煤化学第4章-煤的岩石组成

1、,2011版,Coal chemistry 煤 化 学 篇 第4章 煤的岩相组成、性质与应用 能源化学课程组 二o一一年十月,2011版,2,本章内容 6.1 煤的岩相 组成,6.2 煤的显微 组分 6.3 煤岩学研 究方法,Coal chemistry 6.5 煤岩学的 应用和发展 6.4 煤岩显微 组分的性质,Coal chemistry,2011版,6. 煤的岩相组成、性质与应用 煤是什么 什么是煤岩学 3,Coal chemistry,2011版,煤岩学发展简史 1830年英国的赫顿（Hutton）透光显微镜一薄片，煤中植物结构，煤由 植物生成。 1919年，英国的M.Stopes宏观

2、研究镜煤、亮煤、暗煤、丝炭 工艺性质。 1925年，法国的E.Stach光片油浸物镜煤样的代表性 定量。 1932年，Hoffman等使用勃瑞克光度计反射率rank。 1951年，E.Busstbin煤岩选择加工理论与方法。 1957年，俄国N.M.AMMOCOB提出煤岩配煤理论；（美）Schapino， （日）小岛鸿次郎等发展了这一方法。 20世纪60年代后，焦炭的显微镜研究从定性到定量，提出中间相结焦理 论。 4,Coal chemistry,2011版,煤岩学的意义 (1)煤是一种非均质的物质，如同花岗岩由石英、长石、云母组 成，煤由各种煤岩组分组成，只有煤岩学方法才能揭示这种不均质 性

3、。 (2)煤的性质受煤过程多种成因因素的影响，煤岩学指标镜质组 反射率（rank）和显微组分的组成可以综合反映这些因素，独立地 表征煤的性质。 (3)使煤的研究从宏观深入到微观，煤岩学提出一系列关于煤性 质、成焦机理、焦炭结构等方面的理论与实践，极大地推动了煤化 学的发展。 5,Coal chemistry,2011版,6,镜煤,亮煤 暗煤 丝炭,煤岩成分,煤岩类型,6.1 宏观煤岩组成 煤作为一种岩石，肉眼观察可区分出的各种宏观煤岩成分和宏观煤岩 类型。 烟煤,光亮煤,半亮煤 半暗煤 暗淡煤,2011版,Coal chemistry 6.1.1 宏观煤岩成分 肉眼可以区分的煤的基本组成单元。

4、 区分依据颜色、光泽、断口、裂隙、硬度等性质,7,镜煤,亮煤,暗煤,丝炭,颜色 光泽 断口 裂隙 结构均匀性 赋存状态,黑 光亮、强 贝壳状 发育 均一 透镜状、,黑 光亮、次 贝壳状 次之 次之 分层厚,灰黑 暗淡 粗糙 不发育 非均一 分层厚,灰黑 丝绢 胞腔结构 透镜体,条带状等,不连续薄层,组成 粘结性,单一 强,复杂 较强,复杂 弱,单一 无,Coal chemistry,2011版,6.2.2 宏观煤岩类型 宏观煤岩成分的自然共生组合。 按总体相对光泽强度和光亮成分的含量区分为光亮煤、半光亮煤、半 暗煤和暗淡煤。 据GB/T18023-2000 8,2011版,Coal chemi

5、stry 6.2 煤的显微组分 显微组分组：有机显微组分亚组分,无机显微组分, 显微组分（maceral）煤在显微镜下可以识别的基本成分。 显微组分组（group maceral）显微组分按成因与性质的组合。 9,M.Stopes 1935,2011版,Coal chemistry 6.2.1 煤的有机显微组分 按形态与结构，显微组分组可以进一步分为显微组分与亚组分。,Coal chemistry,2011版,6.2.1.1镜质组 镜质组是煤中最主要的显微组分组，我国多数煤田的镜质组含量约为 60 %80 %。 在低煤化烟煤中，镜质组的透光色为橙色橙红色，油浸反射光下呈 深灰色，无突起。随煤化

6、程度增加，反射力增大，反射色变浅，可由 深灰色变为白色；透光色变深，可由橙红色变为棕色，直至不透明； 正交偏光下光学各向异性明显增强。 在油浸反射光下，镜质组中颜色稍浅、反射力稍强，略显突起的显微 组分，在早期分类中曾命名为半镜质组，2001年起归并为镜质组。 镜质组有时具弱荧光性。 根据细胞结构保存程度及形态、大小等特征，镜质组分为3个显微组 分和若干个显微亚组分。 11,Coal chemistry,2011版,（1）结构镜质体 显微镜下显示植物细胞结构的镜质组显微组分(指细胞壁部分)。根据 细胞结构保存的完好程度，又分为2个亚组分。 结构镜质体1。细胞结构保存完好的结构镜质体。细胞壁未膨

7、胀或微 膨胀，细胞腔清晰可见，细胞排列规则。细胞腔中空，或为矿物和其 他显微组分充填。 结构镜质体2。细胞壁强烈膨胀，细胞腔完全变形或几乎消失，但可 见细胞结构残迹。细胞腔闭合后常呈线条状结构。由树叶形成的结构 镜质体2，常具角质体镶边，有时显示团块状结构。 12,Coal chemistry,2011版,（2）无结构镜质体 显微镜下不显示植物细胞结构的镜质组分。根据形态特征，无结构镜 质体又分为4个亚组分。 1）均质镜质体。在垂直层理切面中呈宽窄不等的条带状或透镜状，均一、 纯净，常见垂直层理方向的裂纹。低煤级烟煤中有时可见不清晰隐结 构，经氧化腐蚀，可见清晰的细胞结构。该组分为镜质组反射率

8、测定 的标准组分之一。 2）基质镜质体。没有固定形态，胶结其他显微组分或共生矿物均匀基质 镜质体显示均一结构，颜色均匀；不均匀基质镜质体为大小不一、形 态各异、颜色略有深浅变化的团块状或斑点状集合体。与均质镜质体 相比，反射率略低，透光色略浅。该组分亦为反射率测定标准组分之 一。 13,Coal chemistry,2011版,（2）无结构镜质体 3）团块镜质体。多呈圆形、椭圆形、纺锤形或略带棱角状、轮廓清 晰的均质块体。常充填细胞腔，其大小与细胞腔一致；也可单独出现， 最大者可达300 m。油浸反射光下呈深灰色或浅灰色，透射光下为 红色一红褐色。 4）胶质镜质体。均一纯净，无确定形态，常充填

9、在细胞腔、裂隙及 真菌体和孢粉体的空腔中。镜下其他光性特征与均质镜质体相似。 （3）碎屑镜质体 粒径小于10m的镜质组碎屑，多呈粒状或不规则状，偶见棱角状。 常被基质镜质体胶结，并且不易与基质镜质体区分。 14,Coal chemistry,2011版,6.2.1.2惰质组 惰质组是煤中常见的一种显微组分组，但在煤中的含量比镜质组少， 我国多数煤田的丝质组含量约为10 %20 %。 惰质组是主要由成煤植物的木质纤维组织受丝炭化作用转化形成的显 微组分组。少数惰质组分来源于真菌遗体，或是在热演化过程中次生 的显微组分。 油浸反射光下呈灰白色一亮白色或亮黄白色，反射力强，中高突起。 透射光下呈棕黑

10、色一黑色，微透明或不透明。一般不发荧光。 惰质组在煤化作用过程中的光性变化不及镜质组明显。根据细胞结构 和形态特征等惰质组分为若干组分。 15,Coal chemistry,2011版,（1）丝质体 油浸反光下为亮白色或亮黄白色，中高突起，具细胞结构，呈条带 状、透镜状或不规则状。常见细胞结构保存完好，甚至可见清晰的年 轮及分节的管胞。细胞腔一般中空或被矿物、有机质充填。根据成因 和反射色不同分为2个亚组分。 1）火焚丝质体 植物或泥炭在泥炭沼泽发生火灾时，受高温碳化热解作用转变形成的 丝质体。火焚丝质体的细胞结构清晰，细胞壁薄，反射率和突起很高， 油浸反光下为亮黄白色。 2）氧化丝质体 与火

11、焚丝质体相比，细胞结构保存较差，反射率和突起稍低，油浸反 光下为亮白色或白色。 16,Coal chemistry,2011版,6.2.1.2惰质组 （2）半丝质体 油浸反光下为灰白色，中突起，呈条带状、透镜状或不规则状。具细 胞结构，有的呈现较清晰的、排列规则的木质细胞结构，有的细胞壁 膨胀或仅显示细胞腔的残迹。 （3）真菌体 来源于真菌菌孢子、菌丝、菌核和密丝组织。油浸反射光下呈现灰白 色、亮白色或亮黄白色，中高突起，显示真菌的形态和结构特征。 来源于真菌菌孢的真菌体，外形呈椭圆形、纺锤形，内部显示单细胞、 双细胞或多细胞结构。形成于真菌菌核的真菌体，外形呈近圆形，内 部显示蜂窝状或网状的

12、多细胞结构。 17,Coal chemistry,2011版,6.2.1.2惰质组 （4）分泌体 由树脂、丹宁等分泌物经丝炭化作用形成，因而常被称为氧化树脂体， 但它也可能起源于腐植凝胶。油浸反射光下为灰白色、白色至亮黄白 色，中高突起。形态多呈圆形、椭圆形或不规则形状，大小不一，轮 廓清晰。一般致密、均匀。根据结构不同可分为无气孔、有气孔和具 裂隙的3种。无气孔的多为较小的浑圆状，表面光滑，轮廓清晰。有 气孔的往往具有大小相近的圆形小孔。第三种则呈现出方向大约一致 或不一致的氧化裂纹。 （5）粗粒体 油浸反光下为灰白色、白色、淡黄白色，中高突起，基本上不呈现 细胞结构。有的完全均一，有的隐约

13、可见残余的细胞结构。通常为不 规则的浑圆状单体或不定形基质。一般大于30 m。 18,Coal chemistry,2011版,6.2.1.2惰质组 （6）微粒体 油浸反光下呈白灰色一灰白色至黄白色的细小圆形或似圆形的颗粒， 粒径一般在1m以下。常聚集成小条带，小透镜体或细分散在无结构 镜质体中。也常充填于结构镜质体的胞腔内或呈不定形基质状出现。 反射力明显高于镜质组，微突起或无突起。主要为煤化作用过程中的 次生显微组分。 （7）碎屑惰质体 为惰质组的碎屑成分，粒径小于30m，形态极不规则。 19,Coal chemistry,2011版,6.2.1.3壳质组 主要来源于高等植物的繁殖器官、保

14、护组织、分泌物和菌藻类，以及与这些 物质相关的降解物。 从低煤级烟煤到中煤级烟煤，壳质组在透射光下呈柠檬黄色黄色桔黄 色红色，大多轮廓清楚。外形特征明显；在油浸反射光下呈灰黑色到深灰 色，反射率比煤中其他显微组分都低，突起由中高突起降到微突起。随煤化 程度增高，壳质组反射率等光学特征比共生的镜质组变化快，当镜质组反射 率达1.4 %左右时，壳质组的颜色和突起与镜质组趋于一致；当镜质组反射率 大于2. 1 %以后，壳质组的反射率变得比镜质组还要高，常具强烈的光学各 向异性。 壳质组具有明显的荧光性。从低煤级烟煤到中煤级烟煤，壳质组在蓝光激发 下发绿黄色亮黄色橙黄色褐色荧光，随煤化程度增高，荧光强

15、度减弱， 直至消失。, 壳质组在煤中按其组分来源及形态特征可分为下列组分。,20,Coal chemistry,2011版,（1）孢粉体 孢粉体是由成煤植物的繁殖器官大孢子、小孢子和花粉形成的，分为2个显微 亚组分。由大孢子形成的孢粉体称为大孢子体。由于小孢子和花粉在煤垂直 层理切片中非常相似，很难区分，故将小孢子和花粉形成的孢粉体统称为小 孢子体。 1）大孢子体 长轴一般大于100m，最大可达5 00010 000 m。在垂直层理的煤片中， 常呈封闭的扁环状。常有大的褶曲，转折处呈钝圆形。大孢子体的内缘平滑， 外缘一般平整光滑，有时可见瘤状、刺状等纹饰。 2）小孢子体 长轴小于100 m。在

16、垂直层理的煤片中，多呈扁环状、蠕虫状、细短的线条 状或似三角形状。外缘一般平整光滑，有时可见刺状纹饰。常呈分散状单个 个体出现，有时可见小孢子体堆或囊堆。 21,Coal chemistry,2011版,6.2.1.3 壳质组 （2）角质体 来源于植物的叶和嫩枝、果实表皮的角质层。显微镜下角质体呈厚度不等的 细长条带。外缘平滑，而内缘大多呈锯齿状，叶的角质体保存完好时，为上 下两片锯齿相对，且末端褶曲处呈尖角状。一般顺层理分布，有时密集呈薄 层状。角质体可以镶边的形式与镜质组伴生。根据厚度，可将角质体分为厚 壁角质体和薄壁角质体两种。 （3）树脂体 来源于植物的树脂以及树胶、脂肪和蜡质分泌物。

17、树脂体主要呈细胞充填物 出现，有时也呈分散状或层状出现。在垂直层理的煤片中，树脂体常呈圆形、 卵形、纺锤形等，或呈小杆状。 在透射光下，树脂体多呈淡黄白色、柠檬黄色，也呈橙红色。油浸反射色深 于孢粉体和角质体，多为深灰色，有时可见带红色色调的内反射现象。一般,不显示突起。,22,Coal chemistry,2011版,6.2.1.3 壳质组 （4）木栓质体 来源于植物的木栓组织的栓质化细胞壁。细胞腔有时中空，有时为团块状镜 质体充填。常显示叠瓦状构造。栓质化细胞壁在油浸反射光下呈均一的深灰 色，低突起到微突起，在低煤级烟煤中可发较弱的荧光。 （5）树皮体 可能来源于植物茎和根的皮层组织，细胞

18、壁和细胞腔的充填物皆栓质化 在油浸反射光下呈灰黑色至深灰色，低突起或微突起。树皮体有多种保存形 态，常为多层状、有时为多层环状或单层状等。在纵切面上，由扁平长方形 细胞叠瓦状排列而成，呈轮廓清晰的块体。水平切面上呈不规则的多边形。 透射光下呈柠檬黄、金黄、橙红及红色。具有明显的亮绿黄色、亮黄色至黄 褐色荧光，各层细胞的荧光强度不同，荧光色差异较大。 23,Coal chemistry,2011版,6.2.1.3 壳质组 （6）沥青质体 藻类、浮游生物、细菌等强烈降解的产物。油浸反光下棕黑色或灰黑色。没 有一定的形态和结构，分布在其他显微组分之间，也见有充填于细小裂隙中 或呈微细条带状出现。微突

19、起或无突起，反射率较低，荧光性弱，呈暗褐色。 （7）渗出沥青体 各种壳质组分及富氢的镜质体，在煤化作用的沥青化阶段渗出的次生物质呈 楔形或沿一定方向延伸，充填于裂隙或孔隙中，并常与母体相连，其光性特 征与母体基本一致或略有差别。 （8）荧光体 由植物分泌的油脂等转化而成的具强荧光的壳质组分。在蓝光激发下发很强 的亮黄色或亮绿色荧光。荧光体常呈单体或成群的粒状、油滴状及小透镜状， 主要分布于叶肉组织间隙或细胞腔内。油浸反射光下为灰黑色或黑灰色，微,突起，透射光下为柠檬黄色或黄色。,24,Coal chemistry,2011版,（9）藻类体 藻类体是由低等植物藻类形成的显微组分，它是腐泥煤的主要

20、组分。 根据结构和形态特征分为2个亚组分。 1）结构藻类体 普通反射光下为灰色，结构和形态清晰，低中突起。油浸反射光下 呈灰黑色或黑色，反射率很低。透射光下色调不均一，多呈柠檬黄色， 橙黄色。兰光激发下发强荧光，结构更加清晰，随煤化程度增高，荧 光色由柠檬黄色变化为橙黄色至红褐色。 煤中常见的是由皮拉藻形成的结构藻类体，呈不规则的椭圆形和纺锤 形等形状。在垂直层理切片中，表面呈斑点状、海绵状，边缘呈放射 状、似菊花状的群体细胞结构特征。由轮奇藻形成的结构藻类体较少 见，水平切面为中空的环带，边缘呈齿状，在垂直切面上中空部分压 实后呈线性。 25,Coal chemistry,2011版,6.2

21、.1.3 壳质组 2）层状藻类体 细胞结构和形态保存不好，在垂直层理的切面中呈纹层状、短线条状。 油浸反射光下呈黑色至暗灰色，反射率很低。蓝光激发下荧光色为黄 色，桔黄色至褐色。 （10）碎屑壳质体 粒径小于3 m的碎屑状壳质体，常成群出现，在油浸反射光下呈深灰 色，反射率低，在蓝光激发下发亮黄色荧光。 结构藻类体 26,2011版,Coal chemistry 6.2.2 煤的无机显微组分矿物组 即煤中的矿物质，常见有四类： (1)黏土类：高岭土（Al2O32SiO22H2O）、水云 母（水云母族(也称伊利石族)矿物的总称）、伊 利石（水白云母）等 (2)硫化物类：黄铁矿、白铁矿等 (3)硫

22、酸盐类：方解石（CaCO3）、菱铁矿（即碳 酸亚铁FeCO3）等 (4)氧化物类：石英、玉髓（隐晶质石英）、蛋白 石（ SiO2nH2O ）等,2011版,Coal chemistry 6.2.2 煤的无机显微组分矿物组 反光鉴定标志,其它标志,矿物 粘土类,颜色 暗灰色,普通反射光下 突起 不显突起,表面特性 微粒状,油浸反射 光颜色 黑色,主要状态 微粒、透镜体、团体、 薄层或充填于细胞腔,石英,深灰色,突起很高,平整,黑色,以棱角状为主，自生,石英外形不规则，个,别呈自晶形,黄铁矿,浅黄白色,突起很高,平整、有时 为蜂窝状,亮黄白色,球粒，或具晶形，有 时充填胞腔,方解石,乳灰色,微突起

23、,光滑、平整,灰棕色,非均质性明显， 常见解理,呈脉状充填裂隙中,菱矿石,深灰色,突起,平整,灰棕色 非均质性明显,圆形,2011版,Coal chemistry 镜质组反光图片,2011版,Coal chemistry 镜质组透光图片,2011版,Coal chemistry 惰质组透光图片,2011版,Coal chemistry 壳质组透光图片,2011版,Coal chemistry 稳定组透光图片,2011版,Coal chemistry 稳定组透光图片,2011版,Coal chemistry 惰质组反光图片,2011版,Coal chemistry 丝质组反光图片,2011版,C

24、oal chemistry 矿物组反光图片,2011版,Coal chemistry 矿物组反光图片,2011版,Coal chemistry 矿物组反光图片,2011版,Coal chemistry 壳质组反光图片,2011版,Coal chemistry 6.2.3 显微组分的分类与命名 有两类： 煤田地质部门：侧重于成因，分类较细。,煤炭使用部门：侧重于性质，分类简明。, 考虑到研究和应用两个方面，介绍三种分类方案。 6.3.3.1 中国烟煤显微组分的分类与命名 6.3.3.2 国际硬煤显微组分的分类与命名 6.3.3.3 我国冶金系统炼焦煤显微组分的分类与命名 41,Coal chem

25、istry,2011版,6.2.3.1 中国烟煤显微组分的分类与命名 第一版于1986年由煤炭科学研究总院西安分院提出，1995年进行了修订。 共同特点：考虑到中国煤中过渡性组分含量较高，对煤的工艺性质具有明显 影响，也反映出煤的成因特征，因此，从中国煤的特点出发，将过渡组分命 名为半镜质组，并作为一个显微组分组单独划分出来。 2001年，重新修订标准时，考虑到国际标准中没有划分出过渡组分，致使我 国的煤岩资料和学术论文，在国际交流中出现困难，半镜质组镜下鉴定也比 较困难，放弃了划分出半镜质组的方案，等效采用了国际标准ISO 7404-1： 1994“Methods for the petro

26、graphic analysis of bituminous coal and anthracitePart 1: Vocabulary” 中镜质组、惰质组和壳质组的三组分分划分 方案。 考虑了研究和使用两个方面，按组、组分及亚组分进行分类。此分类方案将 烟煤有机显微组分划分为镜质组、惰质组及壳质组。以上各组又进一步划分 成若干组分及亚组分。 42,2011版,Coal chemistry 中国烟煤有机显微组分分类表,显微组分组 (Maceral Group),代号 (Symbol),镜质组 (Vitrinite),V,显微组分 (Maceral) 结构镜质体(Telinite),代号 (Sy

27、mbol ) T,显徽亚组分 (Submaceral) 结构镜质体1(Telinite 1) 结构镜质体2(Telinite 2),代号 (Symbol) T1 T2,无结构镜质体(Collinite),C,均质镜质体(Telocollinite),基质镜质体 (Desmocollinite) 团块镜质体,(Corpocollnite) 胶质镜质体(Gelocollinite),C1 C2 C3,C4,碎屑镜质体(Vitrodetrinite),Vd,惰质组 (Inertinite),I,丝质体(Fusinite),F,火焚丝质体(Pyrofusinite),氧化丝质体 (Degradofus

28、inite),半丝质体(Sernifusinite),SF,真菌体(Funginite) 分泌体(Secretinite) 粗粒体(Macrmite) 微粒体(Micrinite) 碎屑惰质体(Inertodetrinite),Fu Se Ma Mi Id, , ,43,2011版,Coal chemistry 中国烟煤有机显微组分分类表,显微组分组 (Maceral Group),代号 (Symbol),壳质组 (Exinite),E,显微组分 (Maceral) 孢粉体(Sporinite),代号 (Symbol) Sp,显徽亚组分 (Submaceral) 大孢子体(Macrospori

29、nite) 小孢子体(Microsporinite),代号 (Symbol) Sp1 Sp2,角质体(Cutinite) 树脂体(Resinite),Cu Re,木栓质体(Suberinite) 树皮体(Barkinite),Sub Ba,沥青质体(Bituminite) 渗出沥青体(Exsudatinite) 荧光体(Fluorinite ),Bt Ex Fl,藻类体(Alginite) 碎屑壳质体(Liptodetrinite),Alg Ed,结构藻类体(Telalginite) 层状藻类体(Lamalginite) ,Alg1 Alg2 ,44,Coal chemistry,2011版,

30、6.2.3.2 国际硬煤显微组分的分类与命名 国际硬煤显微组分的分类方案是由国际煤岩学委员会提出的，该方案 是侧重化学工艺性质的分类方案。 在该分类方案中煤的有机显微组分分为三组，即镜质组、壳质组及惰 性组。 以下分组分、亚组分及组分几种。其中组分及亚组分的划分也比较简 单，而显微组分的种则是根据成煤植物所属的门类及所属器官而定名 的。 45,2011版,Coal chemistry 国际硬煤的显微组分分类方案,显微组分组 （Group maceral）,显微组分 （Maceral）,显微亚组分 (Submaceral),显微组分的种 (Maceral variety),镜质组,（Vitrin

31、ite）,结构镜质体(Telinite),碎屑镜质体 (Vitrodetrinite),结构镜质体-1(Telinite 1),结构镜质体-2(Telinite 2),无结构镜质体(Collinite) 均质镜质体(Telocollinite),胶质镜质体(Gelocollinite) 基质镜质体(Desmocollinite) 团块镜质体(Coprocollinite),科达树结构镜质体 (Cordaitotelinite),真菌质结构镜质体,(Fungotelinite),木质结构镜质体,(Xylotelinite) 鳞木结构镜质体 (Lepidophytotelinite),封印木结构镜

32、质体 (Sigillariotelinite) 46,2011版,Coal chemistry 国际硬煤的显微组分分类方案,显微组分组 （Group maceral）,显微亚组分 (Submaceral),壳质组 （Exinite）,显微组分 （Maceral） 孢子体(Sporinite),藻类体(Alginite),显微组分的种 (Maceral variety) 薄壁孢子体(Tenuisporinite),厚壁孢子体(Crassisporinite) 小孢子体(Microsporinite) 大孢子体Macrosporinite) 角质体(Cutinite) 树脂体(Resinite),

33、皮拉藻类体(Pila-Alginite) 轮奇藻类体(Reinschia-,Alginite) 碎屑稳定体(Liptodetrinite) 47,2011版,Coal chemistry 国际硬煤的显微组分分类方案,显微组分组 （Group maceral）,显微组分 （Maceral）,显微亚组分 (Submaceral),显微组分的种 (Maceral variety),惰性组 （Inertinite）,微粒体(Micrinite) 粗粒体(Macrinite) 半丝质体 (Semifusinite),丝质体(Fusinite),菌类体(Selerotinite),火焚丝质体(Pyrofu

34、sinite) 氧化丝质体,(Degradofusinite),真菌菌类体 (Fungosclerotinite),薄壁菌类体,(Plectenchyminite) 团块菌类体,(Corposcletotinite) 假团块菌类体 (Pseudoeorposclerotinite) 碎屑惰质体 (Inertodetrinite) 48,Coal chemistry,2011版,6.2.3.3 我国冶金系统炼焦煤显微组分的分类与命名 我国冶金系统从煤应用角度出发，提出了“炼焦煤显微组分的分类与 命名”方案。 该方案以成因分类为基础，着重考虑了各煤岩显微组分的加热特性， 即各显微组分在炼焦过程中的

35、差异和相似性进行分类。 此方案受到2001年前中国“烟煤显微组分分类”标准的影响，也将烟 煤显微组分划分为镜质组、半镜质组、稳定组、丝质组及矿物五组， 其中前四组为有机显微组分，最后一组为无机显微组分。 组以下仅划分若干组分，而未划分亚组分。 此外，该方案中还列出“工艺性质”一项，以反映各显微组分的加热 特性。其中镜质组和稳定组(即壳质组)为活性组分，丝质组(即惰性组) 和矿物组为惰性组分；半镜质组则按1/3活性，2/3惰性计算。 49,2011版,Coal chemistry 冶金系统的炼焦煤显微组分的分类与命名,组分 无结构镜质体 结构镜质体 其他凝胶化物质 无结构半镜质体 结构半镜质体

36、混合微粒体 孢子体（花粉） 角质体 木栓体 树脂体 藻类 其他（反射率相当于同生稳定组的碎片和基质） 丝质体 菌类（巩膜） 微粒体 粗粒体 半丝质体 其他（包括反射率与丝质组相当的丝炭化物质）,组 镜质组 半镜质组 稳定组 丝质组 矿物,工艺性质（烟煤阶段） 活性 按1/3活性 2/3惰性计算 活性 惰性 惰性 50,Coal chemistry,2011版,冶金系统的炼焦煤显微组 分的分类与命名建议方案 但是，由于中国“烟煤显微组分分类”标准已经更新，同时近年来中 国国内优质炼焦煤日益短缺，从国外进口的炼焦煤逐渐增多，为了方 便国际贸易与交流，我国冶金系统的炼焦煤显微组分的分类与命名也 应该

37、与中国“烟煤显微组分分类”标准以及国际硬煤的显微组分分类 方案保持一致，即也有必要采用镜质组、惰质组和壳质组的三分划分 方案。 故提出“冶金系统的炼焦煤显微组分的分类与命名建议方案” 。建议 方案取消半镜质组的分类，将丝质组改称惰质组；将无结构半镜质体 和结构半镜质体改称为半丝质体，划归惰质组；将混合微粒体归并入 惰质组中的微粒体。反映各显微组分的粘结活性的计算方法改为，镜 质组和壳质组(即稳定组)为活性组分，惰性组(即丝质组)和矿物组为惰 性组分。 51,2011版,Coal chemistry 冶金系统的炼焦煤显微组分的分类与命名建议方案,组分 无结构镜质体 结构镜质体 其他凝胶化物质 孢

38、子体（花粉） 角质体 木栓体 树脂体 藻类 其他（反射率相当于同生稳定组的碎片和基质） 丝质体 半丝质体 菌类（巩膜） 微粒体 粗粒体 半丝质体 其他（包括反射率与丝质组相当的丝炭化物质）,组 镜质组 稳定组 惰质组 矿物,工艺性质（烟煤阶段） 活性 活性 惰性 惰性 52,2011版,Coal chemistry 6.3 煤岩学的研究方法,工具：肉眼或放大镜,宏观研究 鉴定标志：,颜色 条痕色 光泽 硬度,煤块新鲜表面的自然色彩（煤对可见光吸收与反射的效果） 煤在磁板刻划条痕的颜色 煤表面的反光能力 煤抵抗外来机械作用，特别是刻划作用的能力。通常一莫氏,硬度（Mous）表征： 滑石Mous

39、= 1度（最软） 金刚石Mous = 10度（最硬） 煤Mous 14,断口,煤受外力打击，断裂后出现凹凸不平的表面特征（不包括沿,层现与裂隙面断开的表面） 53,Coal chemistry,2011版,煤岩学的研究方法 裂隙在成煤过程中，煤受各种地质应力而产生裂缝的现象。 内生裂隙垂直于煤层层理面。 外生裂隙以各种角度与层理面相交。 宏观结构煤的宏观煤岩组分的形态大小特征。 最常见的有：条带状、线泡状、透镜状、均一状、粒状、木质状、 纤维状、叶片状等。 煤的构造煤的组成物质宏观上的空间排列分布及相互关系特点， 主要是层理。 54,Coal chemistry,2011版,宏观研究 研究目的

40、：通过确定煤的宏观煤岩成分与宏观煤岩类型，初步 估计煤化度、煤的性质与用途。 应用领域：多用于煤田地质研究，煤矿野外研究。 特点：简易但粗略。 55,反光显微镜 粉光片,Coal chemistry,2011版,光学显微镜,微观研究 工具：光学显微镜、荧光显微镜、图象分析仪、电子显微镜。 透射显微镜薄片透光色、形态、结构定性,块光片 普通反射光 油浸反射光,反光色、形态、结构、突起、反射率,定量（显微组分）、反射率（表rank） 荧光显微镜光片、薄片荧光强度（与rank的关系） 56,Coal chemistry,2011版,微观研究 工具：光学显微镜、荧光显微镜、图象分析仪、电子显微镜。 图

41、象分析仪显微镜+计算机+图象联机系统 煤岩定量、焦炭研究 电子显微镜煤的微细结构与成分，较少应用，研究工作不系统 57,2011版,Coal chemistry 微观研究鉴定标志 颜色：透光色、反光色（灰度） 形态：显微成分的形态轮廓 结构：显微成分的内部形态、大小特征与成煤结构来源，泥炭 化阶段的凝胶化与丝炭化有关，如细胞腔的变化、填充与否 突起：各显微组分因硬度不同，在煤中抛光面上产生凹凸不平 的现象,2011版,Coal chemistry 微观研究鉴定标志 反射率：反射光强度占入射光强度的百分率。常测油浸下最大 平均反射率或随机反射率 微观研究的主要应用：,显微组分的定量 镜质组反射率

42、测定,确定煤中活性成分与惰性成分的组成 表征煤化度,2011版,60,Coal chemistry 6.3 煤岩学的研究方法 6.3.1 煤岩显微组分的分离和富集分离步骤 分离方法,初步分离,手选,筛选,精细分离,自然沉降,离心分离,Coal chemistry,2011版,煤岩显微组分密度分离法流程 61,Coal chemistry,2011版,6.3.2 煤岩分析样品制备方法 6.3.2.1 煤岩分析样品种类 粉煤光片、块煤光片、煤岩薄片和光薄片等 薄片制作复杂、耗时，适用于低、中煤级煤。 光片有块煤、粉煤光片，制作简便，应用广泛。其中，粉煤光片具有 代表性。 光薄片可分别在透射光和反射

43、光、荧光下观察同一视域，对比识别不 同光性的煤岩显微组分十分方便也可用于探针分析、扫描电镜等的 研究。反射率和显微硬度的测定、差异蚀刻，以及与化学试剂的反应 都同样可在光薄片上进行，是一种值得推广的“多用片”。 62,Coal chemistry,2011版,6.3.2.2 煤岩分析片样制备 63,Coal chemistry,2011版,6.3.3 煤岩显微组分的反射率 煤的反射率以单煤层煤样块煤光片或混配煤样粉煤光片为试样，以代 表性显微煤岩组分镜质组为对象，采用显微光度计测定（参见GB/T 6948）。 矿物磨光面对垂直入射光的反射能力，称为矿物的反射能力。它在显 微镜下的直观表现是矿物

44、磨光面的明亮程度。同一强度的入射光照射 到矿物光片后，不同的矿物对入射光的反射能力是不同的。若用矿物 反射光强度(Ir)与入射光强度(Ii)的百分比表示，则称为矿物的反射率 (R)。可用下式表示：,64,I r Ii,R ,00%,Rran,Coal chemistry,2011版,所得的结果，称为平均随机反射率，记为,。,o, 当 为2.5 %6.5 %时： Rmax 1.2858Rran 0.3963 65,6.3.3 煤岩显微组分的反射率 测定时缓慢转动装有光片的载物台360，记录下反射率的最大值， 称为最大反射率，以Rmax 表示；当同一块光片最大反射率的测定点数 达到测定准确度所要求

45、的点数，对这些点所有测值进行统计平均所得 的结果，称为平均最大反射率，记为Rmax 。 测定反射率时，不转动显微镜物台，在煤的任意切面上测得的反射率 值，称为随机反射率，以Rran表示。当同一块光片随机反射率的测定 点数达到测定准确度所要求的点数，对这些点所有测值进行统计平均,o,Coal chemistry,2011版,煤化过程中显微组分反射率的变化 66,2011版,Coal chemistry 6.3.3 煤岩显微组分的反射率 当rank 相同时,Rmax,IVE,随rank 增大 V 线性增大，增率明显； E 增大明显，部分线性； I 略有增大，增率很小。 大约Cdaf大于95%后，三

46、者的R趋于一致。,2011版,Coal chemistry 镜质组反射率可以作为表征rank的科学指标 理由 1）V为煤中含量最多的代表性显微组分； 2）V的反射率随rank线性变化； 3）用镜质组反射率表征煤化度，可以避免煤岩组成 异常时，挥发分、碳含量等综合煤样平均性质错误表 征煤化度的可能。,Coal chemistry,2011版,6.3.4 煤岩组分的定量方法 方法原理：先测定各组分所占的面积百分比，此百分数与体积百分数 成正比，如果已知各组分的密度，即可换算成质量百分数。 常用的方法是计点法，使用电动计点器(又称电动求积仪)测定。 电动计点器主要由机械台(夹持薄片或光片用)和自动记

47、录器组成。当 按记录器上的键时，计数继电器就计下一个数字，并控制机械台使试 片移动一个距离。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，试片随之移 动，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。,2011版,Coal chemistry 6.3.4 煤岩组分的定量方法 组分的体积百分含量计算公式为：,（6-5）, 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 试片中各组分点数的总和。,

48、一般用粉煤制成的光片，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。显微镜放大倍数为400500倍。在一个光 片上测量400500个点，按四大组即镜质组、惰质组、壳质组和矿物 组计数，再计算百分比。 70,100%,n N,V ,Coal chemistry,2011版,我国某些煤样的显微组分分析/ % 71,2011版,Coal chemistry 6.4 显微组分的性质 (1)工业分析与元素分析 当rank 相同时,Hdaf Cdaf,EVI IEV,随rank增大，各组分间差别减小， 直至消失。,2011版,Coal chemistry 6.4 显微组分的性质 (1)工

49、业分析与元素分析 当rank 相同时,Odaf,VIE,随rank增大，各组分间差别减小， 直至消失。,属惰质组,2011版,Coal chemistry 6.4 显微组分的性质 (1)工业分析与元素分析 当rank 相同时,Vdaf,EVI,随rank增大，各组分间差别减小， 直至消失。,Coal chemistry,2011版,(2) 炼焦性质 黏结性煤的镜质组具有良好膨胀性和黏结性，是最主要的活性组分， 在炼焦过程中变化特征极为明显。 开始加热时，镜质组先软化融熔形成各向同性的胶质体；随着胶质体 数量增多，膨胀性和黏结性由低到高增强；再随着温度进一步升高， 胶质体数量减少，逐渐固化为半焦

50、，膨胀性和黏结性由高到低减弱， 大致在肥煤处出现最大值。 在光学性质的变化方面，各向异性的镜质组在炭化初期就转变为各向 同性的胶质体；大多数镜质组在进一步加热固化成半焦时才出现各向 异性镶嵌结构，最后在固化温度下，形成各向异性的焦炭。在固化过 程中，各向异性效应有所增加，双反射率增大。 75,Coal chemistry,2011版,(2) 炼焦性质 壳质组也是炼焦的活性组分，在炼焦煤中壳质组一般含量较少，挥发 分很高 在热解过程中大部分逸散出去，仅有较少残余物质形成焦炭。在加热 过程中的软化与分解温度都比与其共生的镜质组低，流动性大，膨胀 性小，固化温度低。在成焦过程中对镜质组起软化作用，成

51、焦后按其 原来的形状形成气孔。 惰质组在隔绝空气条件下加热时无论在形态上还是光学上均不发生变 化，既不软化，也不黏结，仅颗粒的轮廓有变化，光学上一直保持各 向同性，属炼焦的惰性组分。 干馏时，壳质组的煤气和焦油产率最高，其次是镜质组，最低是惰质 组。加氢液化时，壳质组和镜质组为活性组分，惰质组为惰性组分， 很难液化。 76,2011版,Coal chemistry (2) 炼焦性质 以气煤为例： 形成气孔的数量 焦油产率 焦炭产率,EVI EVI IVE, 熔融膨胀性： V熔融，膨胀流动 有粘结活性 有流动性 E熔融，不膨胀或少膨胀 有粘结活性 流动性良好, I不熔融，不膨胀,无粘结活性 无流

52、动性,77,2011版,Coal chemistry 6.5 煤岩学的应用 （1）煤田地质 成因根据透光下对薄片研究，可以确定成煤植物的来源、 种属。 根据煤的有机、无机显微组成，结合沉积相研究等， 可以确定成煤时的原始条件、煤层变化规律等。 煤化度确定煤田煤炭资源的煤化度及其变化规律。 勘探石油和天然气分散有机质（干酪根）的镜质组反射 率与油气资源的种类有良好的对应关系，据此可 以找油找气。,2011版,Coal chemistry 6.5 煤岩学的应用 （2）可选性研究矿物质分布 对地下煤层中的煤进行可选性预测 煤岩学方法可以查明矿物质的种类及其分布，评价 煤的可选性 用少量的煤样代替生产

53、样评价可选性,2011版,Coal chemistry 6.5 煤岩学的应用 （3）煤质评价与分类 表征煤化度的指标很多，常用的有Vdaf 、Cdaf 、Qgr,v,daf等 它们都是化学分析指标，代表了综合煤样的平均性质，同 时受煤化度和岩相组成的影响，但岩相组成出现异常时， 它们就不能正常表征煤化度,因此有一定的局限性 镜质组反射率则没有以上缺点，因此是评价煤化度更科学 的指标,2011版,Coal chemistry 6.5 煤岩学的应用 （3）煤质评价与分类 现行煤分类存在一定的问题 没有考虑煤岩组成 表征煤化度的指标不理想 煤分类指标不能互换 煤分类的发展趋势是以煤岩学指标镜质组反射

54、率和显微组 分的组成为基础，再配合其它工艺指标进行煤分类,Coal chemistry,2011版,煤岩学在炼焦配煤与预测焦炭质量方面的应用 （1）选择性粉碎 一般粉碎工艺是平均（功率）粉碎，易造成性脆易碎的镜煤、亮煤、 软丝炭过度粉碎，使0.5mm煤粉过多，煤中的活性组分比表面积 增大，降低了煤的堆密度和粘结性 而性硬难碎的暗煤、硬丝炭与矸石等则粒度过大（35mm),在结 焦过程中形成大的裂纹中心，降低了焦炭强度 选择性粉碎,煤料,电热筛或风选机,难粉碎而粒度又较大,粉碎机,的惰性组分和煤块,混合器,炼焦煤,粒度较小易粉 碎的活性组分,小粒度惰 性组分,Coal chemistry,2011

55、版,商品煤混煤鉴定 现代焦炉基本上全部采用配煤炼焦，煤岩配煤理论要求参加配煤的各 种煤都是单种煤，这样才能保证煤质稳定。但大多数焦化厂使用的所 谓单种煤往往是不同程度的混煤。 混煤进厂对焦化厂非常不利。首先，它使得依据常规分析手段，如工 业分析、粘结指数测定等得出的煤质数据不能准确表征其本来性质， 有时甚至造成分类错误。其次，混煤不能按其工业牌号在配煤中起到 正常的、预期的作用。混煤进厂还会使配煤操作得出错误的结果，甚 至导致某种煤实际上的缺失。 常规的煤质分析检测方法测定的都是综合煤样的平均性质，不能有效 地识别混煤情况。煤岩学方法中的测定镜质组反射率为检测混煤提供 了一个有效的手段。GB/T 15591规定了商品煤反射率分布图的判别 方法。 83,Coal chemistry,2011版,商