦用煤。三、煤和焦炭的組成及分析2、煤和焦炭的分析煤的分析檢驗(yàn)，根據(jù)目的不同，一般可分為工業(yè)分析、元素分析、物理性質(zhì)測(cè)定、工藝性質(zhì)測(cè)定和煤灰成分分析等。（1）煤的工業(yè)分析

包括煤的水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳四個(gè)項(xiàng)目的測(cè)定。通常煤的水分、灰分、揮發(fā)分是直接測(cè)出的，而固定碳是用差減法計(jì)算出來(lái)的。

廣義上講，煤的工業(yè)分析還包括煤的全硫分和發(fā)熱量的測(cè)定，又叫煤的全工業(yè)分析。三、煤和焦炭的組成及分析（1）煤的工業(yè)分析

煤的工業(yè)分析又叫技術(shù)分析或?qū)嵱梅治?，是了解煤的性質(zhì)和用途的重要指標(biāo)，是評(píng)價(jià)煤的基本依據(jù)。根據(jù)分析結(jié)果，可以大致了解煤中有機(jī)質(zhì)的含量及發(fā)熱量的高低，從而初步判斷煤的種類、加工利用效果及工業(yè)用途，根據(jù)工業(yè)分析數(shù)據(jù)還可計(jì)算煤的發(fā)熱量和焦化產(chǎn)品的產(chǎn)率等。煤中全硫分是確定煉焦用煙煤的重要指標(biāo)。對(duì)于合成氨工業(yè)，固定碳含量是評(píng)價(jià)無(wú)煙煤用于制造合成氣（半水煤氣）時(shí)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的一個(gè)重要指標(biāo)。煤的工業(yè)分析主要用于煤的生產(chǎn)開(kāi)采和商業(yè)部門及用煤的各類用戶，如焦化廠、電廠、化工廠等。三、煤和焦炭的組成及分析（2）煤的元素分析

煤的元素分析是對(duì)煤中的元素含量進(jìn)行檢測(cè)和分析（一般用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示），包括常規(guī)的C、H、O、N、S、Al、Si、Fe、Ca等元素含量，還可檢測(cè)煤中的痕量元素包括Ti、Na、K等。元素分析是研究煤的變質(zhì)程度，計(jì)算煤的發(fā)熱量，估算煤的干餾產(chǎn)物的重要指標(biāo)，也是工業(yè)中以煤作燃料時(shí)進(jìn)行熱量計(jì)算的基礎(chǔ)。元素分析主要用于科研部門。三、煤和焦炭的組成及分析（3）其它分析

據(jù)特殊的需要進(jìn)行檢測(cè)的還有煤灰成分分析、物理性質(zhì)測(cè)定和工藝性質(zhì)測(cè)定等。工藝性質(zhì)測(cè)定：煤的黏結(jié)性、發(fā)熱量