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成煤過(guò)程（植物遺體演化成煤的轉化過(guò)程）

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成煤過(guò)程

植物遺體演化成煤的轉化過(guò)程

成煤過(guò)程(process of coal formation)是指在泥炭沼澤中持續地生長(cháng)和死亡，其殘骸不斷堆積，在漫長(cháng)的過(guò)程中經(jīng)過(guò)復雜的生物化學(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。煤的這一轉化的全過(guò)程也可稱(chēng)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)作用而轉變成的沉積有機礦產(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)論是中國還是世界其他國家，通常把煤分為成因分類(lèi)和工業(yè)分類(lèi)（或稱(chēng)實(shí)用分類(lèi)）兩大體系。成因分類(lèi)是根據成煤原始植物的不同而進(jìn)行分類(lèi)的。

煤的形成

煤是地殼運動(dòng)的產(chǎn)物。遠在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)復雜的生物化學(xué)、地球化學(xué)、物理化學(xué)作用后轉變成煤，從植物死亡、堆積、埋藏到轉變成煤經(jīng)過(guò)了一系列的演變過(guò)程，這個(gè)過(guò)程也稱(chēng)為成煤作用。

一般認為，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(chēng)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)連續的過(guò)程：

第一個(gè)過(guò)程，在地熱和壓力的作用下，泥炭層發(fā)生壓實(shí)、失水、肢體老化、硬結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(zhù)的變化，碳含量相對增加，腐植酸含量減少，氧含量也減少。因為煤是一種有機巖，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。地殼繼續下沉，褐煤的覆蓋層也隨之加厚。在地熱和靜壓力的作用下，褐煤繼續經(jīng)受著(zhù)物理化學(xué)變化而被壓實(shí)、失水。其內部組成、結構和性質(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。煙煤繼續進(jìn)行著(zhù)變質(zhì)作用。由低變質(zhì)程度向高變質(zhì)程度變化。從而出現了低變質(zhì)程度的長(cháng)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(zhù)變質(zhì)程度的加深而增大。

溫度對于在成煤過(guò)程中的化學(xué)反應有決定性的作用。隨著(zhù)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(cháng)，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(zhù)煤化過(guò)程中氣體的析出和壓力的增高，反應速度會(huì )愈來(lái)愈慢，但卻能促成煤化過(guò)程中煤質(zhì)物理結構的變化，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(lèi)

煤的成因分類(lèi)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(lèi)，以及由上述兩類(lèi)混合形成的腐殖腐泥煤和腐泥腐殖煤以及殘殖煤5大類(lèi)。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(lèi)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(chēng)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(chēng)為泥炭。隨著(zhù)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

由細胞中含有大量原生質(zhì)的古代菌藻類(lèi)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）后轉變而成的煤。腐泥煤在自然界很少，它常以薄層狀或透鏡狀夾于腐殖煤中。腐泥煤的揮發(fā)分高，如相當于褐煤階段的腐泥煤的揮發(fā)分（干燥無(wú)灰基）常高達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，結構較均一，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(lèi)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(lèi)煤包括燭煤和藻燭煤，其外觀(guān)多呈灰黑色或灰色，致密而堅硬，其中燭煤的韌性較大，貝殼狀斷口，塊狀結構。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(chēng)“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、花粉等對化學(xué)等對化學(xué)物質(zhì)比較穩定的一些組分經(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。中國江西的樂(lè )平鳴山礦、橋頭丘礦和浙江長(cháng)廣等礦區的煤都屬于殘殖煤。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(chēng)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(lèi)礦物：高嶺石Al[SiO](OH)、水云母KAl[(SiAl)O](OH)·nHO；

2.硫化物類(lèi)礦物：黃鐵礦 FeS、白鐵礦FeS；

3.碳酸鹽類(lèi)礦物：方解石CaCO等；

4.氧化物類(lèi)礦物：石英SiO；

5.硫酸鹽類(lèi)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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