煤的組成和性質(zhì)

   由于成煤的原生物質(zhì)和成煤的地質(zhì)地理?xiàng)l件不同，不同地區(qū)各種煤的組成和性質(zhì)有很大的差異。煤是不均質(zhì)的混合物，由有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)兩部分組成，主要是有機(jī)物質(zhì)。有機(jī)物質(zhì)，可以燃燒。所以也叫可燃體。無(wú)機(jī)物質(zhì)主要是各種礦物雜質(zhì)，通常不能燃燒。

煤的性質(zhì)分為物理性質(zhì)、化學(xué)組成、工藝性能和燃燒性能等。

煤的物理性質(zhì)包括煤巖組成、顏色、光澤、密度、硬度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐熱性、磁性、粒度組成、泥化程度等。

煤巖組成可分為鏡煤、亮煤、暗煤和絲炭4種。它們?cè)谕庥^上有很大差別。鏡煤和亮煤都有光澤，但鏡煤的斷口呈貝殼狀。質(zhì)地較致密。暗煤和絲炭都無(wú)光澤，暗煤的質(zhì)地堅(jiān)硬而無(wú)層理，絲炭很象碎木屑。煤巖組成對(duì)煤的性質(zhì)和用途有重要影響。

煤的化學(xué)組成包括元素組成和工業(yè)分析。

1 煤的元素組成

煤是由植物遺體轉(zhuǎn)變而成的有機(jī)礦物。其元素組成十分復(fù)雜。它主要是由碳、氫、氧、氮、硫、磷6種元素組成，還含有少量的氟、氯、砷、硼、鉛、汞等元素及微量的鍺、鎵、釩、鈾等稀有元素。

碳和氫是煤中的主要成分，在燃燒時(shí)能放出大量的熱量。一般來(lái)說(shuō)，煤中有機(jī)物質(zhì)的元素隨著煤化程度而有規(guī)律地變化。煤化程度越高，碳的含量越高，而氫和氧的含量越低。

2 煤的工業(yè)分析

為了了解煤炭質(zhì)量，判斷煤的種類和加工利用途徑，需要對(duì)煤進(jìn)行工業(yè)分析，包括測(cè)定煤的水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳4項(xiàng)。

煤 的 分 類

一、無(wú)煙煤（WY）

無(wú)煙煤的特點(diǎn)是固定碳高，揮發(fā)分低，純煤真相對(duì)密度高達(dá)1.35~1.90，無(wú)粘結(jié)性，燃點(diǎn)高，一般達(dá)360℃~420℃左右。燃燒時(shí)不冒煙。這類煤又細(xì)分為01號(hào)（年老）、02號(hào)（典型）和03號(hào)（年輕）三個(gè)小類。其中北京、晉城和陽(yáng)泉三礦區(qū)的無(wú)煙煤為01號(hào)、02號(hào)和03號(hào)無(wú)煙煤的代表。

無(wú)煙煤主要供民用和做合成氨造氣的原料：低灰、低硫、且質(zhì)軟易磨的無(wú)煙煤不僅是理想的高爐噴吹和燒結(jié)鐵礦石用的還原劑與燃料，而且還可作為制造各種碳素材料如碳電極、炭塊、陽(yáng)極糊和活性炭、濾料等原料；某些無(wú)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。

二、貧煤（PM）

是煙煤中變質(zhì)程度的一小類煤，不粘結(jié)或呈微弱的粘結(jié)，在層狀煉焦?fàn)t中不結(jié)焦。發(fā)熱量比無(wú)煙煤高，燃燒時(shí)火焰短，耐燒，但燃點(diǎn)也較高，僅次于無(wú)煙煤，一般350℃~360℃左右。主要作為電廠燃料，尤其是與高揮發(fā)分煤配合燃燒更能充分發(fā)揮其熱值高而又耐燒的優(yōu)點(diǎn)。一般可作民用及工業(yè)鍋爐的燃料。我國(guó)潞安礦區(qū)有典型貧煤。低灰、低硫的貧煤也可作為高爐噴吹燃料。

三、貧瘦煤（PS）

是煉焦煤中變質(zhì)程度的一種，其特點(diǎn)是揮發(fā)分較低，但其粘結(jié)性僅次于典型瘦煤。單獨(dú)煉焦時(shí)，生成的粉焦多；在配煤煉焦時(shí)配入較少比例時(shí)也能起到瘦煤的瘦化作用，對(duì)提高焦炭的塊度起到良好的作用。這類煤也是發(fā)電、機(jī)車、民用及其他工業(yè)爐窯的燃料，山西省的西山礦區(qū)是以典型的貧瘦煤為主。

四、瘦煤（SM）

是具有中等粘結(jié)性的低揮發(fā)分煉焦煤。煉焦過(guò)程中能產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的膠質(zhì)體，Y值一般在6mm~10mm左右。單獨(dú)煉焦時(shí)能得到塊度大、裂紋少、抗碎強(qiáng)度較好的焦炭，但其耐磨強(qiáng)度較差，以作為配焦煉焦使用較好。峰峰四礦是典型的瘦煤資源。高硫、高灰的瘦煤一般只作為電廠及鍋爐燃料。

五、焦煤（JM）

是一種結(jié)焦性較強(qiáng)的煉焦煤，揮發(fā)分（Vdaf）一般在16%~28%之間。加熱時(shí)能產(chǎn)生熱穩(wěn)定性很高的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時(shí)能得到塊度大、裂紋少、抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度都很高的焦炭。但單獨(dú)煉焦時(shí)膨脹壓力大，有時(shí)易產(chǎn)生推焦困難。一般以作為配煤煉焦使用較好。汾西高陽(yáng)、淮北石臺(tái)及西山馬蘭等礦井是我國(guó)典型焦煤代表。

六、肥煤（FM）

是中等揮發(fā)分及中高揮發(fā)分的強(qiáng)粘結(jié)性煉焦煤，其揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多在25%~35%左右。加熱時(shí)能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時(shí)能生成熔融性好、強(qiáng)度高的焦炭，耐磨強(qiáng)度比相同揮發(fā)分的焦煤煉出的焦炭還好。是配煤煉焦中的基礎(chǔ)煤。但單獨(dú)煉焦時(shí)焦炭有較多的橫裂紋，焦根部分常有蜂焦。我國(guó)的開灤、盤江是生產(chǎn)肥煤的主要礦區(qū)。

七、1/3焦煤（1/3JM）

是中等偏高揮發(fā)分的較強(qiáng)粘結(jié)性煉焦煤，相當(dāng)于原“中國(guó)煤（以煉焦煤為主）分類方案”中的2號(hào)肥氣煤及部分2號(hào)肥焦煤，也有少量粘結(jié)性較好的1號(hào)肥氣煤和1號(hào)肥焦煤。所以它實(shí)質(zhì)上是一種介于焦煤、肥煤和氣煤之間的過(guò)渡煤。在單煤煉焦時(shí)能生成熔融性良好，強(qiáng)度較高的焦炭。焦炭的抗碎強(qiáng)度接近肥煤，耐磨強(qiáng)度則又明顯地高于氣肥煤和氣煤。因此它既能單煤煉焦供中型高爐使用，也是良好的配煤煉焦的基礎(chǔ)煤。在煉焦時(shí)其配入量可在較寬范圍內(nèi)波動(dòng)而能獲得高強(qiáng)度的焦炭?；茨?、永榮等礦區(qū)以產(chǎn)1/3焦煤為主。

八、氣肥煤（QF）

是一種揮發(fā)分和膠質(zhì)體厚度都很高的強(qiáng)粘結(jié)性煉焦煤。有人稱之為液肥煤。結(jié)焦性高于氣煤而低于肥煤，膠質(zhì)體雖多但較稀?。茨z質(zhì)體的粘稠度小）。單獨(dú)煉焦時(shí)能產(chǎn)生大量的煤氣和液體化學(xué)產(chǎn)品。它最適合于高溫干餾制造城市煤氣，也可用于配煤煉焦以增加化學(xué)產(chǎn)品的收率。這類煤的成因特殊，煤巖成分中以樹皮質(zhì)等殼質(zhì)組分較多，且多形成于晚二疊世樂(lè)平統(tǒng)煤系。江西樂(lè)平和浙江長(zhǎng)廣煤田是我國(guó)產(chǎn)典型氣肥煤的礦區(qū)。

九、氣煤（QM）

是一種變質(zhì)程度較低，揮發(fā)分較高的煉焦煤，結(jié)焦性較強(qiáng)，加熱時(shí)能產(chǎn)生較高的煤氣和較多的焦油。膠質(zhì)體的熱穩(wěn)定性較差，也能單獨(dú)結(jié)焦。但焦炭的抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度多低于其他煉焦用煤牌號(hào)。焦炭多呈細(xì)長(zhǎng)條而易碎，并有較多的縱裂紋。一般在配煤煉焦時(shí)多配入氣煤后可增多煤氣和化學(xué)產(chǎn)品的收率。有的氣煤也可單獨(dú)高溫干餾來(lái)制造城市煤氣。撫順老虎臺(tái)、山西平朔等礦是典型的氣煤。

十、1/2中粘煤（1/2ZN）

相當(dāng)于原分類中的一部分1號(hào)肥焦煤和1號(hào)肥氣煤以及粘結(jié)性較好的一些弱粘煤，因而它也是一種過(guò)渡煤。但這類煤的儲(chǔ)量和產(chǎn)量都不多。它是一類揮發(fā)分變化范圍較寬、中等結(jié)焦性的煉焦煤。其中有一部分煤在單煤煉焦時(shí)能結(jié)成一定強(qiáng)度的焦炭，故可作為配煤煉焦的原料。但單獨(dú)煉焦時(shí)的焦炭強(qiáng)度差，粉焦率高。故主要可作為氣化或動(dòng)力用煤。我國(guó)目前尚未發(fā)現(xiàn)單獨(dú)生產(chǎn)1/2中粘煤的礦井。

十一、弱粘煤（RN）

是一種粘結(jié)性較弱的從低變質(zhì)到中等變質(zhì)程度的非煉焦用煙煤。隔絕空氣加熱時(shí)產(chǎn)生的膠質(zhì)體少。煉焦時(shí)有的能結(jié)成強(qiáng)度差的小塊焦，有的只有少部分能凝結(jié)成碎屑焦，粉焦率很高。這種煤的成因也較特殊，在煤巖組分中有較高的絲質(zhì)體及半絲質(zhì)體成分，且多形成于中生代的早、中侏羅紀(jì)時(shí)期。一般適用于氣化及動(dòng)力燃料。山西大同是典型的弱粘煤礦區(qū)。

十二、不粘煤（BN）

是一種在成煤初期已經(jīng)受到相當(dāng)程度氧化作用的從低變質(zhì)到中等變質(zhì)程度的非煉焦用煙煤。焦化時(shí)不產(chǎn)生膠質(zhì)體。煤的水分大，純煤發(fā)熱量?jī)H高于一般褐煤而低于所有煙煤，有的還含有一定數(shù)量的再生腐植酸。煤中含氧量多在10%~15%左右。主要可作為發(fā)電和氣化用煤，也可作為動(dòng)力及民用燃料，但由于這類煤的灰熔融性低，與其他煤類配合燃燒，可充分利用其低灰、低硫、收到基低位發(fā)熱量較高的優(yōu)點(diǎn)。東勝、神府礦區(qū)和靖遠(yuǎn)、哈密等礦區(qū)都是典型的不粘煤產(chǎn)地。

十三、長(zhǎng)焰煤（CY）

是變質(zhì)程度的高揮發(fā)分非煉焦煙煤，其煤化程度僅稍高于褐煤而低于其他各類煙煤。煤的燃點(diǎn)低，純煤熱值也不高。從無(wú)粘結(jié)性到弱粘結(jié)性的均有，有的還含有一定數(shù)量的腐植酸。貯存時(shí)易風(fēng)化碎裂。有的長(zhǎng)焰煤加熱時(shí)能產(chǎn)生一定數(shù)量的膠質(zhì)體，也能結(jié)成細(xì)小的長(zhǎng)條形焦炭，但焦炭強(qiáng)度差，粉焦率高。所以長(zhǎng)焰煤一般不用于煉焦，多作為電廠、機(jī)車燃料以及工業(yè)爐窯燃料，也可作氣化用煤。遼寧省的阜新、鐵法和內(nèi)蒙古的準(zhǔn)格爾等礦區(qū)是我國(guó)的長(zhǎng)焰煤基地。

十四、褐煤（HM）

是煤化度的礦產(chǎn)煤，其特點(diǎn)是水分大，孔隙度大，揮發(fā)分高，不粘結(jié)，熱值低，含有不同數(shù)量的腐植酸。氧含量高到15%~30%左右，化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性差。塊煤加熱時(shí)破碎嚴(yán)重，存放在空氣中很易風(fēng)化變質(zhì)，碎裂成小塊甚至呈粉末狀，使熱值更加降低。灰熔融性也普遍較低，煤灰中常含有較多的鈣鹽，其中有的來(lái)自腐植酸鈣（屬金屬有機(jī)化合物），也有來(lái)自碳酸鈣和硅酸鈣的，目前分為目視比色透光率PM＞30%~50%的年老2號(hào)褐煤和PM≤30%的1號(hào)年輕褐煤。

褐煤主要用作發(fā)電燃料，粒度6mm~50mm的混塊煤可用于加壓氣化制造燃料氣和合成氣。晚第三紀(jì)褐煤中有不少可作為提取褐煤蠟的原料，但侏羅紀(jì)褐煤的褐煤蠟低而只可作為燃料或加氫液化原料。年輕褐煤也適于作腐植酸銨等有機(jī)肥料，用于農(nóng)田和果園，能起增產(chǎn)作用。內(nèi)蒙古的平莊、霍林河以及云南小龍?zhí)兜鹊V區(qū)是我國(guó)的典型褐煤產(chǎn)區(qū)。

選煤的意義、選煤的定義、選煤的目的

    原煤在生成過(guò)程中混入了各種礦物雜質(zhì)，在開采和運(yùn)輸過(guò)程中不可避免地又混入頂板和底板的巖石及其他雜質(zhì)(木材、金屬及水泥構(gòu)件等)，隨著采煤機(jī)械化程度的提高和地質(zhì)條件的變化，原煤質(zhì)量將越來(lái)越差，表現(xiàn)在混入原煤的矸石增加、灰分提高、末煤及粉煤含量增長(zhǎng)、水分提高。為了降低原煤中的雜質(zhì)，同時(shí)把煤炭按質(zhì)量、規(guī)格分成各種產(chǎn)品，就要對(duì)煤炭進(jìn)行機(jī)械加工，以適應(yīng)不同用戶對(duì)煤炭質(zhì)量的要求，為有效的、合理的利用煤炭資源。減少燃煤對(duì)大氣的污染創(chuàng)造條件，保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。選煤是煤炭工業(yè)的重要部門。

選煤是利用煤炭與其他礦物質(zhì)的不同物理、物理一化學(xué)性質(zhì)，在選煤廠內(nèi)用機(jī)械方法除去原煤中的雜質(zhì)，把它分成不同質(zhì)量、規(guī)格的產(chǎn)品，以適應(yīng)不同用戶的要求。

選煤的主要目的

(1)除去原煤中的雜質(zhì)，降低灰分和硫分，提高煤炭質(zhì)量，適應(yīng)用戶的需要。

(2)把煤炭分成不同質(zhì)量、規(guī)格的產(chǎn)品，適應(yīng)用戶需要．以便有效合理地利用煤炭，節(jié)約用煤。

(3)煤炭經(jīng)過(guò)洗選，矸石可以就地廢棄，可以減少無(wú)效運(yùn)輸，同時(shí)為綜合利用煤矸石創(chuàng)造條件。

(4)煤炭洗選可以除去大部分的灰分和50％～70％的黃鐵礦硫，減少燃煤對(duì)大氣的污染。它是潔凈煤技術(shù)的前提。

煤矸石綜合加工利用的主要途徑

煤炭是我國(guó)的最主要能源，它在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用。煤炭的開發(fā)和利用,既對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)起著巨大的推動(dòng)作用，同時(shí)也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了重大影響。煤矸石和煤層氣就是煤炭開發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的主要廢棄物，長(zhǎng)期以來(lái)被煤炭工業(yè)視為有害物質(zhì)和災(zāi)害性氣體。黨的十一屆三中全會(huì)以后，隨著經(jīng)濟(jì)體制改革的不斷深化和我國(guó)工農(nóng)業(yè)的健康快速發(fā)展，在能源日趨緊缺的情況下，人們逐步意識(shí)到這些廢棄物尚有可供利用的一面。特別是近二十多年來(lái)，煤炭部門在煤矸石和煤層氣的開發(fā)利用方面做了不少探索和生產(chǎn)試驗(yàn)，取得了一批成果。實(shí)踐證明，只要轉(zhuǎn)變觀念，加強(qiáng)科學(xué)研究，因地制宜注意開發(fā)，煤炭生產(chǎn)過(guò)程中的礦產(chǎn)資源二次利用不僅是完全可行的，而且潛力巨大；不僅可以化害為利、變廢為寶，且可以節(jié)約能源，并獲得重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

煤矸石是在煤的掘進(jìn)、開采和洗選過(guò)程中排出的固體廢物。煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出會(huì)污染大氣、農(nóng)田和水體。矸石山還會(huì)自燃發(fā)生火災(zāi)，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災(zāi)害。中國(guó)積存煤矸石達(dá)10億噸以上，每年還將排出煤矸石1億噸。為了消除污染，自60年代起，很多國(guó)家開始重視煤矸石的處理和利用。利用途徑有以下幾種：

① 回收煤炭和黃鐵礦：通過(guò)簡(jiǎn)易工藝，從煤矸石中洗選出好煤，通過(guò)篩選從中選出劣質(zhì)煤，同時(shí)揀出黃鐵礦?；驈倪x煤用的跳汰機(jī)──平面搖床流程中回收黃鐵礦、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作動(dòng)力鍋爐的燃料，洗矸可作建筑材料，黃鐵礦可作化工原料。

② 用于發(fā)電：主要用洗中煤和洗矸混燒發(fā)電。中國(guó)已用沸騰爐燃燒洗中煤和洗矸的混合物發(fā)電。爐渣可生產(chǎn)爐渣磚和爐渣水泥。所用中煤和矸石的混合物，一般每公斤發(fā)熱量為3500大卡火力不足時(shí),用重油助燃。德意志聯(lián)邦共和國(guó)和荷蘭把煤礦自用電廠和選煤廠建在一起，以利用中煤、煤泥和煤矸石發(fā)電。

③ 制造建筑材料：代替粘土作為制磚原料，可以少挖良田。燒磚時(shí)，利用煤矸石本身的可燃物，可以節(jié)約煤炭。煤矸石可以部分或全部代替粘土超細(xì)磨粉機(jī)研磨用于生產(chǎn)普通水泥。自燃或人工燃燒過(guò)的煤矸石，具有一定活性，可作為水泥的活性混合材料，生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥(摻量小于20％)、火山灰質(zhì)水泥和少熟料水泥。還可直接與石灰、石膏以適當(dāng)?shù)呐浔?，磨成無(wú)熟料水泥，可作為膠結(jié)料，以沸騰爐渣作骨料或以石子、沸騰爐渣作粗細(xì)骨料制成混凝土砌塊或混凝土空心砌塊等建筑材料。英國(guó)、比利時(shí)等國(guó)有專用煤矸石代替硅質(zhì)原料生產(chǎn)水泥的工廠。

近幾年來(lái)，隨著各行業(yè)對(duì)煤矸石的綜合利用研究意識(shí)快速崛起，如何將煤矸石變廢為寶？國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出許多利用途徑?；緞t是在查明煤矸石性質(zhì)的基礎(chǔ)上，區(qū)別對(duì)待，使其物盡其用，并將各種利用途徑結(jié)合起來(lái)，形成一定的開發(fā)規(guī)模和綜合利用系統(tǒng)，從而獲得的經(jīng)濟(jì)效益。