煤的相关历史故事
煤在我国古时有石炭、乌薪、黑金、樵石、燃石和矿炭等别名。我国是世界上煤藏量最丰富的国家之一。我国使用煤的历史悠久,为世界上任何国家所不及。早在新石器时代晚期,我们的祖先已用煤炭雕刻成圆环和动物形状的艺术品。在公元前200年左右的西汉,已用煤炭做燃料来冶铁。这比欧洲要早约1700年。有史料记载,最迟在东汉末年,煤炭已是家用燃料了。到北宋时代,陕西、山西、河南、山东、河北等省,已大量开采煤炭,作为冶铁原料和家用燃料。元朝初年,意大利人马可·波罗于1275年来到中国,看见中国人烧煤炼铁,这是他生平第一次看到煤做燃料。马可·波罗在他的游记里记载了这件新鲜事。书中写道,中国有一种黑石头,能够燃烧,着起火来象木柴一样,而且终夜不灭。当时,欧洲人读了马可·波罗的游记,都觉得十分新奇,他们哪里知道,中国人用煤做燃料,都已经有一千二三百年了,我们的祖先在世界上最早发现了煤这种燃料。
煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。
中国是世界上最早利用煤的国家。辽宁省新乐古文化遗址中,就发现有煤制工艺品,河南巩义市也发现有西汉时用煤饼炼铁的遗址。《山海经》中称煤为石涅,魏、晋时称煤为石墨或石炭。
明代李时珍的《本草纲目》首次使用煤这一名称。希腊和古罗马也是用煤较早的国家,希腊学者泰奥弗拉斯托斯在公元前约300年着有《石史》,其中记载有煤的性质和产地;古罗马大约在2000年前已开始用煤加热。
此外,煤炭中还往往含有许多放射性和稀有元素如铀、锗、镓等,这些放射性和稀有元素是半导体和原子能工业的重要原料。
我国是世界上最早利用煤的国家。据考古学家考查发现,辽宁省新乐古文化遗址中,就发现有煤制品,河南巩义市也发现有西汉时用煤饼炼铁的遗址。在我国汉代的冶铁遗址里,有冶炼时使用的各种燃料,其中就有煤饼即蜂窝煤。这一重要发现,说明在西汉时期,煤已经不仅用于工业,而且那时的人已经会把开采出来的煤制成煤饼。在史籍记载中,《山海经》中曾写道“女床之山其阴多石涅。”这里的石涅就是煤。可见煤作为一种矿物质,最迟在战国时期,就已被我国古代的劳动人民所发现和利用。据史料记载,三国时期曹操在修筑铜雀台时,在室井内储存了煤,以备打仗时燃用。后魏时期郦道元的《水经注》上,有这样一段话:“邺县西三台,中曰铜雀台,上有冰室。室有数井,藏冰及石墨。石墨可书,又燃之难尽,亦谓之石炭。”由此可见,当时的皇家贵族已经开始利用煤作为燃料。至隋代,煤在民间已经开始通用。历代王朝都把煤作为政府的专卖品,为的是增加财政收入。宋代朝廷已经设有专门卖煤的职务了。至元代,人们把“石炭”开始称为“煤炭”。明代的煤业生产在当时已经是一个大的生产行业,煤的开采与使用也已经十分广泛。明末清初,我国的煤业已经达到当时世界上最高的水平,而且已经能炼出焦炭。
在我国古代,由于缺少煤炭勘探设备及先进勘测手段,往往是一些偶然的因素,使人们意外发现煤炭资源,从而引发了当地的煤炭开采活动。有的则是人们在有意识的寻找过程中,受到偶然线索的提示,发现了煤炭的赋存。这类情况在我国地方志,以及煤矿历史记载中,甚至传闻轶事中,是不乏其例的。
在山西太原的西山矿区,古来就有关于偶然发现煤炭的传说。一是有个在山坡上放羊的孩子,一天发现有的地方石头着了火,小孩把这种可以燃烧的石头拿回家,用于取暖烧饭。这样,煤炭就逐渐被当地人认识和利用了。
还有一个传说是,有一个上山打柴的农民,在山上看见一些黑石头,与一般石头很不相同,感到很奇怪,就将一些黑石头带回家。但不小心,一块黑石头掉进了灶坑。没想到,黑石头居然能燃起火苗,而且火力比木柴还旺。这样,这里有黑石头(煤)可以用来取暖做饭的消息就传开了。
广东兴宁县的传说也很有趣。几百年前当地人并不知道这里赋存有煤炭。一次一些人在山坡上烧山草作肥料时,偶然发现黑石头也着了火,且经久不熄,热度高。这才知道黑石头可以当柴烧,由此开始利用。此外,有人在山上崩石头或挖树根时也发现了煤炭,于是沿露头挖取煤炭。
广东五华县双头地区的煤炭也不是专门勘探而发现的。据说在清咸丰五年(1855年)双头区黄塔乡万里村有个姓巫的青年,到南洋谋生。他看到南洋人烧的煤与家乡山上露出的黑色石头和土块很相似。咸丰九年(1859年)这位青年自南洋返回家乡。他为证实山上的黑石头、土块是否象在南洋见到的煤那样可以燃烧,便到楠水坑山挖了一簸箕回来。扔进火中,果然可以点燃起火。为此他心情激动,第二天便带领几个兄弟上山去挖,进而又掘洞开采。所开采的煤炭,除自家烧用外,其余的卖给集镇商户。这样,当地的煤炭资源逐渐得到了开发。
内蒙古哲里木盟霍林郭勒地区的煤炭,据说是牧民放羊时发现的。煤田地质勘探部门根据牧民提供的线索,进行正规勘探,发现一个大煤田。
内蒙古满州里一带发现煤炭,据说是见到旱獭从洞中带出的土有煤屑,故进一步调查而得到确认。据《黑龙江志稿》卷23载:“察汗敖拉(在满州里地区)煤矿在察汗敖拉卡伦东数里。该卡卡官王凯胜见旱獭由地内穿穴,所出之土含煤质,遂命卡兵采探。探至丈余见碎煤,至三丈则有煤块重叠。”当然,这个传说是否真实已很难考证了。
(1)古代煤炭产业的发展
我国是世界上最早开发和利用煤炭资源的国家。流传久远的神话传说充分说明,我国很早就已发现和利用煤炭。
1973年10月在沈阳“新乐遗址”出土的文物中,有97块煤精雕刻制品和煤块,经鉴定为抚顺煤田西部本层煤,“新乐遗址”出土文物属于新石器时代,早、中期,这说明我国抚顺煤田早在距今6800—7200年以前就被发现和利用了。1938年有抚顺还发现过一处距今2000多年前汉代居民点遗址燃煤的遗迹。
从汉代开始,煤炭已经用于冶铁过程中。西汉时期,开始采煤炼铁东汉末年三国时期,煤炭的开采和使用得到了进一步发展。
晋代以及南北朝时期,江西高安、新疆库车和山西大同等地区煤炭开发比较突出。
隋文帝初年,煤炭就成了宫廷中的重要燃料。唐元和四年(公元809年),炼丹家清虚子发明了黑火药,使采矿业进入了爆破开采的时代。从唐代开始,我国煤炭开发利用的知识逐渐传播到国外,在一些外国著作中,记述了中国人民利用煤炭的情况,成为中外友好交往的象征。
宋代的煤炭开发利用以现今河南、河北、陕西、山东等地最为突出。在宋代,我国人民就已经利用焦炭,炼焦技术已臻成熟。
元代,在全国统一之后,以蒙古贵族为首的统治集团为了巩固统治,大力发展生产,注重矿业。特别是都城大都(今北京)的西山地区,采煤业发展较为普遍,成为最大的煤炭生产基地。
明代,我国煤炭开发利用得到了比较明显的发展。当时煤炭业不仅在河南、河北、山东、山西、陕西等地有了普遍进步,且在江西、安徽、四川、云南等地也不同程度地得到了发展。
清代的采煤业,在明代的基础上,得到了进一步发展。从清初到道光,历代统治者对煤炭生产都是比较重视,并对煤炭开发采取扶植措施。由于各级官府对煤炭开发比较重视,加上社会的迫切需要和各地人民的辛勤劳动,从而使清代采煤业有了普遍的发展,尤其是在乾隆年间(公元1736~1795年),出现了我国古代煤炭开发史上的又一个高潮。
(2)近代煤炭产业的发展
中国正式建成的第一个近代煤矿是台湾基隆煤矿。至1895年为止,各地开办了十几个规模较小的近代煤矿,使中国的采煤业进入了一个新的历史时期,此为中国近代煤矿发展的第一阶段。
1895~1936年,在外资和民族资本家争相投资中国煤矿的情况下,又出现一批新式合资煤矿企业。1929年国民党政府建设委员会开办淮南煤矿同年,成立山西晋北矿务局,开采大同煤矿至1936年,全国年产5万t以上的新式煤矿61个,全国原煤产量3900万t,平均效率为每工0.3t。
这一时期的基本特点是:①各帝国主义相继攫取中国矿权,以单独经营或同中国合资经营的方式,控制了中国主要煤矿。这期间外国人投资的煤矿32个,投资额占中国煤矿总投资额的51.78%。1933年全国煤产量属于有外资的产额占61.3%。②中国民族资本在资金不足,技术力量薄弱的条件下,开办了一批煤矿,其效率较低,成本较高,经受不住外煤倾销的打击,往往亏损。③生产环节的机械配置极不合理,矿井提升、通风、排水用新式机器,而回采工作面主要是手镐刨煤,巷道运输多靠人力和畜力。④煤矿企业分布极不合理,主要集中于河北、山东、辽宁、山西、河南5省。1936年这5省煤产量占全国煤产量的76.5%。
(3)抗日战争时期的煤炭产业
1937年抗日战争爆发,日本帝国主义继1931年侵占东北所有煤矿之后,又陆续侵占华北、华中煤矿。日本帝国主义在东北、华北、华中占领区进行掠夺性开采,煤矿开采有以下几个特点:①日本帝国主义为解决设备不足的困难,而又能更多、更快地掠夺中国煤炭资源,煤田开拓方式主要采用小斜井和小立井,例如东北有大小煤坑267个,其中立井8个,露天矿7个,斜井252个采煤方法绝大多数为残柱式,回收率仅20%左右。②增产主要靠增加劳动力,很少增加机械设备。③生产效率逐年下降,煤炭成本逐年提高。④缺少保安设备和措施,灾害事故严重,1942年本溪湖煤矿发生世界罕见的瓦斯煤尘爆炸事故,死亡1549人。
1937年以后,随着华北主要产煤区被日本帝国主义的侵占,国民党政府不得不把煤炭开发事业转向西南、华南和西北。从1937~1945年,国民党政府管辖区新建或扩建日产50t以上的煤矿57个,规模最大的是天府煤矿,年产30多万t,其他煤矿年产量多在2万t以下。从1938~1945年国民党政府管辖区共计产煤4562万t。
(4)解放战争时期的煤炭产业
1945年日本投降后,所侵占的煤矿大部分为国民党政府接收。这些煤矿因受日帝掠夺破坏和战争影响,多数处于停产或半停产状态。西南等地的煤矿因销路不旺,产量锐减。1946~1948年国民党政府资源委员会直辖的29个煤矿只生产原煤1252万t。
在中国解放区,民主政府先是从日帝手中接管了一批煤矿,嗣后又陆续从国民党政府手中接管了除台湾省以外的所有煤矿。这些煤矿都曾遭到严重破坏。民主政府在器材物资极端缺乏的条件下,进行艰苦的修复工作,逐步恢复生产。从1946~1949年,中国解放区约生产原煤2000万t。
(5)新中国成立后的煤炭产业
新中国在建立之初,从旧中国接收了约40个煤矿企业、200处矿井和少数几个露天煤矿,加上解放区民主政府兴办的小煤矿、公私合营煤矿和私人开办的小煤窑,1949年生产原煤32.43Mt。
在三年恢复时期(1950~1952年),全面恢复了原有煤矿的生产,对32处矿井进行了改扩建,并开工建设新井17处,设计生产能力12.51Mt/a,初步奠定了煤矿开采发展的基础。
“一五”时期(1953~1957年)开始了大规模的煤矿生产建设,重点扩建了开滦、大同、阜新、鹤岗等15个老矿区,又开发建设了平顶山、鹤壁、包头、潞安、石嘴山等10个新矿区,开工建设矿井194处,设计生产能力75.37Mt/a建成投产矿井205处,设计生产能力63.76Mt/a恢复矿井38处,设计生产能力11.34Mt/a,1957年全国原煤产量达到130.73Mt。
1958年开始的三年大跃进及这期间出现的高指标、瞎指挥等不科学的做法,导致不适当地扩大了煤矿建设规模,一些新建矿井简易投产,一些生产矿井重采轻掘,推行了不合理的采矿方法,出现严重的采掘失调。针对大跃进带来的问题,煤炭工业进行了第一次大调整。
“三五”(1966~1970年)和“四五”(1971~1975年)时期,煤炭开发战略和建设重点有重大改变。在此期间,集中建设了煤炭工业“大三线”——西南和西北煤炭生产基地,突击性开发江南煤田。在西南主要建设了六盘水(六枝、盘县、水城三个矿区的总称)和攀枝花矿区,建设矿井共28处,设计生产总能力14.11Mt/a,建成投产矿井21处,设计生产能力9.40Mt/a在西北的贺兰山基地和渭北基地。
“四五”期间,建设总规模达到42处,设计生产能力12.82Mt/a建成矿井(露天)13处,设计生产能力11.22Mt/a,满足了西南和西北用煤的需要,显著改善了煤炭开发布局。为扭转北煤南运的局面,“三五”时期对江南煤田进行了大规模的煤田地质勘探和分布范围广阔的矿区建设,到“四五”期末,建成矿井295处,设计生产能力39.36Mt/a。由于建设部署不符合江南煤田实际,尽管做出了巨大努力,但“扭转北煤南运”的原定目标仍未能实现。
针对20世纪70年代偏重挖掘生产矿井潜力,新井建设规模缩小,一些生产矿井又出现采掘失调的情况,从70年代后期起,又进行了煤炭工业第二次大调整。加大了新井建设规模,建设重点由西南、江南转向北方和东部,加强了生产矿井的开拓延深,改善了安全生产条件。
进入20世纪80年代,随着改革开放的深化,煤矿开采在质与量方面都有很大发展,新开发了10多个新矿区,新建设一批现代化的大型矿井和露天矿,大力推广采矿机械化和综合机械化,有重点地建设多层次的高产高效矿井,大力发展了地方煤矿,开办了遍布全国的乡镇煤矿,有选择地建设了重点产煤县,使煤矿开采在更大规模和高质量的基础上持续向前发展。
20世纪的最后10年,我国煤矿开采以提高经济效益为中心,应用现代高新技术与采矿技术及装备相结合,加速推进煤矿生产技术的现代化,进行了高产高效矿井(露天)建设,并建成129处高产高效煤矿(井工123处,露天6处),少数矿井达到了世界最先进的水平,获得了巨大的经济效益和社会效益,也开拓出了我国煤矿开采21世纪发展的新道路。[1]
进入21世纪以来,我国煤炭行业发展迅速,掀起了煤矿开发及开采的新高潮。据国家统计局发布的《2012年国民经济和社会发展统计公报》指出,2012年我国原煤产量已达36.5亿t。图1-1为近六年来我国原煤产量及增长情况。
图1-1 近六年来原煤产量及增长比例
煤为不可再生的资源。煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿产,一种固体可燃有机岩,主要由植物遗体经生物化学作用,埋藏后再经地质作用转变而成。俗称煤炭。中国是世界上最早利用煤的国家。辽宁省新乐古文化遗址中,就发现有煤制工艺品 ,河南巩义市也发现有西汉时用煤饼炼铁的遗址。《山海经》中称煤为石涅,魏、晋时称煤为石墨或石炭。明代李时珍的《本草纲目》首次使用煤这一名称。希腊和古罗马也是用煤较早的国家,希腊学者泰奥弗拉斯托斯在公元前约300年著有 《石史》 ,其中记载有煤的性质和产地;古罗马大约在2000年前已开始用煤加热。 煤炭是一种可以用作燃料或工业原料的矿物。它是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质,由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物。煤也是获得有机化合物的源泉。通过煤焦油的分馏可以获得各种芳香烃;通过煤的直接或间接液化,可以获得燃料油及多种化工原料。 煤作为一种燃料,早在800年前就已经开始。煤被广泛用作工业生产的燃料,是从18世纪末的产业革命开始的。随着蒸汽机的发明和使用,煤被广泛地用作工业生产的燃料,给社会带来了前所未有的巨大生产力,推动了工业的向前发展,随之发展起煤炭、钢铁、化工、采矿、冶金等工业。煤炭热量高,标准煤的发热量为 7000大卡/千克。而且煤炭在地球上的储量丰富,分布广泛,一般也比较容易开采,因而被广泛用作各种工业生产中的燃料。煤炭除了作为燃料以取得热量和动能以外,更为重要的是从中制取冶金用的焦炭和制取人造石油,即煤的低温干馏的液体产品——煤焦油。经过化学加工,从煤炭中能制造出成千上万种化学产品,所以它又是一种非常重要的化工原料,如我国相当多的中、小氮肥厂都以煤炭作原料生产化肥。我国的煤炭广泛用来作为多种工业的原料。大型煤炭工业基地的建设,对我国综合工业基地和经济区域的形成和发展起着很大的作用。 此外,煤炭中还往往含有许多放射性和稀有元素如铀、锗、镓等,这些放射性和稀有元素是半导体和原子能工业的重要原料。 煤炭对于现代化工业来说,无论是重工业,还是轻工业;无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业,还是轻纺工业、食品工业、交通运输业,都发挥着重要的作用,各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭,因此有人称煤炭是工业的“真正的粮食”。 我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一,不仅储量大,分布广,而且种类齐全,煤质优良,为我国工业现代化提供了极为有利的条件。
煤炭是远古植物形成,这一点并没什么疑问,因为在各个地质年代的煤炭层中发现了大量的植物化石,比如我国的华北以及西北与东北地区的早白垩纪煤层中,发现了大量的松柏类植物花化石,另外在大别山、秦岭以及昆仑山以北的煤层中真蕨类与银杏纲植物居多,另有大量的苏铁纲、楔叶纲等中侏罗纪时代的植物!而准噶尔盆地的煤矿也是中侏罗纪时代,与秦岭与昆仑山一带的蕨类植物化石等有相当的雷同!
一、煤炭是怎么形成的?
煤炭一般有高等植物形成的腐殖煤和低等植物的腐泥煤,当然还有两类混合煤与残殖煤等几种,其中腐殖煤的比例是最多的,现有蕴藏量比例超过95%!我们就简单说说腐殖煤的形成!
远古时期的高等植物死亡后,如果堆积在空气不足的沼泽中,将会产生不完全氧化作用,随着不断堆积将完全隔绝空气,随着本身的厌氧细菌的分解,植物开始脱水、去羧基(-COOH),释放出二氧化碳、甲烷等气体以及排出多余水分,使残骸的碳含量相对增高,氢氧成分减少,成为一种凝胶状物,就是俗称的泥煤!
如果此时再次沉积或者因地质运动下沉,这些泥煤会被堆积层压实、失水以及老化硬结形成含碳量高,氢氧含量比较低的褐煤!如果此时沉降更深受到几千甚至几万个大气压,在200℃的高温作用下形成烟煤和无烟煤!
二、石油的形成
从现代石油成因理论来说,一般都普遍支持有机成因,当然也有部分理论支持无机成因,我们来简单了解下两者的差异!
一、有机成因
沉积的生物有机质在生物化学的作用下形成石油的早期中间物质-干酪根,随着地质运动,埋藏加深,干酪根逐步发生催化裂解和热裂解形成原石油!再经过地质作用最终形成具开采意义的油藏!
从有机成因来说,我们的石油将会越来越少!毕竟大自然的积累是有限的,人类无节制的开采使用,终有一天将会将地球上数十亿年积累的太阳能(有机物都来自于光合作用,动物也间接来自太阳能)消耗一空!
2、无机成因
比如化学家门捷列夫就认为油气是无机化合物经复杂地球物理化学作用形成,很有可能来自于地幔的无机成因!如果真是无机成因,那么油气从另一个意义上也许是“无限的”,而且油田分布将会形成新的理论!
有机成因的证据:石油馏分具旋光性,这是生物有机质普遍具有的旋光性!另现代的沉积物都发现有构成类似早期烃类化合物!
无机成因的证据:碳氢沉积物在地球早期即形成,比如在科拉深钻孔底部就发现大量的氢沉积物!并且又发现已经开采过的油田又有油流入,似乎从有机成因上有些难以解释!
不过无论是无机还是有机,有一点倒是大家都统一意见的,即过多的燃烧石油会造成空气污染,无节制的排放将会造成全球温室效应,未来地球气候极端化发展也许指日可待,甚至已经在发生!因此从这点上来看,即使无限时候人类仍然得有限使用,核聚变电站还是得研制,要不然总有一天地球将不适合人类生存!
中文名煤及煤的形成
物质煤
国家中国
煤是亿万年前大量植物埋在地下慢慢形成的
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煤的形成煤是地壳运动的产物。远在3亿多年前的古生代和1亿多年前的中生代以及几千万年前的新生代时期,大量植物残骸经过复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用后转变成煤,从植物死亡、堆积、埋藏到转变成煤经过了一系列的演变过程,这个过程称为成煤作用。一般认为,成煤过程分为两个阶段泥炭化阶段和煤化阶段。前者主要是生物化学过程,后者是物理化学过程。泥炭化阶段第一阶段泥炭化阶段是植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖,其遗骸在微生物参加下不断分解、化合和聚积,在这个阶段中起主导作用的是生物地球化学作用。低等植物经过生物地球化学作用形成腐泥,高等植物形成泥炭,因此成煤第一阶段可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。煤化阶段煤化阶段包含两个连续的过程:第一个过程,在地热和压力的作用下,泥炭层发生压实、失水、肢体老化、硬结等各种变化而成为褐煤。褐煤的密度比泥炭大,在组成上也发生了显著的变化,碳含量相对增加,腐植酸含量减少,氧含量也减少。因为煤是一种有机岩,所以这个过程又叫做成岩作用。第二个过程,是褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程。在这个过程中煤的性质发生变化,所以这个过程又叫做变质作用。地壳继续下沉,褐煤的覆盖层也随之加厚。在地热和静压力的作用下,褐煤继续经受着物理化学变化而被压实、失水。其内部组成、结构和性质都进一步发生变化。这个过程就是褐煤变成烟煤的变质作用。烟煤比褐煤碳含量增高,氧含量减少,腐植酸在烟煤中已经不存在了。烟煤继续进行着变质作用。由低变质程度向高变质程度变化。从而出现了低变质程度的长焰煤、气煤,中等变质程度的肥煤、焦煤和高变质程度的瘦煤、贫煤。它们之间的碳含量也随着变质程度的加深而增大。温度对于在成煤过程中的化学反应有决定性的作用。随着地层加深,地温升高,煤的变质程度就逐渐加深。高温作用的时间愈长,煤的变质程度愈高,反之亦然。在温度和时间的同时作用下,煤的变质过程基本上是化学变化过程。在其变化过程中所进行的化学反应是多种多样的,包括脱水、脱羧、脱甲烷、脱氧和缩聚等。压力也是煤形成过程中的一个重要因素。随着煤化过程中气体的析出和压力的增高,反应速度会愈来愈馒,但却能促成煤化过程中煤质物理结构的变化,能够减少低变质程度煤的孔隙率、水分和增加密度。成因分类煤的成因分类主要分为由高等植物生成的腐殖煤和由低等植物生成的腐泥类,以及由上述两类混合形成的腐殖腐泥煤和腐泥腐殖煤以及残殖煤5大类。其中以腐殖煤在地球上的比例最多,约占全部煤的95%以上。各类煤的基本特性如下。腐殖煤古代高等植物死亡后,其残骸堆积在空气不太充足的低地沼泽中,产生不完全的氧化分解作用(称为半败作用),随后,由于死亡植物残骸的不断堆积,它们完全与空气隔绝而氧气停止进入,这时植物残骸依靠本身含有的氧而发生厌氧细菌的分解作用,从而开始脱水、去羧基(-COOH),放出二氧化碳、水及甲烷等气体,使残骸的碳含量相对增高,氧和氢含量则逐渐减少,形成了一种凝胶状的物质,这种物质称为泥炭。随着地壳的下沉,堆积在沼泽中的泥炭就逐渐被黏土、砂石等物质的堆积而形成了岩层。泥炭在上覆岩层的压力作用下又发生了压紧、失水、胶体老化、硬结等物理和物理化学作用,使覆盖泥炭的化学组成也发生了不断的变化,最后变成了碳含量更高、氧和氢含量更低而致密度更高的褐煤。褐煤在岩层压实下又经过高温(200℃左右)、高压(几千至几万大气压)作用下而逐渐演变成烟煤和无烟煤。地球上真正由高等植物形成的腐殖煤由泥盆纪开始。世界的煤炭资源中有95%以上为腐殖煤。腐殖煤的原始成煤物质为高等植物中的纤维素、半纤维素和木质素等的主要成分,它们是在植物死亡后逐渐形成的。腐泥煤由细胞中含有大量原生质的古代菌藻类低等植物和浮游生物死亡后堆积在湖沼、海湾等水体底部的缺氧环境中,经过腐败作用和物理作用及物理化学作用(即煤化作用)后转变而成的煤。腐泥煤在自然界很少,它常以薄层状或透镜状夹于腐殖煤中。腐泥煤的挥发分高,如相当于褐煤阶段的腐泥煤的挥发分(干燥无灰基)常高达80%-95%左右,而由腐殖煤形成的褐煤的挥发分一般只有40%-65%左右。腐泥煤的主要特点是呈灰黑色,结构较均一,致密块状,硬度和韧性都较大,同时光泽暗淡,具贝壳状断口,且氢含量高、焦油产率也高。这一类煤包括了藻煤、胶泥煤和藻烛煤。腐殖煤泥煤和腐泥腐殖煤腐殖腐泥煤是以古代低等植物和高等植物一起作为原始成煤物质而形成的煤。它是一种介于腐泥煤与腐殖煤之间而以腐泥煤为主的过渡型煤,这一类煤包括烛煤和藻烛煤,其外观多呈灰黑色或灰色,致密而坚硬,其中烛煤的韧性较大,贝壳状断口,块状结构。在显微镜下常见较多的小孢子和黄色或橙黄色的腐泥基质。其氢含量、焦油率和挥发低于腐泥煤而高于腐殖煤。当煤中的腐殖成分高于腐泥成分时就叫做腐泥腐殖煤,其各种性质接近于腐殖煤。残殖煤亦称“树皮煤”或“树皮残殖煤”,它是由古代高等植物死亡后,其残骸中的树皮、蜡、树脂、孢子、花粉等对化学等对化学物质比较稳定的一些组分经过生物化学、物理和物理化学作用后形成的煤。其特点是挥发分、氢含量、焦油产率等都比相同煤化度的腐殖煤高。中国江西的乐平鸣山矿、桥头丘矿和浙江长广等矿区的煤都属于残殖煤。由于这些煤在显微镜下常可见到大量黄色或红色的树皮,故也称树皮残殖煤。煤的组成煤的元素组成:C、H、O、N、S、P 6种煤中的矿物质:按来源分为:原生矿物质(成煤植物本身)次生矿物质(成煤过程混入)外来矿物质(采煤过程混入)按性质分为:[1]粘土类矿物:高岭石Al4[Si4O10](OH)8、水云母K21Al2[(Si2Al)4O10](OH)2·nH2O[2]硫化物类矿物:黄铁矿FeS2、白铁矿FeS2[3]碳酸盐类矿物:方解石CaCO3等[4]氧化物类矿物:石英SiO2[5]硫酸盐类矿物:石膏CaSO4·2H2O煤的工业分析:水分、灰分、挥发分、固定炭煤的元素分析:C、H、O、N、S
在同一地区和同样的条件下,植物在地底下埋藏得越久,水分越少,碳的含量越多。泥炭和褐煤的含碳量比较低,变成烟煤以后,碳的含量已经占到80%,无烟煤的含碳量已经达到95%左右。燃烧一公斤无烟煤可以获得八千多大卡的热量,是一公斤木柴发的热量的二倍多。
七百多年前,著名的意大利旅行家马可·波罗到过中国,看见中国人烧煤炼铁,这是他生平第一次看到煤做燃料。马可·波罗在他的游记里记载了这件新鲜事。书中写道,中国有一种黑石头,能够燃烧,着起火来象木柴一样,而且终夜不灭。
当时,欧洲人读了马可·波罗的游记,都觉得十分新奇。他们哪里知道,中国人用煤做燃料,都已经有一千二三百年了。我们的祖先在世界上最早发现了煤这种燃料。
不过,用煤做燃料是很大的浪费。这是因为,从煤里还可以提炼出煤焦油、氨水等重要的化工原料,在燃烧时都白白毁掉了。况已,烧煤炉做饭,热量四散,不用火时也在消耗煤,燃料的有效利用率很低。