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成煤過(guò)程（植物遺體演化成煤的轉(zhuǎn)化過(guò)程）

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成煤過(guò)程

植物遺體演化成煤的轉(zhuǎn)化過(guò)程

成煤過(guò)程(process of coal formation)是指在泥炭沼澤中持續(xù)地生長(zhǎng)和死亡，其殘骸不斷堆積，在漫長(zhǎng)的過(guò)程中經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)、地球化學(xué)、物理化學(xué)作用和地質(zhì)作用逐漸演化成泥炭、褐煤、煙煤、無(wú)煙煤的過(guò)程。煤的這一轉(zhuǎn)化的全過(guò)程也可稱為成煤作用。

基本信息

中文名	成煤過(guò)程
外文名	process of coal formation
所在領(lǐng)域	能源
別名	成煤作用
所屬學(xué)科	冶金工程

簡(jiǎn)介

煤是植物遺體經(jīng)過(guò)生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用而轉(zhuǎn)變成的沉積有機(jī)礦產(chǎn)，是多種高分子化合物和礦物質(zhì)組成的混合物。煤是億萬(wàn)年前大量植物埋在地下慢慢形成的。

無(wú)論是中國(guó)還是世界其他國(guó)家，通常把煤分為成因分類和工業(yè)分類（或稱實(shí)用分類）兩大體系。成因分類是根據(jù)成煤原始植物的不同而進(jìn)行分類的。

煤的形成

煤是地殼運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。遠(yuǎn)在3億多年前的古生代和1億多年前的中生代以及幾千萬(wàn)年前的新生代時(shí)期，大量植物殘骸經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)、地球化學(xué)、物理化學(xué)作用后轉(zhuǎn)變成煤，從植物死亡、堆積、埋藏到轉(zhuǎn)變成煤經(jīng)過(guò)了一系列的演變過(guò)程，這個(gè)過(guò)程也稱為成煤作用。

一般認(rèn)為，成煤過(guò)程分為兩個(gè)階段泥炭化階段和煤化階段。前者主要是生物化學(xué)過(guò)程，后者是物理化學(xué)過(guò)程。

泥炭化階段

第一階段泥炭化階段是植物在泥炭沼澤、湖泊或淺海中不斷繁殖，其遺骸在微生物參加下不斷分解、化合和聚積，在這個(gè)階段中起主導(dǎo)作用的是生物地球化學(xué)作用。低等植物經(jīng)過(guò)生物地球化學(xué)作用形成腐泥，高等植物形成泥炭，因此成煤第一階段可稱為腐泥化階段或泥炭化階段。

煤化階段

煤化階段包含兩個(gè)連續(xù)的過(guò)程：

第一個(gè)過(guò)程，在地?zé)岷蛪毫Φ淖饔孟拢嗵繉影l(fā)生壓實(shí)、失水、肢體老化、硬結(jié)等各種變化而成為褐煤。褐煤的密度比泥炭大，在組成上也發(fā)生了顯著的變化，碳含量相對(duì)增加，腐植酸含量減少，氧含量也減少。因?yàn)槊菏且环N有機(jī)巖，所以這個(gè)過(guò)程又叫做成巖作用。

第二個(gè)過(guò)程，是褐煤轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋汉蜔o(wú)煙煤的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中煤的性質(zhì)發(fā)生變化，所以這個(gè)過(guò)程又叫做變質(zhì)作用。地殼繼續(xù)下沉，褐煤的覆蓋層也隨之加厚。在地?zé)岷挽o壓力的作用下，褐煤繼續(xù)經(jīng)受著物理化學(xué)變化而被壓實(shí)、失水。其內(nèi)部組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都進(jìn)一步發(fā)生變化。這個(gè)過(guò)程就是褐煤變成煙煤的變質(zhì)作用。煙煤比褐煤碳含量增高，氧含量減少，腐植酸在煙煤中已經(jīng)不存在了。煙煤繼續(xù)進(jìn)行著變質(zhì)作用。由低變質(zhì)程度向高變質(zhì)程度變化。從而出現(xiàn)了低變質(zhì)程度的長(zhǎng)焰煤、氣煤，中等變質(zhì)程度的肥煤、焦煤和高變質(zhì)程度的瘦煤、貧煤。它們之間的碳含量也隨著變質(zhì)程度的加深而增大。

溫度對(duì)于在成煤過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)有決定性的作用。隨著地層加深，地溫升高，煤的變質(zhì)程度就逐漸加深。高溫作用的時(shí)間愈長(zhǎng)，煤的變質(zhì)程度愈高，反之亦然。在溫度和時(shí)間的同時(shí)作用下，煤的變質(zhì)過(guò)程基本上是化學(xué)變化過(guò)程。在其變化過(guò)程中所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是多種多樣的，包括脫水、脫羧、脫甲烷、脫氧和縮聚等。

壓力也是煤形成過(guò)程中的一個(gè)重要因素。隨著煤化過(guò)程中氣體的析出和壓力的增高，反應(yīng)速度會(huì)愈來(lái)愈慢，但卻能促成煤化過(guò)程中煤質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的變化，能夠減少低變質(zhì)程度煤的孔隙率、水分和增加密度。

成因分類

煤的成因分類主要分為由高等植物生成的腐殖煤和由低等植物生成的腐泥類，以及由上述兩類混合形成的腐殖腐泥煤和腐泥腐殖煤以及殘殖煤5大類。其中以腐殖煤在地球上的比例最多，約占全部煤的95%以上。各類煤的基本特性如下。

1.腐殖煤

古代高等植物死亡后，其殘骸堆積在空氣不太充足的低地沼澤中，產(chǎn)生不完全的氧化分解作用（稱為半敗作用），隨后，由于死亡植物殘骸的不斷堆積，它們完全與空氣隔絕而氧氣停止進(jìn)入，這時(shí)植物殘骸依靠本身含有的氧而發(fā)生厭氧細(xì)菌的分解作用，從而開(kāi)始脫水、去羧基（-COOH），放出二氧化碳、水及甲烷等氣體，使殘骸的碳含量相對(duì)增高，氧和氫含量則逐漸減少，形成了一種凝膠狀的物質(zhì)，這種物質(zhì)稱為泥炭。隨著地殼的下沉，堆積在沼澤中的泥炭就逐漸被黏土、砂石等物質(zhì)的堆積而形成了巖層。泥炭在上覆巖層的壓力作用下又發(fā)生了壓緊、失水、膠體老化、硬結(jié)等物理和物理化學(xué)作用，使覆蓋泥炭的化學(xué)組成也發(fā)生了不斷的變化，最后變成了碳含量更高、氧和氫含量更低而致密度更高的褐煤。褐煤在巖層壓實(shí)下又經(jīng)過(guò)高溫（200℃左右）、高壓（幾千至幾萬(wàn)大氣壓）作用下而逐漸演變成煙煤和

2.無(wú)煙煤。

地球上真正由高等植物形成的腐殖煤由泥盆紀(jì)開(kāi)始。世界的煤炭資源中有95%以上為腐殖煤。腐殖煤的原始成煤物質(zhì)為高等植物中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等的主要成分，它們是在植物死亡后逐漸形成的。

3.腐泥煤

由細(xì)胞中含有大量原生質(zhì)的古代菌藻類低等植物和浮游生物死亡后堆積在湖沼、海灣等水體底部的缺氧環(huán)境中，經(jīng)過(guò)腐敗作用和物理作用及物理化學(xué)作用（即煤化作用）后轉(zhuǎn)變而成的煤。腐泥煤在自然界很少，它常以薄層狀或透鏡狀?yuàn)A于腐殖煤中。腐泥煤的揮發(fā)分高，如相當(dāng)于褐煤階段的腐泥煤的揮發(fā)分（干燥無(wú)灰基）常高達(dá)80%-95%左右，而由腐殖煤形成的褐煤的揮發(fā)分一般只有40%-65%左右。

腐泥煤的主要特點(diǎn)是呈灰黑色，結(jié)構(gòu)較均一，致密塊狀，硬度和韌性都較大，同時(shí)光澤暗淡，具貝殼狀斷口，且氫含量高、焦油產(chǎn)率也高。這一類煤包括了藻煤、膠泥煤和藻燭煤。

4.腐殖煤泥煤和腐泥腐殖煤

腐殖腐泥煤是以古代低等植物和高等植物一起作為原始成煤物質(zhì)而形成的煤。它是一種介于腐泥煤與腐殖煤之間而以腐泥煤為主的過(guò)渡型煤，這一類煤包括燭煤和藻燭煤，其外觀多呈灰黑色或灰色，致密而堅(jiān)硬，其中燭煤的韌性較大，貝殼狀斷口，塊狀結(jié)構(gòu)。在顯微鏡下常見(jiàn)較多的小孢子和黃色或橙黃色的腐泥基質(zhì)。其氫含量、焦油率和揮發(fā)低于腐泥煤而高于腐殖煤。當(dāng)煤中的腐殖成分高于腐泥成分時(shí)就叫做腐泥腐殖煤，其各種性質(zhì)接近于腐殖煤。

5.殘殖煤

亦稱“樹(shù)皮煤”或“樹(shù)皮殘殖煤”，它是由古代高等植物死亡后，其殘骸中的樹(shù)皮、蠟、樹(shù)脂、孢子、花粉等對(duì)化學(xué)等對(duì)化學(xué)物質(zhì)比較穩(wěn)定的一些組分經(jīng)過(guò)生物化學(xué)、物理和物理化學(xué)作用后形成的煤。其特點(diǎn)是揮發(fā)分、氫含量、焦油產(chǎn)率等都比相同煤化度的腐殖煤高。中國(guó)江西的樂(lè)平鳴山礦、橋頭丘礦和浙江長(zhǎng)廣等礦區(qū)的煤都屬于殘殖煤。由于這些煤在顯微鏡下常可見(jiàn)到大量黃色或紅色的樹(shù)皮，故也稱樹(shù)皮殘殖煤。

煤的組成

煤的元素組成：C、H、O、N、S、P 6種

煤中的礦物質(zhì)按來(lái)源分為：

1.原生礦物質(zhì)（成煤植物本身）

2.次生礦物質(zhì)（成煤過(guò)程混入）

3.外來(lái)礦物質(zhì)（采煤過(guò)程混入）

煤中的礦物質(zhì)按性質(zhì)分為：

1.粘土類礦物：高嶺石Al[SiO](OH)、水云母KAl[(SiAl)O](OH)·nHO；

2.硫化物類礦物：黃鐵礦 FeS、白鐵礦FeS；

3.碳酸鹽類礦物：方解石CaCO等；

4.氧化物類礦物：石英SiO；

5.硫酸鹽類礦物：石膏CaSO·2HO。

煤的工業(yè)分析：水分、灰分、揮發(fā)分、固定炭。

煤的元素分析：C、H、O、N、S。

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