煤巖學課程課堂練習題

1.中國富煤少油，是世界上少數(shù)幾個以煤炭為主要能源的國家。自從1989年煤炭產(chǎn)量超過10億t后，一直穩(wěn)居世界第一，煤炭消費始終占一次能源的70%以上。2.解釋右圖我國能源結(jié)構(gòu)3.我國煤炭資源的分布呈明顯的北多南少、西多東少的特點4.目前，我國煤炭消費主要集中在電力、鋼鐵、石油加工、水泥、化學原料五大行業(yè)，用煤比重達到78%，5.煤化學研究煤的生成、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、分類、煤炭轉(zhuǎn)化等6.煤的組成和性質(zhì)受多種因素的影響：成煤原始植物的種類、植物遺體堆積和積聚的環(huán)境、埋藏深度、沉積時間、地殼運動、地下水質(zhì)、水流等7.8.煤是古代植物體在不透空氣或空氣不足的情況下受到地下的高溫和高壓而變質(zhì)形成的。9.在幾乎所有的煤田中發(fā)現(xiàn)了各種各樣的植物或動物的化石如樹干、樹樁、樹皮、灌木、草本植物、藻類、菌類等等，使得這一學說很自然地為許多業(yè)內(nèi)學者所接受。10.煤是植物遺體經(jīng)過生物化學—物理化學的作用而轉(zhuǎn)變成的沉積有機礦物，是多種高分子化合物和礦物質(zhì)組成的混合物。它是極其重要的能源和工業(yè)原料。11.從植物死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊航?jīng)過一系列復雜的演變過程，這個過程稱為成煤作用。12.成煤作用過程13.14.泥炭15.16.從泥炭到褐煤的變化過程是成巖作用，從褐煤到煙煤、無煙煤的變化過程稱為變質(zhì)作用。17.煤與煤之間的性質(zhì)千差萬別，不同煤田的煤質(zhì)差別較大；同一煤田中不同煤層的煤質(zhì)，其差異也很大；同一煤田同一煤層不同地點采樣，其煤質(zhì)也有較大的差別；同一煤田、同一煤層、同一地點采樣，將煤層從上到下分成若干個分層采樣，各分層的煤質(zhì)也有差別。18.引起煤質(zhì)千差萬別的原因，與成煤物質(zhì)、成煤環(huán)境和成煤作用有關(guān)。19.我國有四個聚煤作用最強的時期，分別為：晚侏羅世—早白堊世，早、中侏羅世，晚二疊世，晚石炭世—早二疊世20.與煤的形成和聚集有直接的關(guān)系：菌藻植物時代，裸蕨植物時代，蕨類和種子植物時代，裸子植物時代，被子植物時代21.腐植煤：由高等植物形成的煤，腐泥煤：由低等植物形成的煤，腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤22.成煤環(huán)境植物遺體堆積并轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵浚枰欢ǖ臈l件：①大量植物的持續(xù)繁殖，②植物遺體沒有被全部氧化分解，能夠保存下來。具備這樣條件的場所--沼澤23.從植物到煤經(jīng)歷了泥炭化作用、煤化作用、成巖作用和變質(zhì)作用四個成煤作用過程，簡述從植物到無煙煤的變化及這四個過程的關(guān)系。24.煤巖學的概念25.煤巖學的意義26.宏觀煤巖成分有鏡煤、亮煤、暗煤和絲炭27.宏觀煤巖類型有光亮煤、半光亮煤、半暗煤和暗淡煤28.煤的有機顯微組分29.煤的無機顯微組分—礦物組即煤中的礦物質(zhì)，常見有四類：(1)黏土類：高嶺土（Al2O3·2SiO2·2H2O）、水云母（水云母族(也稱伊利石族)礦物的總稱）、伊利石（水白云母）等；(2)硫化物類：黃鐵礦、白鐵礦等；(3)硫酸鹽類：方解石（CaCO3）、菱鐵礦（即碳酸亞鐵FeCO3）等；(4)氧化物類：石英、玉髓（隱晶質(zhì)石英）、蛋白石（SiO2·nH2O）等30.鑒定煤巖類型的鑒定標志有顏色、條痕色、光澤、硬度和端口形狀等。31.煤巖學微觀研究工具：光學顯微鏡、熒光顯微鏡、圖象分析儀、電子顯微鏡。32.煤巖學微觀研究鑒定標志顏色：透光色、反光色（灰度）；形態(tài)：顯微成分的形態(tài)輪廓；結(jié)構(gòu)：顯微成分的內(nèi)部形態(tài)、大小特征與成煤結(jié)構(gòu)來源，泥炭化階段的凝膠化與絲炭化有關(guān)，如細胞腔的變化、填充與否；突起：各顯微組分因硬度不同，在煤中拋光面上產(chǎn)生凹凸不平的現(xiàn)象；反射率：反射光強度占入射光強度的百分率。常測油浸下最大平均反射率或隨機反射率33.鏡質(zhì)組反射率可以作為表征rank的科學指標原因：1）V為煤中含量最多的代表性顯微組分；2）V的反射率隨rank線性變化；3）用鏡質(zhì)組反射率表征煤化度，可以避免煤巖組成異常時，揮發(fā)分、碳含量等綜合煤樣平均性質(zhì)錯誤表征煤化度的可能。34.煤巖學應(yīng)用包括：煤田地質(zhì)、可選性研究、煤分類、煤質(zhì)評價35.煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)：⑴芳碳率（Cfar)：芳香碳與總的碳原子數(shù)之比；⑵芳氫率（farH）：芳香結(jié)構(gòu)的氫原子數(shù)與總的氫原子數(shù)之比；⑶芳環(huán)率（farR）：芳香環(huán)數(shù)與總環(huán)數(shù)之比；⑷環(huán)縮合度指數(shù)[2(R-1)/C]：基本結(jié)構(gòu)中的環(huán)形成縮合環(huán)的程度。R為縮合環(huán)數(shù)，C為碳原子個數(shù)。36.煤的基本結(jié)構(gòu)單元37.煤分子上的官能團主要是：含氧官能團，如：羥基(–OH)；羧基(–COOH)；羰基(>C=O)；甲氧基(–OCH3)；氧醚等。煤中含氧官能團隨煤化程度提高而減少。其中甲氧基消失得最快，在年老褐煤中就幾乎不存在了；其次是羧基，到中等煤化程度的煙煤時，羧基已基本消失；羥基和羰基在整個煙煤階段都存在，甚至在無煙煤階段還有發(fā)現(xiàn)。含硫官能團，如：硫醇（–SH）；硫醚（R–S–R￠）；二硫化物（–S–S–）;噻吩等；含氮官能團，如：吡啶、喹啉的衍生物；胺基（–NH2）、亞氨基、腈基和五元雜環(huán)等38.煤中的低分子化合物39.氧、氮、硫的存在形式：氧的存在形式除了官能團外，還有醚鍵和雜環(huán)；硫的存在形式有巰基、硫醚和噻吩等；氮的存在形式有吡咯環(huán)、胺基和亞胺基等。40.煤化程度對煤結(jié)構(gòu)的影響：（1）低煤化程度的煤含有較多非芳香結(jié)構(gòu)和含氧基團，芳香核的環(huán)數(shù)較少。除化學交聯(lián)鍵外，分子內(nèi)和分子間的氫鍵力對煤的性質(zhì)也有較大的影響。（2）由于年輕煤的規(guī)則部分小，側(cè)鏈長而多，官能團也多，因此形成比較疏松的空間結(jié)構(gòu)，具有較大的孔隙率和較高的比表面積。（3）中等煤化程度的煤（肥煤和焦煤）含氧官能團和烷基側(cè)鏈少，芳核有所增大，結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵減少，使煤的結(jié)構(gòu)較為致密，孔隙率低，故煤的物化性質(zhì)和工藝性質(zhì)在此處發(fā)生轉(zhuǎn)折，出現(xiàn)極大值或極小值。（4）年老煤的縮合環(huán)顯著增大，大分子排列的有序化增強，形成大量的類似石墨結(jié)構(gòu)的芳香層片，同時由于有序化增強，使得芳香層片排列得更加緊密，產(chǎn)生了收縮應(yīng)力，以致形成了新的裂隙。這是無煙煤階段孔隙率和比表面積增大的主要原因。41.煤化學是從化學的角度研究煤的化學及元素組成、工藝性質(zhì)和分類及合理應(yīng)用的邊緣學科。42.煤的工業(yè)分析43.煤的元素分析44.煤的工藝性質(zhì)45.各煤質(zhì)分析項目的結(jié)果都是用一定的符號表示。通常是由煤質(zhì)分析項目的符號、分析項目存在狀態(tài)或操作條件的符號、分析項目基準的符號這三類符號構(gòu)成了煤質(zhì)分析結(jié)果的表示符號46.47.常用基準的含義及使用意義。①收到基（ar）：是以收到狀態(tài)的煤樣為基準（包含了煤的全部組分）。用于銷售煤，物料平衡、熱平衡及熱效率計算。②空氣干燥基（ad）：是以與空氣濕度達到平衡狀態(tài)的煤樣為基準（不包含煤的外在水分）。多用于試驗室煤質(zhì)分析項目測定的基礎(chǔ)。③干燥基（d）：是以假想無水狀態(tài)的煤樣為基準（不包含煤的外在水分和內(nèi)在水分）。主要用于比較煤的質(zhì)量，用于表示煤的灰分、硫分、磷分、發(fā)熱量等。④干燥無灰基（daf）：是以假想無水無灰狀態(tài)的煤樣為基準（不包含煤的外在水分和內(nèi)在水分及灰分）。主要用于了解和研究煤的有機質(zhì)。⑤干燥無礦物質(zhì)基（dmmf）：是以假想無水無礦物質(zhì)狀態(tài)的煤樣為基準（不包含煤的外在水分和內(nèi)在水分及礦物質(zhì)）。主要用于高硫煤的有機質(zhì)研究。⑥恒濕無灰基（maf）：恒濕狀態(tài)（溫度20℃、空氣濕度96%）和假想無灰狀態(tài)下的煤樣分析基準。主要用于表示煤的發(fā)熱量（作為煤工業(yè)分類指標）。⑦48.進行基準換算時要注意以下三個問題：（1）換算的煤質(zhì)分析指標必須含于對方的基準中，否則就不能換算。如：St,ad中包含了St,d，它們之間可用公式5-1進行換算；Ad和Adaf之間就不能換算，因為干燥無灰基中不存在灰分。（2）用以上公式換算時各煤質(zhì)分析測定結(jié)果不代入百分符號，但寫答案時要把百分號加上。（3）基準不相同的數(shù)據(jù)不能直接加減。49.煤中水分的來源與分類50.煤的最高內(nèi)在水分51.煤中水分對煤利用的影響：一般來說，水分是煤中的有害成分，對煤的工業(yè)利用是不利的；但水分對煤的工業(yè)利用也有好的一方面。1.水分對煤工業(yè)利用的危害：（1）在煤的運輸中，增加了無效運輸量和運輸成本；（2）燃燒時，降低了煤的發(fā)熱量；（3）貯存時，使煤易碎裂、加速煤的氧化和自燃，在冬季使煤裝卸困難；FeS2+H2O+O2→FeSO4+H2SO4+Q（4）煉焦時，延長煉焦時間，并使焦爐的使用壽命縮短；（5）機械加工中，水分高的煤難于破碎和篩分，不僅降低生產(chǎn)效率，還可能損壞設(shè)備。2.水分對煤工業(yè)利用的益處：（1）在燃燒粉煤時，煤中含有適量的水分，可以防止粉煤的散失，并適當改善爐膛的輻射能；（2）水分可作為加氫液化和氣化的供氫體。52.煤的灰分不是煤中固有的成分，而是煤中的礦物質(zhì)在煤燃燒時經(jīng)過失水、分解、氧化、化合等變化而產(chǎn)生的固態(tài)混合物，因此，嚴格地講不能叫“煤中的灰分”，而應(yīng)叫“煤的灰分產(chǎn)率”。53.煤中的礦物質(zhì)及與灰分的關(guān)系54.煤的灰分對煤利用的影響一般來說，礦物質(zhì)或灰分是煤的有害成分，灰分越高，煤質(zhì)越差?；曳挚山档兔旱陌l(fā)熱量、增加運輸成本、增多出渣量、降低焦炭的質(zhì)量和焦爐的生產(chǎn)效率、加速煤的風化和自燃等。煤灰渣也可用作為一種資源開發(fā)利用，如用作建材原料和從煤灰中提取聚合鋁、氯化鋁、稀有分散元素等。55.56.煤干燥無灰基揮發(fā)分的使用意義：（1）我國煤炭分類的重要指標之一；（2）工業(yè)上在選擇氣化、液化、動力和煉焦用煤時，都要首先考慮揮發(fā)分是否符合要求。57.影響煤干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf%）的因素主要有：煤的成因類型、煤化程度、煤巖成分、礦物質(zhì)含量、測試條件等。58.煤的固定碳是指從煤中除去水分、灰分和揮發(fā)分后的殘留物。煤的干燥無灰基固定碳與干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率之比是煤的燃料比。59.煤的元素分析是測定碳、氫、氧、氮、硫五種元素的含量的過程。通常，只對碳、氫、氮、硫四種元素進行測定，氧含量則采用減差法求得。煤元素分析時用空氣干燥基（ad）煤樣測定，但結(jié)果常用干燥無灰基（daf）或干燥基（d）表示。60.煤中硫的分類61.發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤完全燃燒時放出的熱量。62.煤的恒容高位發(fā)熱量是煤樣在氧彈內(nèi)燃燒時產(chǎn)生的熱量減去硫酸和硝酸生成熱后的熱量。計算公式如下：式中：95—硫酸生成熱校正系數(shù)，它是煤中每l％(0.01g)的硫生成硫酸的生成熱和硫酸溶于水的溶解熱之和，J；Sb,ad—彈筒洗液中測得的硫，％（當煤中St,d≤4％和Qb,ad＞14.60MJ/kg時，可用St,ad代替Sb,ad）；α—硝酸生成熱校正系數(shù)（當Qb,ad≤16.70MJ/kg時，α取值為0.0010；當16.70MJ/kg＜Qb,ad≤25.10MJ/kg時，α取值為0.0012；當Qb,ad＞25.10MJ/kg時，63.煤的恒容低位發(fā)熱量是煤的恒容高位發(fā)熱量減去煤樣中內(nèi)在水分和氫燃燒時生成水的液化熱后的熱值。64.65.煤中硫?qū)γ杭庸だ玫奈：Γ涸谌紵蜌饣瘯r，煤中的硫轉(zhuǎn)變成的二氧化硫、硫化氫，既腐蝕設(shè)備又污染環(huán)境，還使催化劑中毒，影響生產(chǎn)正常進行和產(chǎn)品質(zhì)量。用于煉焦時，其中70％～80％的硫轉(zhuǎn)入焦炭，焦炭用于冶金，使煉出的生鐵含硫較多而具有熱脆性，不僅使生鐵的質(zhì)量差，而且還使高爐的生產(chǎn)能力下降并嚴重腐蝕設(shè)備。因此，要求煉焦用煤的硫分應(yīng)小于l.0％。在煤的儲存時，煤中的FeS2能促進煤的氧化和自燃等。煤中的硫含量越多，煤的質(zhì)量越差，對煤加工利用帶來的危害也越大。65.煤的物理性質(zhì)和物理化學性質(zhì)包括哪些？煤的密度、煤的機械性質(zhì)、煤的熱性質(zhì)、煤的電性質(zhì)、煤的光學性質(zhì)、煤的潤濕性、煤的孔隙率和比表面積殼質(zhì)組鏡質(zhì)組惰質(zhì)組66.真密度的概念殼質(zhì)組鏡質(zhì)組惰質(zhì)組67.右圖為煤的不同煤巖組分隨煤化程度的變化曲線，試進行解釋：68.視密度的概念：20℃69.堆積密度的概念：煤的堆積密度是指20℃下煤的質(zhì)量與同體積(70.71.煤的硬度：刻劃硬度，顯微硬度72.解釋如圖所示煤的顯微硬度隨煤化度的變化曲線。73.煤的可磨性是指煤磨碎成粉的難易程度。國際上普遍采用哈特葛羅夫法評定煤的可磨性，即利用球磨法將一定粒度的煤在磨機中在給定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)數(shù)的情況下，測定物料粒度組成的變化。74.煤的熱穩(wěn)定性的概念：煤的熱穩(wěn)定性是塊煤在高溫下保持原來粒度的能力，用TS表示。75.煤的透光率：是指煤樣在100℃的稀硝酸溶液中處理90min，所得有色溶液對一定波長（475nm）的光的透過率。有色溶液透光率的測定有分光光度計法和目視比色法兩種。分光光度計法因其重現(xiàn)性差，一般用得不多，我國國家標準采用目視比色法測定有色溶液的透光率，用PM76.煤的氧化是在一定條件下，氧化劑氧化了煤分子，使結(jié)構(gòu)從復雜到簡單的轉(zhuǎn)化過程。氧化的溫度越高、氧化劑越強、氧化的時間越長，氧化產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)就越簡單，從結(jié)構(gòu)復雜的腐植酸到較簡單的苯羧酸，直至最后被完全氧化為二氧化碳和水。77.78.煤風化后的變化：化學組成的變化：碳元素和氫元素含量下降，氧含量增加，腐植酸含量增加；物理性質(zhì)的變化：光澤暗淡，機械強度下降、硬度下降，疏松易碎，表面積增加；強度和硬度降低，吸濕性增大；工藝性質(zhì)的變化：干餾時的焦油產(chǎn)率下降、發(fā)熱量降低，粘結(jié)性煤的粘結(jié)性下降甚至消失，對水的潤濕性增大使煤的可浮性變差，精煤脫水困難?；瘜W性質(zhì)變化：風化煤含再生腐植酸，發(fā)熱量降低，著火點下降79.自燃發(fā)生的原因：煤風化過程的實質(zhì)是煤的氧化過程，也就是一個放熱過程。如果煤氧化釋放的熱量不能及時散發(fā)，則會被煤吸收而使煤的溫度提高。溫度的提高又促使了煤更加劇烈的氧化，放出的熱量就更多。當溫度達到煤的著火點時就會發(fā)火燃燒，這一過程稱為煤的自燃。自燃是煤貯存過程中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象。80.煤加氫的概念：在一定條件下，通過化學反應(yīng)在煤的有機質(zhì)分子上增加氫元素的比例，以改變煤的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。煤加氫分輕度加氫和深度加氫兩種。輕度加氫幾乎不破壞煤的大分子結(jié)構(gòu)，而深度加氫則會對煤的大分子結(jié)構(gòu)徹底破壞，形成小分子化合物。81.煤的萃取分類：根據(jù)溶劑種類、萃取溫度和壓力條件等的不同，煤的溶劑萃取可分為以下5類：(1)普通萃?。河玫头肿悠胀ㄓ袡C溶劑苯、氯仿、乙醇等進行低溫萃取。萃取物較少，不是煤的代表性結(jié)構(gòu)部分。(2)特定萃?。翰捎镁哂须娮咏o予體性質(zhì)的親核性溶劑，如吡啶類，酚類和胺類等，在200℃以下對煤進行萃取，萃取率可達20-40%，甚至50%。萃取物基本無結(jié)構(gòu)變化，對煤的結(jié)構(gòu)研究較重要。(3)熱解萃?。阂远喹h(huán)芳烴菲、蒽、喹啉或焦油餾分等，在300℃以上對煤進行萃取，由于常常伴有熱解反應(yīng)。故稱熱解萃取。萃取率一般在60%以上，少數(shù)甚至高達80%。溶劑分解液化法即由此而來。(4)超臨界萃?。阂约妆?、二甲苯、異丙醇或水為溶劑，在超過溶劑氣-液臨界溫度下進行萃取。溫度一般在400℃以上，萃取率可達30%?，F(xiàn)在，超臨界萃取已經(jīng)發(fā)展為溶劑分解液化法。(5)加氫液化82.83.煤的熱解過程大致可分為三個階段：⑴第一階段：室溫︿活潑分解溫度Td（300~350℃）。這一階段主要是煤的干燥脫吸階段；⑵第二階段：（Td︿550-600℃）。特征是活潑分解；⑶第三階段：（溫度范圍為600~84.影響煤熱解的因素：煤化程度，煤巖組成；粒度；加熱條件；壓力；其他因素85.膠質(zhì)體的來源：①煤熱解時結(jié)構(gòu)單元之間結(jié)合比較薄弱的橋鍵斷裂，生成自由基，其中一部分相對分子質(zhì)量不太大、含氫較多，使自由基穩(wěn)定化，形成液態(tài)產(chǎn)物。②在熱解時，結(jié)構(gòu)單元上的脂肪側(cè)鏈脫落，大部分揮發(fā)逸出，少部分參加縮聚反應(yīng)形成液態(tài)產(chǎn)物。③煤中原有的低分子化合物受熱熔融變?yōu)橐簯B(tài)。④殘留固體部分在液態(tài)產(chǎn)物中部分溶解和膠溶。86.膠質(zhì)體的性質(zhì)：①溫度間隔△T；②透氣性；③流動性；④膨脹性87.88.煤在隔絕空氣的條件下加熱時，在不同溫度下發(fā)生一系列物理變化和化學反應(yīng)的復雜過程稱為煤的熱解（熱分解或干餾）89.煤的粘結(jié)性是指煤在干餾時粘結(jié)本身或外加惰性物質(zhì)的能力；煤的結(jié)焦性是指煤經(jīng)干餾結(jié)成焦炭的性能。90.91.熱解機理解釋：92.膠質(zhì)層最大厚度：在測定過程中，煤杯底部由于受熱最早，所以先形成一層膠質(zhì)體。隨著溫度的不斷升高，膠質(zhì)層的厚度也在逐漸增加，當溫度上升到固化溫度時，底部的膠質(zhì)體就開始固化。在煤杯的中部，膠質(zhì)層的厚度比較大，再往上時膠質(zhì)層的厚度在不斷地變化，以測定的膠質(zhì)層最大厚度(Y,mm)作為結(jié)果。93.膠質(zhì)層最大厚度的優(yōu)缺點：以膠質(zhì)層最大厚度作為粘結(jié)性的指標，測定方法簡單，重現(xiàn)性好，對中等粘結(jié)性煤的區(qū)分能力強。多種煤的Y值具有加和性，這是其它粘結(jié)性指標所不具備的。缺點是Y值只能反映膠質(zhì)體的數(shù)量而不能反映膠質(zhì)體的質(zhì)量。94.羅加指數(shù)法是波蘭煤化學家羅加提出的一種測定煙煤粘結(jié)無煙煤能力的方法。95.粘結(jié)指數(shù)（GR.I.）：我國煤炭科學院在分析了羅加指數(shù)的優(yōu)缺點以后，提出用粘結(jié)指數(shù)作為表征煙煤粘結(jié)性的指標，用GR.I.表示（可簡寫為G）。96.奧壓膨脹度97.98.葛金干餾指數(shù)英國的格雷和金兩人提出的一種煤的低溫干餾實驗方法，也是測定煤炭結(jié)焦性的一種方法。99.煤的活性：我國采用的是煤對二氧化碳的反應(yīng)性，以二氧化碳的還原率來表示煤的活性。100.煤的熱穩(wěn)定性是指煤在高溫下保持原來粒度的性質(zhì)。101.102