纯碱与煤的关系

碳"与"炭"这两个词,在有关食品和药品的文

章中经常出现,如碳水化合物,活性炭等."碳"与"炭"

有时混用,意思表达不清,有时导致误解.本文就两者

的关系和区别作一简介.

"碳"是化学元素C的中文名称,左旁"石"字表

明碳是一种非金属元素,碳代表原子序数为6的一类原

子.由碳元素组成的单质有非晶态碳,石墨,金刚石等

同素异形体而由碳元素组成的化合物则为数极多,最

简单的如一氧化碳,二氧化碳等无机化合物,而有机化

合物则都含碳元素.所以,"碳"是一个与化学的"元

素"密切相关的概念,是20世纪初西方近代化学传入

我国创造出来并流行的.

"炭"是概括的工业性名词,我国用炭这个字已有

两千多年的历史,如木炭,煤炭和焦炭等.炭是化学成

分不纯,随着原料及制备工艺和条件不同而形成的无恒

定组成及性质的含碳物质.木炭随所用木料及烧制工艺

和条件的不同,其化学组成和性质也不同.煤炭有不同

种类,其成分及性质也有所不同.焦炭由于配煤及工艺

的不同,所含杂质和性质也经常变化.

与化学元素有关的名词均用"碳".例如:碳水化

合物,碳酸ffF酶,碳源,碳酸盐,碳化,渗碳,脱碳,

碳素钢,碳链,碳环,碳化物,二十碳酸,二十碳五烯

酸等."炭"则都是物质的名称,而所指的物质是混合

物.除上述木炭等外,还可举出骨炭,血炭,动物炭,

木质炭,活性炭,炭黑,炭砖,炭精电极,炭精棒等.

以上虽然就"碳"和"炭"两个词的关系和区别进

行了基本说明,但事物是复杂的,有时在区分上可能存

在不同的认识.在此情况下,就宜以全国科学技术名词

审定委员会公布的名词为准.

煤是树木在地下经过很多年缓慢的化学反应形成的，碳也是由木材形成的，但比煤的时间要短的多，一般是用火烧成的

在燃煤中加入碳酸钙，可减少酸雨的形成，是,对的。

煤炭中都是含有硫的。加入适量碳酸钙，煤炭在燃烧过程中产生的二氧化硫可以和碳酸钙反应形成硫酸钙，从而减少二氧化硫的排放量。

但这种方法脱硫并不完全，只能用于小的取暖炉子。最好的脱硫方法还是湿法脱硫，采用石灰乳或者氢氧化镁，对燃烧后的废气进行脱硫，几乎可以将废气中的二氧化硫完全脱除干净。

煤的组成以有机质为主体，构成有机高分子的主要是碳、氢、氧、氮等元素。煤中存在的元素有数十种之多，但通常所指的煤的元素组成主要是五种元素、即碳、氢、氧、氮和硫。在煤中含量很少，种类繁多的其他元素，一般不作为煤的元素组成，而只当作煤中伴生元素或微量元素。 一、煤中的碳 一般认为，煤是由带脂肪侧链的大芳环和稠环所组成的。这些稠环的骨架是由碳元素构成的。因此，碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。同时，煤中还存在着少量的无机碳，主要来自碳酸盐类矿物，如石灰岩和方解石等。碳含量随煤化度的升高而增加。在我国泥炭中干燥无灰基碳含量为55～62％；成为褐煤以后碳含量就增加到60～76.5％；烟煤的碳含量为77～92.7％；一直到高变质的无烟煤，碳含量为88.98％。个别煤化度更高的无烟煤，其碳含量多在90％以上，如北京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95～98％。因此，整个成煤过程，也可以说是增碳过程。 二、煤中的氢 氢是煤中第二个重要的组成元素。除有机氢外，在煤的矿物质中也含有少量的无机氢。它主要存在于矿物质的结晶水中，如高岭土(Al203·2Si02·2H2O)、石膏(CaS04·2H20 )等都含有结晶水。在煤的整个变质过程中，随着煤化度的加深，氢含量逐渐减少，煤化度低的煤，氢含量大；煤化度高的煤，氢含量小。总的规律是氢含量随碳含量的增加而降低。尤其在无烟煤阶段就尤为明显。当碳含量由92%增至98％时，氢含量则由2.1%降到1%以下。通常是碳含量在80～86％之间时，氢含量最高。即在烟煤的气煤、气肥煤段，氢含量能高达6.5％。在碳含量为65～80％的褐煤和长焰煤段，氢含量多数小于6％。但变化趋势仍是随着碳含量的增大而氢含量减小。 三、煤中的氧 氧是煤中第三个重要的组成元素。它以有机和无机两种状态存在。有机氧主要存在于含氧官能团，如羧基(--COOH)，羟基(--OH)和甲氧基（--OCH3)等中；无机氧主要存在于煤中水分、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氧化物中等。煤中有机氧随煤化度的加深而减少，甚至趋于消失。褐煤在干燥无灰基碳含量小于70％时，其氧含量可高达20％以上。烟煤碳含量在85％附近时，氧含量几乎都小于10％。当无烟煤碳含量在92％以上时，其氧含量都降至5%以下。 四、煤中的氮 煤中的氮含量比较少，一般约为0.5～3.0％。氮是煤中唯一的完全以有机状态存在的元素。煤中有机氯化物被认为是比较稳定的杂环和复杂的非环结构的化合物，其原生物可能是动、植物脂肪。植物中的植物碱、叶绿素和其他组织的环状结构中都含有氮，而且相当稳定，在煤化过程中不发生变化，成为煤中保留的氮化物。以蛋白质形态存在的氮，仅在泥炭和褐煤中发现，在烟煤很少，几乎没有发现。煤中氮含量随煤的变质程度的加深而减少。它与氢含量的关系是，随氢含量的增高而增大。 五、煤中的硫 煤中的硫分是有害杂质，它能使钢铁热脆、设备腐蚀、燃烧时生成的二氧化硫(SO2)污染大气，危害动、植物生长及人类健康。所以，硫分含量是评价煤质的重要指标之一。煤中含硫量的多少，似与煤化度的深浅没有明显的关系，无论是变质程度高的煤或变质程度低的煤，都存在着有机硫或多或少的煤。 煤中硫分的多少与成煤时的古地理环境有密切的关系。在内陆环境或滨海三角训平原环境下形成的和在海陆相交替沉积的煤层或浅海相沉积的煤层，煤中的硫含量就比较高，且大部分为有机硫。 根据煤中硫的赋存形态，一般分为有机硫和无机硫两大类。各种形态的硫分的总和称为全硫分。所谓有机硫，是指与煤的有机结构相结合的硫。有机硫主要来自成煤植物中的蛋白质和微生物的蛋白质。煤中无机硫主要来自矿物质中各种含硫化合物，一般又分为硫化物硫和硫酸盐硫两种，有时也有微量的单质硫。硫化物硫主要以黄铁矿为主，其次为白铁矿、磁铁矿((Fe3O4)、闪锌矿(ZnS)、方铅矿(PbS)等。硫酸盐硫主要以石膏(CaSO4·2H20)为主，也有少量的绿矾 (FeSO4·7H 20 )等。

碳,原子序数6,原子量12.011。元素名来源拉丁文，愿意是“炭”。碳是自然界中分布很广的元素之一，在地壳中的含量约0.027%。碳的存在形式是多种多样的，有晶态单质碳如金刚石、石墨；有无定形碳如煤；有复杂的有机化合物如动植物等；碳酸盐如大理石等。

单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构。高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨晶体结构不同，各有各的外观、密度、熔点等。

常温下单质碳的化学性质比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；不同高温下与氧反应，生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中只有氟能与单质碳直接反应；在加热下，单质碳较易被酸氧化；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。

煤是最主要的固体燃料，是可燃性有机岩的一种。它是由一定地质年代生长的繁茂植物，在适宜的地质环境中，逐渐堆积成厚层，并埋没在水底或泥沙中，经过漫长地质年代的天然煤化作用而形成的。在世界上各地质时期中，以石炭纪、二叠纪、侏罗纪和第三纪的地层中产煤最多，是重要的成煤时代。煤的含碳量一般为46～97%，呈褐色至黑色，具有暗淡至金属光泽。根据煤化程度的不同，煤可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四类。

向煤中加入碳酸钙不能减少燃烧产物二氧化碳量，而是会增加二氧化碳量，减少二氧化硫的量。

亚硫酸是比碳酸更强的酸，因此碳酸钙会和亚硫酸反应，形成亚硫酸钙。碳酸的酸酐是二氧化碳，亚硫酸的酸酐是二氧化硫。在煤炭燃烧过程中，同时产生二氧化碳和二氧化硫，因此，二氧化硫会和碳酸钙反应，形成亚硫酸钙，进而被氧化成硫酸钙。从而减少二氧化硫的排放。

因为碳酸钙和二氧化硫反应，产生二氧化碳，因此向煤中加入碳酸钙不能减少燃烧产物二氧化碳量，而是会增加二氧化碳量，但减少了二氧化硫的排放量。

构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等，此外，还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。碳、氢、氧是煤炭有机质的主体，占95％以上；煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的元素，氧是助燃元素。煤炭燃烧时，氮不产生热量，在高温下转变成氮氧化合物和氨，以游离状态析出。硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分，其中以硫最为重要。煤碳燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫（SO2），随烟气排放，污染大气，危害动、植物生长及人类健康，腐蚀金属设备；当含硫多的煤用于冶金炼焦时，还影响焦炭和钢铁的质量。所以，“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。

煤中的有机质在一定温度和条件下，受热分解后产生的可燃性气体，被称为“挥发分”，它是由各种碳氢化合物、氢气、一氧化碳等化合物组成的混合气体。挥发分也是主要的煤质指标，在确定煤炭的加工利用途径和工艺条件时，挥发分有重要的参考作用。煤化程度低的煤，挥发分较多。如果燃烧条件不适当，挥发分高的煤燃烧时易产生未燃尽的碳粒，俗称“黑烟”；并产生更多的一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物，热效率降低。因此，要根据煤的挥发分选择适当的燃烧条件和设备。

煤中的无机物质含量很少，主要有水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值。矿物质是煤炭的主要杂质，如硫化物、硫酸盐、碳酸盐等，其中大部分属于有害成分。

“水分”对煤炭的加工利用有很大影响。水分在燃烧时变成蒸汽要吸热，因而降低了煤的发热量。煤炭中的水分可分为外在水分和内在水分，一般以内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低，煤的内部表面积越大,水分含量越高。

“灰分”是煤碳完全燃烧后剩下的固体残渣，是重要的煤质指标。灰分主要来自煤炭中不可燃烧的矿物质。矿物质燃烧灰化时要吸收热量，大量排渣要带走热量，因而灰分越高，煤炭燃烧的热效率越低；灰分越多，煤炭燃烧产生的灰渣越多，排放的飞灰也越多。一般，优质煤和洗精煤的灰分含量相对较低。