[科普中國]-天然焦

簡介

由于巖漿侵入與煤層接觸或接近煤層﹐或由于煤層的地下自燃﹐使煤層干餾而形成的焦炭。因與人工焦炭相似而得名。賦存于巖墻﹑巖床﹑巖株等侵入體的兩側(cè)或一側(cè)﹐厚度一般為幾厘米至幾米。受熱溫度越高變化程度越深﹐天然焦的厚度也加大。受熱溫度隨侵入體大小﹑產(chǎn)狀﹑距離﹑性質(zhì)﹑成分以及圍巖的特性而異。天然焦的特性與煤的煤化程度和煤巖組成相關(guān)。

特性物理特征天然焦的外觀有的與焦炭相似，呈銀灰色。由于天然焦是在地層的密閉狀態(tài)下受高壓并經(jīng)干餾作用而生成的，因此有氣體和水封存在內(nèi)部，具有多孔狀致密結(jié)構(gòu)，略帶金屬光澤，呈塊狀，視比重在1.45-2.06之間，比重在1,60-2,28之間，孔隙率為4.9%-13%，堅固性系數(shù)(f)為1. 70-2.80，普氏硬度為1.6，可磨性指數(shù)(HGI)為38%-55%。2

熱爆性由于天然焦是在密閉狀態(tài)下受壓干餾，有氣體和水分封存在天然焦內(nèi)，因而燃燒時具有熱爆性。熱爆特征可分為四類:①極爆焦即塊狀焦，銀灰、鋼灰或淺灰色，微具金屬光澤，視比重大，塊狀、致密，燃燒時極易爆裂成碎塊，并發(fā)出劈叭聲;②礫狀焦，鋼灰色，具半金屬光澤，焦塊角礫狀，顏色較深，成分與角礫相同，角礫一般1 - 3cm，燃燒爆裂程度與極爆焦相似:③柱狀焦，灰、深灰或鋼灰色，橫截面呈六邊形，似六方柱狀，柱分節(jié)，燃燒易爆，稱易爆焦;④砂狀焦(鱺狀焦)，灰一黑灰色.光澤暗淡，機械強度低，細粒狀或魚而粒狀，顆粒比較均一，表面有粗糙感、染手、斷口為腎狀，裂隙發(fā)育，燃燒時間可見少量煤煙，微爆裂稱微爆焦。

顯微結(jié)構(gòu)天然焦在顯微鏡下，可以觀察到大量的長形、橢圓形及不規(guī)則的大小氣孔，其顯微組分在顯微鏡下已不能識別。經(jīng)磨光后的天然焦表面，因強烈的反射而呈現(xiàn)為白色的基底和分布在白色基底上的無數(shù)大小氣孔，后者因光線被吸收而顯黑色。

化學(xué)工藝特性天然焦的反應(yīng)性即天然焦的活性，是指在一定的高溫條件下，天然焦與二氧化碳、水蒸氣或氧氣相互作用的反應(yīng)能力 天然焦很難風(fēng)化，采出后的天然焦經(jīng)過數(shù)十年的存放，其性質(zhì)幾乎無變化。天然焦一經(jīng)風(fēng)化也和謀一樣，水分增多，揮發(fā)分加大，燃料比降低，而且還可能生成腐植酸.總之，由于天然焦具有不易風(fēng)化的特點，可以長期貯存而不易降低質(zhì)量。由于巖漿侵入情況的不同，天然焦性質(zhì)也因地而異.一般的說，天然焦是不均質(zhì)的。但當(dāng)煤層中或煤層附近有大于煤層厚度的巖漿巖時，煤層在相當(dāng)大范圍內(nèi)受到程度大致相同的干餾，也可能產(chǎn)生比較均質(zhì)的天然焦。由于一般開采時往往是混合開采，所以得到的大多是混合的非均質(zhì)的天然焦。開采時盡可能做到分類開采，以利開發(fā)利用。2

受熱反應(yīng)天然焦有獨特的顯微特征﹐如黏結(jié)性煙煤生成的天然焦﹐有3類顯微成分﹕焦化基質(zhì)。由鏡質(zhì)組﹑殼質(zhì)組等可熔組分轉(zhuǎn)變而成。當(dāng)煤受熱溫度達300～500℃時﹐氣體大量析出而形成氣孔﹐生成中間相小球體。在500℃以上時﹐小球體進一步生長融并﹐最先固化為各向異性的鑲嵌結(jié)構(gòu)﹐其結(jié)構(gòu)大小隨原始煤的煤化程度﹑煤巖組成﹑受熱溫度而異。原生成分。由惰質(zhì)組和礦物質(zhì)組成﹐受熱后變化很小﹐絲質(zhì)體和半絲質(zhì)體變得彎曲﹑破碎﹐其弱非均質(zhì)性和均質(zhì)性相對明顯﹐礦物在低溫下幾乎不變﹐500℃以上黃鐵礦變成硫化亞鐵(FeS)和三氧化二鐵(Fe2O3)。新生成分。煤在缺氧條件下受熱分解﹐部分轉(zhuǎn)化為液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)﹐運移到裂隙和空洞中固化為焦油或瀝青狀物質(zhì)﹐受熱后又可變?yōu)樾律煞?。由氣相碳質(zhì)物生成的小球體在反射正交偏光下顯黑十字﹐轉(zhuǎn)動物臺無變化﹐證明是對稱同軸結(jié)構(gòu)。瀝青物質(zhì)熱解生成的中間相小球體﹐直徑為1～10微米﹐反射正交偏光下不顯黑十字。新生的礦物主要為碳酸鹽﹐特別是方解石。

成因與種類由于巖漿的侵入，接觸變質(zhì)作用可使原來屬于低變質(zhì)的長焰煤轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶冑|(zhì)或高變質(zhì)的煤。而局部與巖漿直接接觸的部位，由于溫度很高，進一步發(fā)生高溫干餾，又可轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊唤埂?/p>

依據(jù)煤層及其附近巖漿侵入狀況的不同，天然焦性質(zhì)亦不同。主要分為兩類:一類是煤層中或煤層附近有大于煤層厚度的巖漿巖時，煤層在相當(dāng)廣闊的范圍內(nèi)受到程度大致相同的干餾，此時生成的天然焦質(zhì)均勻而有利用價值;另一類是巖漿有規(guī)則地或復(fù)雜地侵入煤層中或煤層附近的巖漿巖比煤層薄。

由于巖漿與煤層之間的距離不同，加熱程度也因地而異，在同一井田內(nèi)的同一個地點就會有天然焦、無煙煤或半無煙煤混在一起的情況，這樣天然焦很難單獨采出來，因而這一類天然焦利用價值很低。2