煤的組成以有機(jī)質(zhì)為主體,構(gòu)成有機(jī)高分子的主要是碳、氫、氧、氮等元素。煤中存在的元素有數(shù)十種之多,但通常所指的煤的元素組成主要是五種元素、即碳、氫、氧、氮和硫。在煤中含量很少,種類(lèi)繁多的其他元素,一般不作為煤的元素組成,而只當(dāng)作煤中伴生元素或微量元素而測(cè)量這些則需要一些煤質(zhì)檢測(cè)儀器。
一、煤中的碳
一般認(rèn)為,煤是由帶脂肪側(cè)鏈的大芳環(huán)和稠環(huán)所組成的。這些稠環(huán)的骨架是由碳元素構(gòu)成的。因此,碳元素是組成煤的有機(jī)高分子的最主要元素。同時(shí),煤中還存在著少量的無(wú)機(jī)碳,主要來(lái)自碳酸鹽類(lèi)礦物,如石灰?guī)r和方解石等。碳含量隨煤化度的升高而增加。在我國(guó)泥炭中干燥無(wú)灰基碳含量為55~62%;成為褐煤以后碳含量就增加到60~76.5%;煙煤的碳含量為77~92.7%;一直到高變質(zhì)的無(wú)煙煤,碳含量為88.98%。個(gè)別煤化度更高的無(wú)煙煤,其碳含量多在90%以上,如北京、四望峰等地的無(wú)煙煤,碳含量高達(dá)95~98%。因此,整個(gè)成煤過(guò)程,也可以說(shuō)是增碳過(guò)程。
二、煤中的氫
氫是煤中第二個(gè)重要的組成元素。除有機(jī)氫外,在煤的礦物質(zhì)中也含有少量的無(wú)機(jī)氫。它主要存在于礦物質(zhì)的結(jié)晶水中,如高嶺土(Al203•2Si02•2H2O)、石膏(CaS04•2H20 )等都含有結(jié)晶水。在煤的整個(gè)變質(zhì)過(guò)程中,隨著煤化度的加深,氫含量逐漸減少,煤化度低的煤,氫含量大;煤化度高的煤,氫含量小??偟囊?guī)律是氫含量隨碳含量的增加而降低。尤其在無(wú)煙煤階段就尤為明顯。當(dāng)碳含量由92%增至98%時(shí),氫含量則由2.1%降到1%以下。通常是碳含量在80~86%之間時(shí),氫含量最高。即在煙煤的氣煤、氣肥煤段,氫含量能高達(dá)6.5%。在碳含量為65~80%的褐煤和長(zhǎng)焰煤段,氫含量多數(shù)小于6%。但變化趨勢(shì)仍是隨著碳含量的增大而氫含量減小。
三、煤中的氧
氧是煤中第三個(gè)重要的組成元素。它以有機(jī)和無(wú)機(jī)兩種狀態(tài)存在。有機(jī)氧主要存在于含氧官能團(tuán),如羧基(--COOH),羥基(--OH)和甲氧基(--OCH3)等中;無(wú)機(jī)氧主要存在于煤中水分、硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽和氧化物中等。煤中有機(jī)氧隨煤化度的加深而減少,甚至趨于消失。褐煤在干燥無(wú)灰基碳含量小于70%時(shí),其氧含量可高達(dá)20%以上。煙煤碳含量在85%附近時(shí),氧含量幾乎都小于10%。當(dāng)無(wú)煙煤碳含量在92%以上時(shí),其氧含量都降至5%以下?!?/P>
四、煤中的氮
煤中的氮含量比較少,一般約為0.5~3.0%。氮是煤中唯一的完全以有機(jī)狀態(tài)存在的元素。煤中有機(jī)氮化物被認(rèn)為是比較穩(wěn)定的雜環(huán)和復(fù)雜的非環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物,其原生物可能是動(dòng)、植物脂肪。植物中的植物堿、葉綠素和其他組織的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中都含有氮,而且相當(dāng)穩(wěn)定,在煤化過(guò)程中不發(fā)生變化,成為煤中保留的氮化物。以蛋白質(zhì)形態(tài)存在的氮,僅在泥炭和褐煤中發(fā)現(xiàn),在煙煤很少,幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。煤中氮含量隨煤的變質(zhì)程度的加深而減少。它與氫含量的關(guān)系是,隨氫含量的增高而增大。
五、煤中的硫
煤中的硫分是有害雜質(zhì),它能使鋼鐵熱脆、設(shè)備腐蝕、燃燒時(shí)生成的二氧化硫(SO2)污染大氣,危害動(dòng)、植物生長(zhǎng)及人類(lèi)健康。所以,硫分含量是評(píng)價(jià)煤質(zhì)的重要指標(biāo)之一。煤中含硫量的多少,似與煤化度的深淺沒(méi)有明顯的關(guān)系,無(wú)論是變質(zhì)程度高的煤或變質(zhì)程度低的煤,都存在著有機(jī)硫或多或少的煤。 煤中硫分的多少與成煤時(shí)的古地理環(huán)境有密切的關(guān)系。在內(nèi)陸環(huán)境或?yàn)I海三角訓(xùn)平原環(huán)境下形成的和在海陸相交替沉積的煤層或淺海相沉積的煤層,煤中的硫含量就比較高,且大部分為有機(jī)硫。 根據(jù)煤中硫的賦存形態(tài),一般分為有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫兩大類(lèi)。各種形態(tài)的硫分的總和稱為全硫分。所謂有機(jī)硫,是指與煤的有機(jī)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的硫。有機(jī)硫主要來(lái)自成煤植物中的蛋白質(zhì)和微生物的蛋白質(zhì)。煤中無(wú)機(jī)硫主要來(lái)自礦物質(zhì)中各種含硫化合物,一般又分為硫化物硫和硫酸鹽硫兩種,有時(shí)也有微量的單質(zhì)硫。硫化物硫主要以黃鐵礦為主,其次為白鐵礦、磁鐵礦((Fe7S8)、閃鋅礦(ZnS)、方鉛礦(PbS)等。硫酸鹽硫主要以石膏(CaSO4•2H20)為主,也有少量的綠礬 (FeSO4•7H 20 )等。煤質(zhì)分析儀器