01 第一章 成煤原始物质与堆积(泥炭沼泽)
成煤过程 成煤条件(煤化学课件)
➢成煤的必要条件 古植物—— 物质基础 古气候—— 生长与保存 古地理—— 埋藏场所 古构造—— 控制因素
草根层
腐植泥层 潜育层
母质层
潜育沼泽结构示意图
1. 古植物条件： 植物遗体的大量堆积是泥炭形成的基础 尽管泥盆纪已有陆生植物出现，但数量不多，未能形成
有工业价值的煤层。 只有植物演化到一定阶段，高大的木本植物繁殖堆积，才
其中湿度：最重要，只要有足够的湿度，热带、亚热带、温带 和寒带都可发育泥炭沼泽，并形成泥炭层
气温：影响植物繁殖速度 及 植物遗体分解速度
在潮湿温暖的气候下沉积的煤层中含有许多由粗大树干形 成的光亮煤宽条带
温和或微冷的气候下则光亮煤相对较少
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3. 古地理条件： 提供成煤的场所（泥炭形成环境） ——常年积水的洼地 包括地形和沉积环境 煤层的前身是泥炭和腐
可形成广泛的、工业意义的煤层。
被子植物
裸子植物
蕨类, 种 子植物 裸蕨
植物
菌藻植物
0.018 0.65 1.4 2.0 2.5
3.5 4.1 4.5 4.95
5.45
根据成煤过程中的变化，估计10m厚的植物遗体堆积层可形成1m 厚的泥炭，进而转变为0.5m厚的褐煤或0.17m厚的烟煤。
2. 古气候条件： 植物生长需要炭沼泽的起源
沼泽是在一定的气候、地 貌和水文条件下的产物
常年积水或及其潮湿的地段内有大量植 物生长和堆积，植物死亡后遗体被沼泽 水覆盖植物遗体不致完全氧化分解经过 生物化学作用转变为泥炭
草根层
腐植泥层 潜育层
母质层
潜育沼泽结构示意图
煤层通常源自沉积在沼泽中的泥炭 泥炭沼泽形成条件取决于：
在以上4个条件中，大地构造因素往往起主导作用
第一章 成煤作用
（二）泥炭沼泽形成条件
1.应有缓慢沉降的低洼地带，这种洼地有 利于水的汇聚而不利于水的排泄，由于基 底的缓慢沉降，使地下水位能保持缓慢速 度持续抬升；
2.泥炭沼泽发育地区大多与活动能量大的水体(如海、 湖、河)间以一定形式的保护屏障被相对隔离的地 带，加以沙坝或沙嘴或沙滩为阻隔，而且相对分 离于开阔海域以外的海湾泻湖地带、天然堤与活 动河道分离的河后沼泽及废弃河道等；
1．菌藻类植物时代
早泥盆世以前为低等植物发育时代，还没有高 等植物出现。因此不可能有大规模的聚煤作用发 生。由低等植物经过一系列变化形成的煤，其灰 分很高，有一定的发热量。这类煤称为“石煤”， 如我国南方寒武纪的“石煤”。
2．裸蕨植物时代
晚志留世至早中泥盆世为世界上最古老的陆 生植物时代。植物由水生到陆生的转化过程，是 植物由低等向高等发展的重要转折时期。 裸蕨类植物是地质历史上最早的陆生植物， 其特点是高度不足1m，还没有真正的叶、根之分， 只在地下有一种假根。因此，裸蕨植物仍然是比 较原始的植物。
条件:发生于覆水地区的水位以下，即与大气局部沟通的 状态下。泥炭化作用的直接产物除了泥炭以外，分解出的 气态产物有二氧化碳、水、沼气和少量氮。
2、泥炭沼泽及其形成条件
（一）泥炭沼泽概念 沼泽是地表土壤充分湿润、季节性或长期 积水，丛生着喜湿性沼泽植物的低洼地段。 如果沼泽中形成并积累着泥炭，则称为泥 炭沼泽
腐败作用出现在与大气不能充分沟通，而植物
物质充分被水浸润的条件下，此时有机物质未能
完全分解，其最终产物虽仍为CO2和H2O，但仍留 存富碳的残骸，形成暗色的腐植物质。
• 二、泥炭化作用
• 1、泥炭化作用的特点 • 定义：植物物质经受生物化学分解及合成的复杂的过程且 最终形成泥炭的作用. 属性:也是—种植物物质的生物化学分解作用，它与水解 作用、氧化与还原作用有关。
煤炭基本知识
煤炭基本知识煤炭基础知识煤是一种沉积作用形成的可燃有机岩，是由地质历史时期的古植物体经过复杂的生物化学和物理化学作用转变而成的。
为帮助我公司员工对煤炭基本属性的了解，现参考国内相关资料编撰了《煤炭基础知识》，共包括三部分：煤的形成；煤的化学成分和工艺性质；煤的工业分类及综合利用。
以供大家参考。
第一部分煤的形成一、成煤的原始物质煤是由植物遗体转变而成的。
成煤的原始物质——植物，可分为高等植物和低等植物两大类。
低等植物包括水生的菌类和藻类低等生物，大量生存在湖泊、积水较深的沼泽和泻湖环境，死亡后与泥沙一起沉积，转化而成的煤叫腐泥煤。
形成煤的高等植物主要生长在沼泽环境中，死亡后遗体能够及时得以转化，所形成的煤叫腐植煤。
二、煤的形成过程植物从死亡及其遗体堆积到转变成煤的一系列演变过程，称为成煤作用。
成煤作用大致分为泥炭化（或腐泥化作用）阶段和煤化作用阶段。
1、泥炭化（或腐泥化）作用阶段（1）泥炭化作用阶段生长在沼泽中的高等植物不断繁殖，其死亡后的遗体堆积在积水沼泽中，随着沼泽覆水程度的增强及植物遗体的不断堆积，使得正在分解的植物遗体逐渐与空气隔绝并处于水体下层，氧化环境逐渐被还原环境所代替，分解作用逐渐减弱。
在沼泽水体深部厌氧细菌的作用下，分解产物之间和分解产物与植物残体之间又不断发生一系列复杂的生物化学反应作用，逐渐化合其他成新的产物，如腐殖酸、腐植酸盐、沥青质、硫化氢、二氧化碳、甲烷及氢等。
这些产物中，部分不稳定的气体或液体逸出后，剩下的物质沉积下来，形成了泥炭。
这种由高等植物转化为泥炭的生物化学作用过程，称之为泥炭化作用。
泥炭一般呈黄褐、棕褐或棕黑等色，无光泽，质软且富含水机腐殖酸，晒干后可作燃料、化工原料及肥料等用途。
(2)腐泥化阶段（略）2、煤化阶段煤化阶段是成煤的第二阶段。
根据作用过程和影响因素的不同，煤化阶段可分为成岩作用和变质作用。
(1)成岩作用泥炭形成之后，由于地壳沉降速度加快，沉积环境改变，转为其他沉积物的堆积，使泥炭或腐泥层被其他沉积物所覆盖。
1.4 泥炭的主要组成及性质
质。 有机质含量：指有机质占泥炭干物质总量的百分比。 植物残体的类型、泥炭积累的时间和泥炭的分解程度的不同 致使泥炭中的碳、氢、氧、氮、硫等含量不同。
第一章 §4 泥炭的 主要 组成及性质 2．泥炭的矿物质
1）4 泥炭的主 要 组成及性质
4．泥炭的结构和颜色：泥炭结构与形成泥炭的植物种 属、分解度及矿物质含量有关。泥炭颜色决定于形成 泥炭植物种属的颜色。泥炭颜色随分解强度的增强而 变深、变暗，最终转变为腐殖质所具有的黑色；随含 水量增大而变浅；也受自生矿物影响； 5．泥炭的可燃性：泥炭中由于含有较多的有机物质， 具有可燃性，通常以发热量来表示。
第一章 §4 泥炭的主 要 组成及性质
1．分解度：是指植物残体内由于腐解作用而失去细胞 结构物质的相对含量，即泥炭中无定形腐植质占有 机质的百分含量。 2．泥炭的含水性质：泥炭由于富含有机质，具分散、 疏松多孔的结构，因此泥炭有吸收和保持大量水分 的性能。
泥炭湿度：泥炭中含有的水分质量占泥炭总质量（干物质+ 水分）的百分比（%） 泥炭的持水量：泥炭中含有的水分质量占泥炭干物质质量的 百分比（%）
第一章 §4 泥炭的主 要 组成及性质
3．泥炭的比重（密度）和容重 泥炭干燥时重量轻，比重、容重都较小，这是区别 于其它固体可燃矿产的典型物理性质。泥炭比重大 小受到矿物质含量和分解度的影响。 泥炭在自然状态下的容重称湿容重，一股为1.00～ 1.30g／cm2；烘干或风干后的容重称干容重，一般为 0.2～0.58g／cm2。
主要由乔木和灌木植物的枝干根系果叶等经过泥炭化作用形成木质素含量多分解缓慢灰分含量比草本植物低含水量少红褐色弹性差我国少有此类?3藓类泥炭
第一章 煤的生成过程及一般特征
第一章：煤的生成过程及一般特征首先提出一个问题，煤是由什么生成的？？人类在近二、三百年来，在对煤的开采和应用过程中，逐步认识到煤是由古植物演变而来。
依据：1、煤层中发现大量古植物化石和炭化了的树干，2、煤层底板的粘土类岩石中找到了植物根部的痕迹。
3、由煤磨成的薄片在显微镜下观察，可以看到植物细胞的残迹以及孢子、花粉、树脂、角质等植物残体。
也就是说，在一定的地质年代中，繁茂生长的古植物死亡后，没入水中，经一系列生化作用后，然后被地层覆盖，再经长期复杂的地质化学作用，最后形成了煤。
煤虽由古植物演变而来，但无论是性质、组成，还是结构都与古植物有了天壤之别，尽管如此，煤毕竟是由植物演变而来，无论是煤的性质、组成、还是结构都与成煤的原始物料以及成煤过程有着千丝万缕的联系。
因此，在研究煤的性质、组成和结构之前，了解成煤的原始物质和成煤过程。
第一节原始成煤植物人类赖以生存的地球形成已约60亿年。
地球形成初期，世界上不存在任何生物。
大约在太古代（约46亿年前）才开始出现生物，我们把地球上出现生物到人类出现之前，这一时期所生存的植物叫做古植物，在漫长的地质历史时期中，植物经历了长期的演变过程，从简单到复杂，从低级到高级，最后演变称当今世界的丰富多彩的植物。
在地质史上的某些时期内，曾经生成过大量的古植物，他们为煤的形成准备了原始物料。
一、几个地质学中的概念。
1、地质年代（生成地层的年代）地质学中时间的概念。
它反应了地壳发展和演变的时间表。
它包括两个内容：相对地质年代（按地层生成顺序确定）距现代的时间（利用同位素衰变规律确定）例如，石炭纪（相对地质年代），距今3.09亿年（距现代的时间）。
2、年代地层不同的地质年代时期形成了不同的地层，每一地质年代所形成的地层，称为相应的年代地层。
例如，石炭纪形成的地层叫石炭系地层。
3、地质年代与年代地层的单位地质年代按时间间隔的长短，划分为五级时间单位，按从大到小的顺序分别是宙、代、纪、世、期，（常用的为代、纪、世）年代地层单位也划分五级，由大到小为：宇、界、系、统、阶（常用界、系、统）地质年代单位与年代地层单位一一对应即地质年代：宙代纪世期时年代地层：宇界系统组段二、古植物的分类1、分类古植物的分类与现代植物分类一样，由大到小依次按：门、纲、目、科、属、种划分，门是最大单位，种是最小单位。
煤的形成-1
子植物和被子植物 。进化论认为，高等植物由低等
植物长期进化而来，构造复杂，有根、茎、叶的区 别。 地史上植物演化年代见图2-1。
低等植物——海带
低等植物——地衣
高等植物——蕨类植物
高等植物——松树
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我国主要聚煤期
我国主要聚生代
侏罗记
石炭记、二迭记
4 煤炭的成因类型
1.3 植物经泥炭化作用成为泥炭，在两方面发生巨大变化：
（1）组织器官（如皮、叶、茎、根等）基本消失，细胞 结构遭到不同程度的破坏，变成颗粒细小、含水量极大、 呈胶泥状的膏状体－－泥炭； （2）组成成分发生了很大的变化，如植物中大量存在的 纤维素和木质素在泥炭中显著减少，蛋白质消失，而植 物中不存在的腐植酸却大量增加，并成为泥炭的最主要 的成分之一，通常达到40%以上。
煤炭的生成，必须有气候、生物、地理、地 质等条件的相互配合，才能生成具有工业利用价 值的煤炭矿藏。这些条件包括： （1） 大量植物的持续繁殖 (生物、气候的影响) （2）植物遗体不能完全腐烂－－适合的堆积场 所 (沼泽、湖泊等) （3）地质作用的配合（地壳的沉降运动－－形 成上覆岩层和顶底板－－多煤层）
5 腐殖煤的类型
（1）泥炭：含有大量未分解的植物残体，有时可用肉 眼看出。 （2）褐煤：无光泽。 （3）烟煤：燃烧时火焰长而多烟，多数能结焦，它是 自然界最重要和分布最广的煤种。 （4）无烟煤：具有金属光泽，是腐殖煤类中煤化程度 最高的一种煤，燃烧时无烟，火焰较短，不结焦。
泥炭
褐煤
烟煤
无烟煤
第二节 成煤的条件和环境
2.3 变质作用的因素：
影响煤变质的因素主要有温度、压力和时间。 2.3.1 温度的影响 促成煤变质作用的主要因素是温度。温度过低 （<50～60℃），褐煤的变质就不明显了，如莫斯科 煤田早石炭世煤至今已有3亿年以上，但仍处于褐煤 阶段。通常认为，煤化程度是煤受热温度和持续时间 的函数。温度越高，变质作用的速度越快。因为变质 作用的实质是煤分子的化学变化，温度高促进了化学 反应速度的提高。
第一章 火电厂燃料知识
第一章燃料的有关知识一、煤炭的生成煤炭是古代的有机物（主要是植物）的遗体，经过生物及化学的变质作用而形成的。
大体可分为两个阶段，第一阶段是泥炭化阶段，即由植物转变成泥炭阶段。
当植物枯死之后，堆积在充满水的沼泽中，开始时由于水的存在氧气不足，后来在水面下隔绝空气，在细菌的作用下，直到植物的各部分不断分解，相互作用，最后植物的遗体变成了褐色或黑褐色的淤泥物质，这就是泥炭。
这个过程，叫做泥炭化过程。
这个阶段需要漫长的地质历史时期，需要进行千百万年。
第二阶段，由泥炭转变成褐煤，褐煤转变成烟煤，烟煤再转变成无烟煤阶段。
当泥炭层形成后。
有水经常冲刷大陆的低洼地方，带来了大量的泥砂、石，在泥潭层逐渐形成岩层（称为顶板）。
被埋在顶板下的泥炭层在顶板岩石层的压力作用下，发生了压紧、失水、胶体老化、硬结等一系列变化，同时它的化学组成也发生了缓慢的变化，逐步变成比重较大，较致密的黑褐色的褐煤。
当顶板逐渐加厚，顶板的静压力逐渐增高，煤层中温度也逐渐升高后，煤质便发生变化，逐渐由成岩作用变成了以温度影响为主的变质作用。
这样褐煤逐渐变成了烟煤、无烟煤。
如果有更高的温度，最终可能变成石墨。
形成煤必须具备四个先决条件：（1）植物条件。
（2）气候条件。
（3）地理条件。
（4）地壳运动条件。
二、做为火力发电厂的燃料的煤的一些有关知识。
燃料是指在燃烧过程中能够发出热量的物质（除核燃料），作为燃料应具备两个条件：1、可燃。
2、燃烧时可放出的热量在经济上是可算的。
三、电厂燃煤的利用原则：1、尽量不用其它工业部门所必需的优质煤，并通过经济技术比较尽量利用当地或就近的劣质燃料，以保证国家的燃料资源得到充分、合理利用。
2、尽量利用当地或就近的劣质燃料，以减轻运输负担。
四、煤的物理性质1、粒度和颗粒组成：煤的颗粒一般具有几个方向的线尺寸，所谓粒度是指煤颗粒的最大线尺寸。
2、含水率（湿度）：煤里所含水分有表面水分（也叫外在水分），和固有水分（也称内在水分），两部分组成。
第一章 煤的外表特征和生成
2.1 泥炭化作用
泥炭化作用的概念：高等植物死亡后，在生物化学作用下， 变成泥炭的过程称为泥炭化作用。 在这一阶段，植物首先在微生物作用下，分解和水解为分 子量较小的性质活泼的化合物，然后小分子化合物之间相互作 用，进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质 等。植物经泥炭化作用成为泥炭，在两方面发生巨大变化： （1）组织器官（如皮、叶、茎、根等）基本消失，细胞结构遭 到不同程度的破坏，变成颗粒细小、含水量极大、呈胶泥状的 膏状体－－泥炭； （2）组成成分发生了很大的变化，如植物中大量存在的纤维素 和木质素在泥炭中显著减少，蛋白质消失，而植物中不存在的 腐植酸却大量增加，并成为泥炭的最主要的成分之一，通常达 到40%以上。
2.2 煤化作用
煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。
2.1 成岩作用 泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下降速度 较大时，泥炭将被泥沙等沉积物覆盖。在上覆沉积物的压 力作用下，泥炭发生了压紧、失水、胶体老化、固结等一 系列变化，微生物的作用逐渐消失，取而代之的是缓慢的 物理化学作用。这样，泥炭逐渐变成了较为致密的岩石状 的褐煤。
2.3 变质作用
当褐煤层继续沉降到地壳较深处时，上覆岩层压力 不断增大，地温不断增高，褐煤中的物理化学作用速度 加快，煤的分子结构和组成产生了较大的变化。碳含量 明显增加，氧含量迅速减少，腐植酸也迅速减少并很快 消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。随着煤层沉降深度的加 大，压力和温度提高，煤的分子结构继续变化，煤的性 质也发生不断的变化，最终变成无烟煤。
变质作用的因素：
促成煤变质作用的主要因素是温度。温度过低 （<50～60℃），褐煤的变质就不明显了，如莫斯科 煤田早石炭世煤至今已有3亿年以上，但仍处于褐煤 阶段。通常认为，煤化程度是煤受热温度和持续时间 的函数。温度越高，变质作用的速度越快。因为变质 作用的实质是煤分子的化学变化，温度高促进了化学 反应速度的提高。
煤化学第1章-煤的种类、特征与生成
1煤的种类、特征与生成（多媒体课件教案）教学目标：掌握煤在泥炭化阶段、变质阶段的煤质变化原理，了解各种煤炭的基本特征，了解主要成煤期与重要煤田。
教学内容：（1）煤的种类和特征（2）腐植煤的主要特征与一般特性（3）煤的生成定义——煤是由远古植物残骸没入水中经过生物化学作用，然后被地层覆盖并经过物理化学与化学作用而形成的有机生物岩。
关键词植物残骸——物质来源生化、物化、化学作用——进程变化有机生物岩——产物属性有机——化学属性生物岩——矿物属性1.1 煤的种类和特征高等植物——腐殖煤（含植物变化很小的组分形成的残殖煤，如树皮残殖煤、孢子残殖煤）低等植物（少量浮游生物）——腐泥煤（藻煤——由藻类形成，胶泥煤——彻底分解的基质）腐殖煤和腐泥煤的混合体——腐殖腐泥（烛煤——性同蜡烛，点火即燃，煤精——结构细腻，质轻而有韧性，能雕琢工艺美术品）表1 腐殖煤与腐泥煤的主要特征1.2 腐殖煤的主要特征和一般特性腐殖煤是自然界分布最广，蕴藏量最多的煤，它是近代煤炭综合利用的主要物质基础，也是煤化学的重点研究对象。
根据煤化度的不同，腐殖煤可分为四大类：泥炭褐煤烟煤无烟煤煤化度依次升高1.2.1泥炭严格地讲，泥炭并不是煤，而是植物向煤转变的过渡产物。
外观棕褐色或黑褐色。
富含未分解的植物组织，如根、茎.、叶等残留物。
原始泥炭含水量高达85%~95%。
风干后，水分可降至25%~35%。
按物理化学的观点，泥炭是一个以水为分散介质的胶体体系。
其胶体性质表现为：（1）能将大量的水吸入微孔结构，而本身并不膨胀；（2）含腐植酸，具有酸性，并有较强的吸附能力。
泥炭的有机质主要包括:(1)腐殖酸。
它是泥炭最主要约有机成分，是一种由高分子轻基梭酸组成的复杂混合物，可溶于碱溶液而呈棕红至棕黑色，当调节溶液的pH值至酸性时，则有棕色絮状沉淀析出。
(2)沥青质。
它指可用苯、甲醇等有机溶剂抽提出的有机物，部分由树脂和树蜡转化而成，部分由植物组分的还原产物通过合成反应生成。
chap2-1煤的的形成
的原始组分，如细胞结构、年轮、角质层等。
4. 实验室条件下人造煤的生成。
第一节 成煤物质
1、煤是由植物形成的 煤是由植物遗体经过生物化学作用和物理化学作 用演变而成的沉积有机岩。 1.1 植物的演化及种类 一般认为，植物是由低级向高级逐步演化的，植物 界传统是划分为五大类：藻菌植物、裸蕨植物、蕨类 和种子植物、裸子植物和被子植物，将第一种称为低 等植物，后面称为高等植物。前三种又称为孢子植物， 就是植物用孢子繁殖。而种子植物则能产生种子，用 种子繁殖。低等植物与高等植物的组成差别较大，且 对成煤的性质有较大影响。
第二节 成煤环境
煤是由堆积在沼泽中的植物遗体转变而成的， 植物遗体堆积并转变为泥炭，是需要一定的条件的。 煤炭的生成，必须有气候、生物、地理、地质 等条件的相互配合，才能生成具有工业利用价值的 煤炭矿藏。这些条件包括： （1） 大量植物的持续繁殖(生物、气候的影响) （2）植物遗体不能全部氧化，能保存下来转变为 泥炭－－适合的堆积场所(沼泽、湖泊等) （3）地质作用的配合（地壳的沉降运动－－形成 上覆岩层和顶底板－－多煤层）
（二）泥炭沼泽的演化
（二）泥炭沼泽的演化
（二）泥炭沼泽的演化
（二）泥炭沼泽的演化
（二）泥炭沼泽的演化
第二节
二、泥炭沼泽的类型
成煤环境
沼泽
1、按水分补给来源分 （1）低位泥炭沼泽（2）高位泥炭沼泽 （3）中位泥炭沼泽 2、按距离海岸的远近分 （1）近海泥炭沼泽 滨海泥炭沼泽，三角洲平原泥炭沼泽，红树林泥炭 （2）内陆泥炭沼泽 3、按植物群落分 （1）草本泥炭沼泽 （2）木本泥炭沼泽 4、按水介质的含盐度分 （1）淡水沼 低等植物主要有蛋白质和碳水化合物组成， 脂肪含量高； 高等植物主要有纤维素、半纤维素和木质 素组成。 成煤的原始物质不同，煤炭在性质和用途 上也不同。