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)地理條件不同，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，由有機物質(zhì)和無機物質(zhì)兩部分組成，主要是有機物質(zhì)。有機物質(zhì)，可以燃燒。所以也叫可燃體。無機物質(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、導電性、導熱性、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。它們在外觀上有很大差別。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。暗煤和絲炭都無光澤，暗煤的質(zhì)地堅硬而無層理，絲炭很象碎木屑。煤巖組成對煤的性質(zhì)和用途有重要影響。

煤的化學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)變而成的有機礦物。其元素組成十分復雜。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，在燃燒時能放出大量的熱量。一般來說，煤中有機物質(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，需要對煤進行工業(yè)分析，包括測定煤的水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳4項。

煤 的 分 類

一、無煙煤（WY）

無煙煤的特點是固定碳高，揮發(fā)分低，純煤真相對密度高達1.35~1.90，無粘結(jié)性，燃點高，一般達360℃~420℃左右。燃燒時不冒煙。這類煤又細分為01號（年老）、02號（典型）和03號（年輕）三個小類。其中北京、晉城和陽泉三礦區(qū)的無煙煤為01號、02號和03號無煙煤的代表。

無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發(fā)動機和車輛馬達的保溫。

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)，在層狀煉焦爐中不結(jié)焦。發(fā)熱量比無煙煤高，燃燒時火焰短，耐燒，但燃點也較高，僅次于無煙煤，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。一般可作民用及工業(yè)鍋爐的燃料。我國潞安礦區(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，其特點是揮發(fā)分較低，但其粘結(jié)性僅次于典型瘦煤。單獨煉焦時，生成的粉焦多；在配煤煉焦時配入較少比例時也能起到瘦煤的瘦化作用，對提高焦炭的塊度起到良好的作用。這類煤也是發(fā)電、機車、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。煉焦過程中能產(chǎn)生相當數(shù)量的膠質(zhì)體，Y值一般在6mm~10mm左右。單獨煉焦時能得到塊度大、裂紋少、抗碎強度較好的焦炭，但其耐磨強度較差，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)焦性較強的煉焦煤，揮發(fā)分（Vdaf）一般在16%~28%之間。加熱時能產(chǎn)生熱穩(wěn)定性很高的膠質(zhì)體。單獨煉焦時能得到塊度大、裂紋少、抗碎強度和耐磨強度都很高的焦炭。但單獨煉焦時膨脹壓力大，有時易產(chǎn)生推焦困難。一般以作為配煤煉焦使用較好。汾西高陽、淮北石臺及西山馬蘭等礦井是我國典型焦煤代表。

六、肥煤（FM）

是中等揮發(fā)分及中高揮發(fā)分的強粘結(jié)性煉焦煤，其揮發(fā)分的質(zhì)量分數(shù)多在25%~35%左右。加熱時能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體。單獨煉焦時能生成熔融性好、強度高的焦炭，耐磨強度比相同揮發(fā)分的焦煤煉出的焦炭還好。是配煤煉焦中的基礎煤。但單獨煉焦時焦炭有較多的橫裂紋，焦根部分常有蜂焦。我國的開灤、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)分的較強粘結(jié)性煉焦煤，相當于原“中國煤（以煉焦煤為主）分類方案”中的2號肥氣煤及部分2號肥焦煤，也有少量粘結(jié)性較好的1號肥氣煤和1號肥焦煤。所以它實質(zhì)上是一種介于焦煤、肥煤和氣煤之間的過渡煤。在單煤煉焦時能生成熔融性良好，強度較高的焦炭。焦炭的抗碎強度接近肥煤，耐磨強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煤。在煉焦時其配入量可在較寬范圍內(nèi)波動而能獲得高強度的焦炭?；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)體雖多但較稀薄（即膠質(zhì)體的粘稠度?。?。單獨煉焦時能產(chǎn)生大量的煤氣和液體化學產(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平統(tǒng)煤系。江西樂平和浙江長廣煤田是我國產(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，加熱時能產(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，也能單獨結(jié)焦。但焦炭的抗碎強度和耐磨強度多低于其他煉焦用煤牌號。焦炭多呈細長條而易碎，并有較多的縱裂紋。一般在配煤煉焦時多配入氣煤后可增多煤氣和化學產(chǎn)品的收率。有的氣煤也可單獨高溫干餾來制造城市煤氣。撫順老虎臺、山西平朔等礦是典型的氣煤。

十、1/2中粘煤（1/2ZN）

相當于原分類中的一部分1號肥焦煤和1號肥氣煤以及粘結(jié)性較好的一些弱粘煤，因而它也是一種過渡煤。但這類煤的儲量和產(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能結(jié)成一定強度的焦炭，故可作為配煤煉焦的原料。但單獨煉焦時的焦炭強度差，粉焦率高。故主要可作為氣化或動力用煤。我國目前尚未發(fā)現(xiàn)單獨生產(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。隔絕空氣加熱時產(chǎn)生的膠質(zhì)體少。煉焦時有的能結(jié)成強度差的小塊焦，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、中侏羅紀時期。一般適用于氣化及動力燃料。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。焦化時不產(chǎn)生膠質(zhì)體。煤的水分大，純煤發(fā)熱量僅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。東勝、神府礦區(qū)和靖遠、哈密等礦區(qū)都是典型的不粘煤產(chǎn)地。

十三、長焰煤（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。煤的燃點低，純煤熱值也不高。從無粘結(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。貯存時易風化碎裂。有的長焰煤加熱時能產(chǎn)生一定數(shù)量的膠質(zhì)體，也能結(jié)成細小的長條形焦炭，但焦炭強度差，粉焦率高。所以長焰煤一般不用于煉焦，多作為電廠、機車燃料以及工業(yè)爐窯燃料，也可作氣化用煤。遼寧省的阜新、鐵法和內(nèi)蒙古的準格爾等礦區(qū)是我國的長焰煤基地。

十四、褐煤（HM）

是煤化度的礦產(chǎn)煤，其特點是水分大，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，化學反應性強，熱穩(wěn)定性差。塊煤加熱時破碎嚴重，存放在空氣中很易風化變質(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，其中有的來自腐植酸鈣（屬金屬有機化合物），也有來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號褐煤和PM≤30%的1號年輕褐煤。

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。晚第三紀褐煤中有不少可作為提取褐煤蠟的原料，但侏羅紀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

    原煤在生成過程中混入了各種礦物雜質(zhì)，在開采和運輸過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、金屬及水泥構件等)，隨著采煤機械化程度的提高和地質(zhì)條件的變化，原煤質(zhì)量將越來越差，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、水分提高。為了降低原煤中的雜質(zhì)，同時把煤炭按質(zhì)量、規(guī)格分成各種產(chǎn)品，就要對煤炭進行機械加工，以適應不同用戶對煤炭質(zhì)量的要求，為有效的、合理的利用煤炭資源。減少燃煤對大氣的污染創(chuàng)造條件，保證國民經(jīng)濟的可持續(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、物理一化學性質(zhì)，在選煤廠內(nèi)用機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)過洗選，矸石可以就地廢棄，可以減少無效運輸，同時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，減少燃煤對大氣的污染。它是潔凈煤技術的前提。

煤矸石綜合加工利用的主要途徑

煤炭是我國的最主要能源，它在社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用。煤炭的開發(fā)和利用,既對社會經(jīng)濟起著巨大的推動作用，同時也對環(huán)境產(chǎn)生了重大影響。煤矸石和煤層氣就是煤炭開發(fā)過程中產(chǎn)生的主要廢棄物，長期以來被煤炭工業(yè)視為有害物質(zhì)和災害性氣體。黨的十一屆三中全會以后，隨著經(jīng)濟體制改革的不斷深化和我國工農(nóng)業(yè)的健康快速發(fā)展，在能源日趨緊缺的情況下，人們逐步意識到這些廢棄物尚有可供利用的一面。特別是近二十多年來，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，取得了一批成果。實踐證明，只要轉(zhuǎn)變觀念，加強科學研究，因地制宜注意開發(fā)，煤炭生產(chǎn)過程中的礦產(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，并獲得重大的社會和經(jīng)濟效益。

煤矸石是在煤的掘進、開采和洗選過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污染大氣、農(nóng)田和水體。矸石山還會自燃發(fā)生火災，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災害。中國積存煤矸石達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：通過簡易工藝，從煤矸石中洗選出好煤，通過篩選從中選出劣質(zhì)煤，同時揀出黃鐵礦?；驈倪x煤用的跳汰機──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,用重油助燃。德意志聯(lián)邦共和國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，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磨粉機研磨用于生產(chǎn)普通水泥。自燃或人工燃燒過的煤矸石，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?shù)呐浔?，磨成無熟料水泥，可作為膠結(jié)料，以沸騰爐渣作骨料或以石子、沸騰爐渣作粗細骨料制成混凝土砌塊或混凝土空心砌塊等建筑材料。英國、比利時等國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，隨著各行業(yè)對煤矸石的綜合利用研究意識快速崛起，如何將煤矸石變廢為寶？國內(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)的基礎上，區(qū)別對待，使其物盡其用，并將各種利用途徑結(jié)合起來，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)濟效益。