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煤化学第五章煤的化学组成汇总
第五章煤的化学组成
煤的组成极其复杂,是由无机组分和有机组分构成的混合物。
无机组分主要包括黏土和矿物、石英、方解石、石膏、黄铁矿等矿物质和吸附在煤中的水;有机组分主要是由碳、氢、氧、氮、硫等元素构成的复杂的高分子有机化合物的温合物。
一般来说,煤中的无机组分对煤的加工利用是有害的,有机组分是煤的主要组成部分,也是煤炭加工利用的主要对象。
煤中矿物质和有机质的化学成分十分复杂,特别是有机组分的完全分离和鉴定几乎是不可能的。
因此,从分子水平上研究和分析煤的各种组成成分在技术上难以实现。
为了指导煤炭加工利用和研究煤的性质,在实用上通常采用较为简单的办法分析和研究煤的有机组成和无机组成,主要有工业分析、元素分析、灰成分分析和溶剂萃取等。
第一节煤的工业分析
工业分析是确定煤化学组成最基本的方法,它是在规定条件下,将煤的组成划分为水分、灰分、挥发分和固定碳四种组分。
工业分析是一种条件实验,除了水分以外,灰分、挥发分和固定碳是煤在测定条件下的转化产物,不是煤中的固有组分,其测定结果依测定条件变化而变化。
为了使测定结果具有可比性,工业分析的测定方法均有严格的标准。
目前我国实施的是《煤的工业分析方法»(GB/T212-200的。
在该标准中分别规定了水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算方法。
工业分析虽然简单,但分析结果对于研究煤炭性质、确定煤炭的合理用途以及在煤炭贸易中,具有重要的作用。
一、煤中的水分
(一)煤中水分的存在状态
水分是煤中的重要组成部分,是煤炭质量的重要指标。
煤中的水分可分为游离水利和化合水。
煤中游离水是指与煤呈物理态结合的水,它吸附在煤的外表面和内部孔隙中。
因此,煤的颗粒越细、内部孔隙越发达,煤中吸附的水分就越高。
煤中的游离水分可分为两类,即在常温的大气中易失去的水分和不易失去的水分。
前者吸附在煤粒的外表面和较大的毛细孔隙中,称为外在水分,用Mf表示;后者则存在于较小的孔隙中,称为内在水分,用Minh表示。
煤的内在水分和外在水分的质量之和就是煤的全水分,它代表了刚开采出来,或使用单位刚收到或即将投入使用状态下煤中的全部水分(游离水分)。
全水分用Mt或Mar表示通俗地说,外在水分就是煤长时间暴露在空气中所失去的水分,而这时没有失去仍然残留在煤中的水分就是内在水分,有时也称为风干煤样水分。
严格地说,外在水分、内在水分、全水分等指的是水分占煤样质量的百分数。
按照一定的采样标准从商品煤堆、商品煤运输工具或用户煤场等处所采煤样,称为应用煤样,将应用煤样送到化验室后称为收到煤样,它含有的水分占收到煤样质量的百分数称为煤的全水分或收到基全水分,用Mt或Mar表示。
应用煤样在空气中放置一定时间,使煤中水分在大气中不断蒸发,当煤中水的蒸汽压与大气中水蒸汽分压达到平衡,这时所失去的水分占收到煤样质量的百分数就是收到基外在水分,用Mf,ar表示。
煤失去外在水分后所处的状态称为风干状态或空气干燥状态,失去外在水分的煤样称为风干煤样或空气干燥煤样。
残留在风干煤样中的全部游离水分质量占风干煤样质量的百分数称为空气干燥基内在水分,用Minh,ad表示。
通常,大多数煤质分析化验采用的煤样均是粒度小于0.2mm的空气干燥煤样(也称为分析煤样),空气干燥煤样的水分也可称为空气干燥基水分,新国标称为"一般分析试验煤梯水分",用Mad表示。
理论上,Mad的大小与Minh.ad相同。
为了应用方便,将收到基外在水分和空气干燥基内在水分简称为外在水分和内在水分,符号也分别简化为Mf和Minh。
外在水分和内在水分构成了煤的全水分(即收到基全水分),它们的关系可用下式表示:
煤的化合水包括结晶水和热解水。
结晶水是指煤中含结晶水的矿物质所具有的,如石膏(CaS04•2H20)、高岭石(2A1203•4Si02•4H20)中的结晶水,煤中结晶水含量不大;热解水是煤炭在高温热解条件下,煤中的氧和氢结合生成的水,它取决于热解的条件和煤中的氧含量。
如果不作特殊说明,煤中的水分均是指煤中的游离态的吸附水。
这种水在稍高于100℃的条件下即可从煤中完全析出,而结晶水和热解水析出的温度要高得多。
CaS04·2H20在163℃才析出结晶水,而2A1203•4Si02·4H20则要在560℃才析出结晶水,煤分子中的氢和氧化合为水也要在300℃以上才能形成。
因此,煤中水分的测定温度一般在105~1l0℃,在此温度下不会发生化合水的析出。
在煤质研究中,经常会用到一个重要指标,即煤的最高内在水分。
煤的最高内在水分是指煤样在30℃、相对湿度达到96%的条件下吸附水分达到饱和时测得的水分,用符号MHC表示。
这一指标反映了年轻煤的煤化程度,用于煤质研究和煤的分类。
由于空气干燥基水分的平衡湿度一般低于96%,因此,最高内在水分高于空气干燥基水分。
在煤的工业分析中,水分一般指的是空气干燥基水分,严格地说,外在水分、内在水分、最高内在水分和收到基全水分不属于工业分析的范围,国家另行制定了相关的标准。
(二)测定煤中水分的基本原理
煤的空气干燥基水分、外在水分、内在水分、最高内在水分和收到基全水分的测定方法、步骤有所不同,但测定的原理相同:
首先把煤中的水分驱赶出来,通常采用加热的方法,如电加热、微波加热等;然后对驱赶出来的水分进行计量,可以采用体积法、质量法、电解法等计量水分的量。
煤中水分的测定方法有很多,如干燥失重法、共沸蒸馆法、微波干燥法等。
1.干燥失重法
GB/T212-2008规定了两种测定煤的空气干燥基水分的方法,即通氮干燥法(A法)和空气干燥法(B法)。
由于煤中水分是以物理态吸附在煤的表面或孔隙中,只要将煤加热到高于100℃,即可使煤中的水分析出。
干燥失重法通常是将煤加热到105~1l0℃并保持恒温,直至煤样处于恒重时,煤样的失重即认为是煤样水分的质量。
计算煤样干燥后失去的质量占煤样干燥前质量的百分数即为测定的水分。
由于干燥失重法测定过程简单、仪器设备容易解决、测定结果可靠,因此是实验室中最常用的方法。
A法是在氮气流中干燥,可以防止煤样氧化,适用于所有煤种并为仲裁法;B法是在空气流中干燥,只适用于不易氧化的烟煤和无烟煤。
煤的内在水分、外在水分和全水分的测定,由GB/T211-2007进行规范,煤的最高内在水分由GB/T4632-2008进行规范。
2.共沸蒸馏法
将煤样悬浮在一种与水不互溶的有机榕剂(通常用甲苯或二甲苯)中,放入水浴加热,煤中的水分受热后形成水蒸气,与有机溶剂蒸气一起进入冷凝冷却器,冷凝液进入有刻度的接收管。
由于水与溶剂不互溶,且水的密度大,沉于底部,可通过刻度读取水的体积,从而得到水分的量。
该方法特别适合于高水分的年轻煤,但所用溶剂有毒,操作较繁琐,易受其他因素的影响而导致测定精度较差,因此,在国际标准和我国标准中已将此方法淘汰。
3.微波干燥法
将煤样置于微波测水仪内,在微波作用下,煤中的水分高速振动,产生摩擦热,使水分蒸发,根据煤样的失重计算水分的含量。
微波干燥法对煤样能够均匀加热,水分可以迅速蒸发,因而测定快速、周期短,能防止煤样因加热时间过长而氧化。
但因为无烟煤和焦炭的导电性强,不适合用该法测定水分。
在工业分析国家标准中没有将《煤的水分测定方法微波干燥法》列入,因为研究发现,微波干燥法虽能得到与通氮法基本一致的结果,但存在一定的系统误差。
理论上,微波加热过程中样品可能有轻微的分解,因而决定不将微波干燥法列入该项标准。
《煤的水分测定方法微波干燥法》作为独立的标准,供要求快速测定水分时使用。
在实验室中最常用的方法是烘箱加热的干燥失重法。
煤中各种水分测定的具体方法请参照相应的国家标准。
需要说明的是,工业分析中测定的水分是指用粒度小于0.2mm的空气干燥煤样测得的水分,称为空气干燥基水分,GB/T212-2008称为"一般分析试验煤样水分"。
(三)煤中水分与煤化程度的关系
煤的外在水分与煤化程度没有规律可循,一般与煤炭颗粒的外表面积大小有关,粒度越小,颗粒的外表面积越大,外在水分也越高。
但煤的内在水分与煤化程度呈现规律性的变化。
从褐煤开始,随煤化程度的提高,煤的内在水分逐渐下降,到中等煤化程度的肥煤和焦煤阶段,内在水分最低,此后,随煤化程度的提高,内在水分又有所上升。
这是由于煤的内在水分吸附于煤的孔隙内表面上,内表面积越大,吸附水分的能力就越强,煤的水分就越高,此外,煤分子结构上极性的含氧官能团的数量越多,煤吸附水分的能力也越强。
低煤化程度的煤内表面积发达,分子结构上含氧官能团的数量也多,因此内在水分就较高。
随煤化程度的提高,煤的内表面积和含氧官能团均呈下降趋势,因此,煤中的内在水分也是下降的。
到无烟煤阶段,煤的内表面积有所增大,因而煤的内在水分也有所提高。
煤的最高内在水分与煤化程度的关系见表5-1。
(四)煤中的水分对煤炭加工利用的影响
煤中的水分对煤炭的加工利用过程是有害的或者是不利的。
在煤炭燃烧、气化、炼焦时,水分的存在,要额外吸收热量,使过程热效率降低。
在煤炭运输过程中,水分高意味着运力的浪费。
因此,在煤炭贸易中,水分成为一项重要的计价依据,水分高,煤价就要下降。
但煤中适量的水分有利于减少运输和贮存过程中煤粉尘的产生,可以减少煤的损失,降低煤粉对环境的污染。
二、煤的灰分
煤的灰分是指煤在一定条件下完全燃烧后得到的残渣,残渣量的多少与测定条件有关。
(一)测定煤灰分的方法要点
在灰皿中称量1g左右的分析煤样,然后在815℃、空气充足的条件下完全燃烧得到的残渣作为煤的灰分,称量残渣并计算其占煤样质量的百分数,称为煤的灰分产率,用A表示。
测定灰分时所用的煤样是粒度小于0.2mm的空气干燥煤样,因此,测定结果是空气干燥基的灰分产率,用Aad表示。
GB/T212-2008规定了两种测定煤灰分的方法,即慢速法和快速法,慢速法为仲裁法,具体测定步骤请参阅相关国家标准。
由于空气干燥煤样中的水分是随空气湿度的变化而变化的,因而造成灰分的测值也随之发生变化。
但就绝对干燥的煤样而言,其灰分产率是不变的。
所以,在实用上空气干燥基的灰分产率只是中间数据,一般还需换算为干燥基的灰分产率Ad。
在实际使用中除非特别指明,灰分的表示基准应是干燥基。
换算公式如下:
(二)煤灰分的来源
煤的灰分不是煤中的固有组成,而是由煤中的矿物质在高温条件下转化而来的。
煤的灰分与矿物质有很大的区别,首先是灰分的产率比相应的矿物质含量要低,其次是在组成成分上有很大的变化。
矿物质在高温下经分解、氧化、化合等化学反应之后转化为灰分。
煤在灰化过程中矿物质发生的化学反应主要有以下几种。
(1)碳酸盐类矿物的分解
(2)硫铁矿的氧化
(3)黏土、石膏脱结晶水
(4)CaO与S02的反应
必须说明的是,煤在实际燃烧过程中,其中矿物质的转化要复杂得多,常常伴有大量的产物之间的化学反应,形成新的矿物,限于本书的读者对象,在此不赘述。
煤中矿物质含量与其相应的灰分产率之间的关系可用下式近似表示:
式中MM——煤中矿物质的含量,%;
St——煤中的全硫含量,%。
(三)煤中矿物质及灰分对煤炭利用的影响
作为能源或化工原料使用时,煤中的矿物质或灰分是不利的甚至是有害的,必须尽量除去。
(1)煤炭在我国是大宗运输物资,煤中的矿物质多就必然造成运力的浪费。
(2)炼焦是煤炭利用的重要途径,在煤炭焦化过程中,煤中的矿物质转化成为灰分进入焦炭。
灰分的增加,将导致焦炭的机械强度下降。
用于炼铁时,焦炭灰分高,将使高炉产量下降、原料消耗增大。
通常,焦炭灰分增加1%,炼铁焦比提高2.0%~2.5%,助熔剂石灰石用量增加2%,高炉产量下降2.5%~3.0%。
(3)作为气化原料或动力燃料时,灰分大,则热效率低。
灰分每增加1%,煤耗增加2.0%~2.5%。
此外,为了处理燃烧后的灰渣,也会增加成本。
(4)在煤的液化时,若不使用加氢催化剂,煤中的某些矿物质如硫铁矿对加氢液化有催化作用,但进一步研究发现,如果加氢液化采用催化加氢,则矿物质对催化剂的催化活性有抑制作用。
通常,煤的加氢液化均使用催化剂,因此,煤中的矿物质对煤的液化也是有害的.
三、煤的挥发分和固定碳
在高温条件(900℃)下,将煤隔绝空气加热一段时间,煤的有机质发生热解反应,形成部分小分子的化合物,在测定条件下呈气态析出,其余有机质则以固体形式残留下来。
由有机质热解形成井呈气态析出的化合物称为挥发物,该挥发物占煤样质量的百分数称为挥发分或挥发分产率。
以固体形式残留下来的有机质占煤样质量的百分数称为固定碳。
实际上,固定碳不能单独存在,它与煤中的灰分一起形成的残渣称为焦渣,从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。
挥发分用V表示,固定碳用FC表示。
关于挥发分的概念有不同的意见,若从方便挥发分测定的角度理解,按照GB/T3715-2007《煤质及煤分析有关术语》和ISO1213:
1992《Solidmineralfuels-vocabu·laryPart2:
Termsrelatingtosampling,testandanalysis》的定义,挥发分是指煤隔绝空气加热时,从逸出的挥发性物质中扣除煤样中吸附水分后的所有物质。
按这样的定义,挥发分中包含了煤中矿物质热解形成的挥发性气体,如CO2、热解水等。
虽然如此,但由于煤中矿物质在挥发分测定条件下能形成挥发性气体的量实在有限,除特殊情况外,基本上可以认为,挥发分测定时得到的挥发物除吸附水外,其余的几乎都是从有机质热解而形成的低分子化合物。
因此,根据挥发分能够大致判断煤的大部分性质,几乎在所有研究或利用煤的场合均需要煤的挥发分数据。
(一)挥发分的测定要点和基准换算
1.挥发分的测定
称取1g粒度小于0.2mm的空气干燥煤样放入挥发分增塌,在900℃下隔绝空气热7min后取出,在干燥器中冷却后称量焦渣的质量,按下式计算挥发分产率:
式中Vad——空气干燥基挥发分,%;
M——煤样的质量,g;
Ml——残渣的质量,g;
Mad——空气干燥基的水分,%。
空气干燥基固定碳FCad按下式计算:
挥发分和固定碳都不是煤中的固有成分,它们是煤中的有机质在一定条件下热分解的产物。
固定碳与煤中的碳元素是两个不同的概念,固定碳实际上是高分子化合物的混合物,它含有碳、氢、氧、氮、硫等元素。
通常在煤的有机质隔绝空气加热后形成的挥发物中有CH4、C2H6、H2、CO、H2S、NH3、COS,H2O、CnH2n、CnH2n-2和苯、萘、酚等芳香族化合物以及C5~C16的烃类、吡啶、吡咯、噻吩等化合物。
2.干操无灰基挥发分的换算
挥发分由煤的有机质热解而产生,挥发分的高低反映了煤的有机质分子结构的特性。
但挥发分的测定结果用空气干燥基表示时,由于水分和灰分的影响,既不能正确反映这种特性,也不能准确表达挥发分的高低。
因此,排除水分和灰分的影响,采用无水无灰的基准(也称干燥无灰基)表示。
干燥无灰基的挥发分指的是有机质挥发物的质量占煤中干燥无灰物质质量的百分数。
在实际使用中除非特别指明,挥发分均是指干燥无灰基时的数值。
干燥无灰基挥发分用Vdaf表示,由空气干燥基挥发分换算而得:
这时,干燥无灰基的固定碳:
3.挥发分的校正
根据挥发分的特点,挥发分反映的是煤中有机质的特性,但在失重法测定过程中,挥发物中除了从有机质分解而来的化合物之外,还有一部分挥发物不是从有机质而来。
如煤样中矿物质的结晶水、碳酸盐矿物分解产生的CO2、由硫铁矿转化而来的H2S等。
显然它们是由煤样中的无机物转化而来的。
但在挥发分测定时,计入了挥发分,这样,所测得的挥发分就不能正确反映有机质的真实情况,必须进行校正,也就是从挥发分的测值中扣除CO2、H2S和矿物结晶水的量,但实际上很难实现,主要是结晶水、H2S等的含量测定困难所致,另外,这两种成分在挥发分测定中的生成量极小,一般不作校正。
碳酸盐CO2含量的测定则相对容易得多,校正如下:
当碳酸盐CO2含量大于等于2%时,则
式中(C02)ad一一空气干燥基碳酸盐CO2的含量,%。
在GB/T212-2008中规定干燥基和空气干燥基挥发分无需进行碳酸盐CO2的校正,只有干燥无灰基挥发分需要校正,这么做是因为"挥发分是指从挥发物中扣除水分后的量",在干燥基和空气干燥基下,其物质中包含了碳酸盐。
干燥无灰基挥发分需要对二氧化碳进行校正,是因为干燥无灰基定义为假想无水、无灰状态,而在假想无灰状态时,煤中是不存在碳酸盐的。
故计算干燥无灰基挥发分时,应从空气干燥基挥发分中扣除煤中碳酸盐CO2含量。
当碳酸盐CO2含量小于2%时,(C02)ad含量可忽略不计。
在实际工作中,直接测定碳酸盐分解生成的CO2、硫铁矿产生的H2S和矿物质结晶水的含量十分复杂,有的甚至是不可能的。
因此,一般采用对煤样进行脱灰处理,降低其矿物质含量后,矿物质对挥发分测定产生的影响就可以忽略了。
通常,要求用于挥发分测定的煤煤的黏结性强弱。
号数越大,表明黏结性越强。
它们是:
1号粉状:
全部是粉末,没有相互黏着的颗粒;
2号黏着:
颗粒黏着,但用手指轻压即碎成粉状;
3号弱黏结:
已经成块,但手指轻压即碎成小块;
4号不熔融黏结:
用手指用力压才裂成小块;
5号不膨胀熔融黏结:
呈扁平的饼状,煤粒界面不易分清,表面有银白色金属光泽;
6号微膨胀熔融黏结:
焦渣用手指压不碎,表面有银白色金属光泽和较小的膨胀泡;
7号膨胀熔融黏结:
焦渣表面有银白色金属光泽,明显膨胀,但高度不超过15mm;
8号强膨胀熔融黏结:
同7,但高度超过15mm。
(二)影响煤挥发分的因素
1.测定条件的影响
影响挥发分测定结果的主要因素是加热温度、加热时间、加热速度。
此外,加热炉的大小,试样容器的材质、形状、重量、尺寸以及容器的支架都会影响测定结果。
因此,挥发分测定是一个规范性很强的分析项目。
2.煤化程度的影响
煤的挥发分随煤化程度的提高而下降。
褐煤的挥发分最高,通常大于40%;无烟煤的挥发分最低,通常小于10%。
煤的挥发分主要来自于煤分子中不稳定的脂肪侧链、含氧官能团断裂后形成的小分子化合物和煤有机质高分子缩聚时生成的氢气。
随着煤化程度的提高,煤分子上的脂肪侧链和含氧官能团均呈下降趋势;高煤化程度煤分子的缩聚度高,热解时进一步缩聚的反应也少,由此产生的氢气量也少,所以煤的挥发分随煤化程度的提高而下降。
3.成因类型和煤岩组分的影响
煤的挥发分主要取决于其煤化程度,但煤的成因类型和煤岩类型对其也有影响。
腐植煤的挥发分低于腐泥煤,这是由于成煤原始植物的化学组成和结构的差异引起的。
腐植煤以稠环芳香族物质为主,受热不易分解,而腐泥煤则脂肪族成分含量高,受热易裂解为小分子化合物成为挥发分。
煤岩组分中壳质组的挥发分最高,镜质组次之,惰质组最低。
这是因为壳质组化学组成中抗热分解能力低的链状化合物占有较大比例,而情质组的分子主要以缩合芳香结构为主,镜质组则居于二者之间。
由于各个显微组分有不同的挥发分,所以煤的挥发分将随显微组成的变化而变化,而且非常敏感。
图5-1是不同煤岩组分的挥发分随煤化程度的变化规律。
腐植煤镜质组的挥发分随煤化程度的提高而较为均匀地下降。
所以,一般用挥发分作为表示煤化程度的指标。
第二节煤中矿物质的组成及煤灰成分
一、煤中的矿物质种类
煤中的矿物质是煤中无机物的总称,既包括在煤中独立存在的矿物质,如高岭土、蒙脱石、硫铁矿、方解石、石英等;也包括与煤的有机质结合的无机元素,它们以羧基盐的形式存在,如钙、铀等。
此外,煤中还有许多微量元素,有的是有益或无害的元素,有的则是有毒或有害元素。
煤中的矿物质种类十分复杂,性质差异很大,它们与煤的有机质结合得很紧密,很难彻底分离,要准确测定其组成成分是比较困难的。
因此,一般只测定矿物质的总含量,而不测定各组分的含量。
国际上测定煤中矿物质含量的方法很不统一,一般有酸抽提法和低温灰化法。
酸抽提法的要点是用盐酸和氢氟酸处理煤样,以脱除部分矿物质,再测定酸不溶矿物质,从而计算矿物质含量。
这个方法与低温灰化法相比,具有仪器设备简单、实验周期短、易于掌握等优点,但此法的缺点是使用有毒的氢氟酸,测定过程繁琐。
低温灰化法是用等离子低温炉,使氧活化后通过煤样,让煤中的有机质在低于150℃的条件下氧化,残余物即为矿物质。
由于温度较低,煤中的矿物质不发生变化。
低温灰化法的优点是在不破坏矿物质结构的情况下直接测定煤中的矿物质含量;缺点是测定周期长达100~125h,且需要专门的设备,实验条件严格,而且还要测定残留物中的碳、硫含量,比较繁琐。
煤中常见的矿物质有以下几种。
(一)按矿物质组成分类
1.黏土矿物
黏土矿物是煤中最主要的矿物质,其含量明显优于其他矿物,常见的有高岭石、伊利石、蒙脱石等。
随煤化程度的提高,黏土矿物也随之发生变质作用。
在一些高变质的煤中(如贫煤、无烟煤等),高岭石常转化为地开石,它是一种高结晶度的高岭石族矿物,说明煤中矿物质与有机质一样,在煤变质过程中,其结晶度和有序度都在不断提高。
高岭石可以呈碎屑方式由风和水的搬运作用在泥炭沼泽中沉积而形成,一般认为是远离海相沉积的陆源矿物;也可由铝硅酸盐(长石和云母)经风化作用,在泥炭沼泽中沉淀而产生。
高岭石(Al203•2SiO2•2H2O)在较低温度下(400~500℃)发生脱水,转变成偏高岭石。
伊利石是煤中常见的黏土矿物之一,一般情况下其含量仅次于高岭石。
伊利石结晶度一般较差,极少见解理清晰较大的晶体,在煤层中往往与高岭石等黏土矿物共生,很少单独出现,多呈小鳞片状分布在碎屑状基质中。
伊利石在酸性环境中不稳定,而在中性及碱性环境中比较稳定。
伊利石多为碎屑成因,煤层顶板比煤中含量高。
在陆相沉积的煤中,伊利石在矿物质中占有一定的比例。
但在海相沉积的煤中,伊利石的含量与高岭石相反,往往其含量较高,因为伊利石不仅可以来源于陆源供应物质,而且可以在盆地内形成自生矿物。
煤燃烧后煤灰中的K2O主要来源于煤中的伊利石矿物。
蒙脱石又称微晶高岭石或胶岭石,具有极强的分散性和膨胀性,可塑性和耐火性较差,具有强的吸附力和阳离子交换能力。
煤中蒙脱石与火山作用形成的火山灰蚀变有关。
黏土矿物主要呈微粒状、团块状、透镜状、薄层状或不规则状产出,常见其充填于基质镜质体、结构半丝质体及结构丝质体细胞腔中或分散在无结构的镜质体中。
团块状、透镜状和薄层状黏土集合体的大小变化范围很大,可由十几微米到1mm左右。
黏土矿物在薄片中呈无色,有时因腐植酸作用而略带褐色,在干物镜下呈灰色、棕黑色、暗灰色或灰黄色,轮廓清晰,表面不光滑,呈颗粒状及团块状结构,不显突起或微突起。
反光油浸镜下呈黑色,轮廓及结构往往不清楚,难于辨认;具有微弱的荧光,呈暗灰绿色,不太清晰。
煤中的黏土矿物,在光学显微镜下很难区分其矿物成分,必须配合差热分析、X射线衍射、红外光谱等方法才能准确鉴定。
对煤中黏土矿物的成分和产状的研究有助于对成煤古地理环境进行分析。
由于黏土矿物受后生作用的影响显著,因此黏土矿物的成因比起其他矿物来说难以确定。
一般认为,高岭石是在温暖潮湿气候的酸性介质条件下形成的;蒙脱石主要产于干燥、温暖气候的碱性介质条件下,并且其形成与基性火山岩有关;伊利石的形成环境是在温和至半干燥气候下由风化作用形成,而自生伊利石常与富钾的碱性介质条件有关。
2.石英
石英是煤中最常见的矿物之一,分布广泛,其含量可达有机和无机显微组分总量的5%~l0%以上,成为煤中含量最多的矿物。
煤中的石英大部分是陆源矿物,被水或风等地质作用力带入泥炭沼泽,并保存在煤层中,但也有一些石英是煤化过程中产生的自生石英。
煤中的石英一般为粉砂级,显微镜下常常表现为棱角或半棱角状,与细分散状的黏土矿物及其集合体伴生,长轴方向与层理方向相近;化学成因的石英、玉髓和蛋白石为二氧化硅的溶液凝聚而成,一般呈无定形状态分布于煤中,其中玉髓和蛋白石数量很少。
煤层形成后,由于地下水或岩浆的活动,也可生成石英,多呈脉状或
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