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第六章煤岩学基础BasicKnowledgeofCoalPetroloy煤的岩石组成第六章煤岩学基础主要内容：煤岩组成的研究方法有机显微组分及其成因有机显微组分的性质宏观煤岩学概述微观煤岩学在炼焦配煤中的应用1、什么是煤岩学(coalpetrology)？用岩石学的观点和方法研究煤的组成和性质。主要应用于煤的成因、煤层对比、煤油勘探、选煤、炼焦。2、煤岩学研究方法宏观方法－用肉眼或放大镜观察煤，根据其颜色、条痕色、光泽、硬度、断口等特征，识别煤岩类型、判断煤的性质。微观方法－用显微镜研究煤，将煤岩组分分为镜质组、壳质组、丝质组、矿物组，判断煤的性质。第一节概述：煤岩学研究方法微观方法－用显微镜研究煤研究方法：透射光：薄片2×2cm，厚0.2mm。根据颜色、形态和结构识别微煤岩组分、判断煤的性质。反射光：光片直径2cm，厚1.5-2cm圆柱体。在普通反射光或油浸反射光下，根据颜色、形态、结构、突起、反光性等特征识别煤岩组分、判断煤的性质。光片分为煤光片和粉光片（砖光片）。油浸物镜：就是观察前要再切片上的滴一滴油的物镜，因为油的光学特性跟玻璃差不多，不会产生折射，使物镜的分辨率大幅提高。显微镜下研究煤的方法：研究方法研究对象研究内容侧重点透射光法煤的薄片煤的有机显微组分的透光色、透明度、形态、结构和轮廓等煤的成因研究反射光法普通反射光（a）煤光片、煤砖光片煤的有机显微组分的反射色、形态、结构、轮廓、突起、反射率、显微硬度等煤的加工利用油浸反射光（o）其它方法荧光显微镜、扫描电子显微镜、电子探针微区分析技术、煤的核磁共振（NMR）研究技术、煤的电子顺磁共振（ESR）研究技术、煤的红外光谱研究技术、煤的X射线光电子能谱（XPS）等微观方法－用显微镜研究煤第二节煤的显微组分煤的显微组分(maceral,micropetrologicalunit)，是指煤在显微镜下能够区别和辨识的基本组成成分。分为：①有机显微组分：在显微镜下能观察到的煤中成煤原始植物组织转变而成的显微组分（煤的有机质）。②无机显微组分：在显微镜下能观察到的无机矿物质。1、煤的有机显微组分（OrganicMacerals）腐植煤的有机显微组分包括：镜质组、惰质组和壳质组。在显微镜下的特征是：镜质组：透射光下呈橙红色，透明或半透明，较均一，不含或少含矿物质，见垂直裂纹。普通反射光下呈灰色，油浸反射光下呈深灰色，无突起。惰质组：透射光下呈黑色，不透明。反射光下突起高，呈白色，油浸反射光时呈亮白色。壳质组：透射光下透明到半透明，呈黄色或橙红色，轮廓清晰，外形特殊。普通反射光下大多有突起，呈深灰色，油浸反射光下－灰黑色或黑灰色。1.1镜质组（Vitrinite）的成因通过木质素组织凝胶化作用形成。成煤植物的组织在气流闭塞、积水较深的沼泽环境下，产生极其复杂的变化。一方面是植物组织在微生物作用下，分解、水解、化合形成新的化合物并破坏植物组织器官的细胞结构；另一方面植物组织在沼泽水的浸泡下吸水膨胀，使植物细胞结构变形、破坏乃至消失，或进一步再分解为凝胶的过程。植物组织经凝胶化作用并经煤化作用后形成凝胶化组分（镜质组）。镜质组是煤中最主要煤岩组分，含量50－80％，甚至90％。根据凝胶化程度的不同，镜质组还可细分为：结构镜质体，无结构镜质体和碎屑体。1.2、惰质组（Inertinite，又称丝质组）的成因丝质组是通过丝炭化作用或火焚作用形成。丝炭化作用：成煤植物的组织在积水较少、湿度不足的条件下，木质纤维组织经脱水作用和缓慢的氧化作用后，又转入缺氧的环境，进一步经煤化作用后转化为丝炭化组分。丝炭化作用也可以作用于已经受不同程度凝胶化作用的组分上，但经丝炭化作用后的组分不能再发生凝胶化作用成为凝胶化组分。火焚作用：有的丝炭化组分是由于古代沼泽森林火灾后，由烧焦的炭化组织转化而来的，称为火焚丝质体。在显微镜下观察，该类丝炭化组分细胞结构完整清晰，且由于没有经受凝胶化作用，细胞壁没有发生吸水膨胀，因此，胞壁薄。煤中含量在10－20％，对煤的性质有重要影响。1.3、壳质组（Exinite又称稳定组）的成因壳质组又称稳定组，是由成煤植物中化学稳定性强的组织器官转化而来的。在泥炭化作用阶段，因化学稳定性强，没有遭受生物化学作用的破坏而保存在煤中，经煤化作用后转化为稳定组分。煤中常见的稳定组分有：孢子体、花粉体、树脂体、角质体、木栓体等。稳定组分在透射光下透明到半透明，呈现黄色到橙红色，轮廓清楚，外形特殊；在反射光下呈现深灰色，大多数有突起。稳定组分在煤中的含量不大。个别情况下，有稳定组分富集的煤出现，如乐平树皮煤、抚顺烛煤。稳定组分的氢含量高，发热量高。煤显微组分的在煤化过程中变化2、煤中的矿物质——无机显微成分煤的无机显微成分主要是指粘土矿物、黄铁矿、石英、方解石等，在显微镜下可以进行区分。粘土类矿物：高岭石（kaolinite)，伊利石，水云母，…硫化物类矿物：黄铁矿，白铁矿，…碳酸盐类矿物：方解石，菱铁矿，…氧化物类矿物：石英，…硫酸盐类矿物：石膏，…反射光下煤中常见矿物的鉴定标志我国一些煤样的显微组分分析%3.1分离和富集方法和流程测定煤岩组分常用的方法是计点法（数点法）。使用电动计点器(又称电动求积仪)测定，电动计点器内两个主要部分组成、一部分是机械台(央持薄片或光片用)；另一部分是自动记录器(又称电磁计数器)，记录器上一般有8一l0个键，最多有14个键。当按记录器上的键时，计数继电器就计下一个数字，并通过电子管传递的讯号，控制机械台使试片移动一个距离(仪器上的间距可按需要在一定范围内调节)。计数时，每一个键代表一种固定的组分，在视域中见到那种组分落在十字丝中心，即按相当于该组分的键，3.2煤岩组分的定量方法试片随之移动。如此测定第“一、第二……等测线，直至测完整个试片。显然，含量高的组分，出现在视域中心(十字丝交点上)的机会多，按的次数必然愈多。因此，每一个键上按的次数与所有键上按的总数之比，就是该组分的体积百分含量，其计算公式为：3.2煤岩组分的定量方法式中V——欲测组分的体积百分数；n——欲测组分在各视域中的总点数N——试片个各级分点数的总和。根据不同显微组分在显微镜下所具有的不同颜色和结构进行定量分析，一般用粉煤制成的光片。显微镜放大倍数为400~500倍。在一个光片上测量400~500个点，以煤炭加工利用为测定目的时，按四大组即镜质组、丝质组、稳定组和矿物组计数，在计算百分比。3.2煤岩组分的定量方法3.2煤岩组分的定量方法第三节煤显微组分的性质煤显微组分的性质煤显微组分化学组成和性质随煤化度增加，镜质组的挥发分、氢含量降低，而碳含量、碳／氢比增加。煤化度相同或近似的各显微组分，其中Vdaf、Hdaf和Cdaf、Hdaf也有相当大的差别；此外，镜质组Cdaf小于87％时，芳香度fa变化不大；当Cdaf于87％时，fa随煤化度提高而增大。壳质组的芳香度比同生的镜质组小得多。煤显微组分的性质当煤化度相同时:1.碳含量:丝质组壳质组和镜质组;2.氢含量:壳质组镜质组丝质组；3.挥发分:壳质组镜质组丝质组；4.氧含量:镜质组丝质组壳质组；随着煤化程度的增加，化学组成差别缩小，最后趋于一致。煤显微组分的性质分离和富集方法和流程第三节煤岩显微组分的反射率用矿物反射光强度(Ir)与入射光强度(Ii)的百分比表示，称为矿物的反射率(R)：煤岩显微组分的反射率是指煤抛光面的反射光强度与垂直入射光强度之比。第三节煤岩显微组分的反射率主要仪器：带光电倍增管的光度计。原理：测量已知反射率的标准片(“标准”)与欲测物反射光转变为电能的光电流强度，以计算欲测物反射率的方法。方法：测定时，在显微镜一定强度的入射光下，先将“标准”置于单偏光下，测定其反射光电流强度Io，再测定未知物的反射光电流强度I。ORIIR0煤岩显微组分的反射率①在与煤层层面成任意交角的切面上最大反射率不变，而反射率则随交角不同而变化，源于煤中晶体的各向光学异性；②从长焰煤到无烟煤，Rmaxo增加十几倍，而Rmax只增加两三倍。煤岩显微组分的反射率变化规律①镜质组的反射率随挥发分降低有规律地均匀提高②反射率从低到高的次序为稳定组、镜质组、丝质组。③在Romax=1.5稳定组、镜质组的区别消失；Cdaf在87~89%③镜质组最大反射率作为煤化程度的指标（为什么？)煤化学意义：a.在反映煤的变质程度、用于煤炭分类b.预测煤的粘结性，指导炼焦配煤。煤的镜质组最大反射率分布图在炼焦配煤中的应用第四节微观煤岩学在炼焦中的应用用煤岩学观点和方法指导炼焦配煤和预测焦炭质量；评定煤质，指导正常生产；从煤岩学观点来看，煤是不均一物质，其有机质是由镜质组、稳定组、丝质组组成。而镜质组和稳定组都具有粘结性，所以是活性成分。丝质组不具有粘结性，是情性成分。而半镜质组介于二者之间，可见不同变质阶段的煤，共显微组分的粘结性又有区别，即是同一种煤，所合的活性成分质量也有差别。而活性成分是决定炼焦煤性质的首要指标。惰性成分同样也是配煤中不可缺少的成分，缺少或过剩都对配煤炼焦不利，导致焦炭质量下降。要得到所要求焦炭质量的配煤方案，实际上是不同活性成分与适量惰性成分的组合。所以世界各国各种煤出配煤方法中，都是以煤岩组成和活性成分的反射率为基础资料，把煤岩显微组分分成活性成分和惰性成分两大类，通过适当的方法计算、试验、作图找出炼焦配煤最适合的范围、预测焦炭质量，指导配煤。第四节微观煤岩学在炼焦中的应用中国煤炭岩相分析不同煤种界定范围规定•理论依据：煤种Rmax气煤＞0.6%～0.9%肥煤＞0.9％～1.2%焦煤＞1.2％～1.69%瘦煤＞1.7％～2.0%•我国太多数焦化厂的原料煤采用混煤（配煤，易造成焦炭质量的波动。为更好地确定炼焦配煤的比例，将煤的镜质组最大反射率及其分布图用于炼焦配煤，对于深人分析煤质特征、提高焦炭质量具有重要意义。煤的镜质组最大反射率分布图在炼焦配煤中的应用镜质组最大反射率分布图第五节煤的岩石类型（lithotypeofcoal）煤岩组分（maceral)主要是用于研究地球化学物质而应用的与无机组分中的矿物相对应的一种分类。根据颜色、光泽、断口、裂隙、硬度等性质的不同,煤的宏观煤岩类型分为镜煤亮煤暗煤丝炭–它们是煤中宏观可见的基本单位。其中镜煤和丝炭是简单的宏观煤岩成分，亮煤和暗煤是复杂的宏观煤岩成分。宏观煤岩组分1、腐植煤的煤岩类型1.1镜煤(vitrain）黑色，光泽最强，质地均匀，性脆，断口多呈贝壳状。在煤层中镜煤常呈透镜状或条带状，大多厚几毫米到1～2cm，有时呈线层状夹在亮煤或暗煤中。镜煤的显微组成单一，主要是植物的木质显微组织经凝胶化作用形成的。性质：V、H高，粘结性强，矿物质含量少1.2丝炭（fusain）丝炭外观象木炭，颜色灰黑，具有明显的纤维状结构和丝绢光泽。丝炭疏松多孔，性脆易碎，碎后成为纤维状或粉末状，能染指。在煤层中丝炭的数量一般不多，常呈扁平透镜体，大多厚1～2mm至几mm，有时也能形成不连续的薄层。在显微镜下观察，丝炭的显微组成也是单一的，是简单的煤岩成分，主要是植物经受火灾后的木炭转化而来的。性质：致密坚硬、比重大，H低、C高，V低，无粘结性，孔隙大。1.3亮煤颜色深黑，光泽较强，仅次于镜煤，性较脆，内生裂隙发育。亮煤的均一程度不如镜煤，表面隐约可见微细纹理，内生裂隙发育程度不及镜煤。在显微镜下观察，亮煤组成比较复杂，它以镜质组为主，并含有不同数量的丝质组、稳定组和矿物质。亮煤是最常见的宏观煤岩成分，不少煤层是以亮煤为主组成的，有的整个煤层都是亮煤组成的。性质：亮煤的性质接近镜煤，但由于丝质组和矿物质的存在，质量比镜煤差。1.4暗煤光泽暗淡，一般呈灰黑色，致密，比重大，内生裂隙不发育，坚硬而具韧性，断面粗糙。暗煤也是煤层中常见的宏观煤岩成分，在煤层中，可以由暗煤为主形成较厚的分层，甚至单独成层。在显微镜下观察，暗煤组成复杂，一般镜质组较少，矿物质含量较高。性质：取决于各组分的含量，如富含稳定组分，V、H高，粘结性强；富含丝炭化组分，矿物含量高，密度大，V