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，且種類繁多的其他元素，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。
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機(jī)碳，主要來自碳酸鹽類礦物，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)的無煙煤，碳含量為88.98％。個(gè)別煤化度更高的無煙煤，其碳含量多在90％以上，如北京、四望峰等地的無煙煤，碳含量高達(dá)95～98％。因此，整個(gè)成煤過程，也可以說是增碳過程。
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。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)無煙煤碳含量在92％以上時(shí)，其氧含量都降至5%以下?！?/span>
四、煤中的氮
煤中的氮含量比較少，一般約為0.5～3.0％。氮是煤中的以有機(jī)狀態(tài)存在的元素。煤中有機(jī)氯化物被認(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有明顯的關(guān)系，無論是變質(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)硫和無機(jī)硫兩大類。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)硫主要來自成煤植物中的蛋白質(zhì)和微生物的蛋白質(zhì)。煤中無機(jī)硫主要來自礦物質(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。 |
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