煤中元素分类及煤中有害元素
1.煤中元素的分类
自Richardson于1848年发现煤中锌（Zn）和镉（Cd）以来，除了极稀少的钋（Po）、砹（At）、钫（Fr）、锕（Ac）、镤（Pa）外，其余的元素几乎在煤中都已被发现（Finkel-man，1994）。采用现有分析技术手段，可以从煤及其解吸气体样品中检测到86种元素，而地壳中可供统计的元素也只有88种（黎彤，1992）。国内外某些学者根据元素在煤中的浓度或含量，对煤中元素进行了分类：
——Юдович（1978）参照沉积岩中各类元素的克拉克值，将煤中元素分为造灰元素（含量＞0.5%）、次要元素（含量0.5%～0.01%）、稀有元素（含量0.01%～0.0001%）和超稀元素（含量＜0.00001%）四种类型。
——程介克（1986）根据元素在地壳中的丰度，提出元素的含量分类为常量元素（1%～100%）、微量元素（0.01%～1%）、痕量元素（0.0001%～0.001%）和超痕量元素（＜0.0001%）。
——一般认为，煤中元素可分为常量元素（＞0.1%）和微量元素（≤0.1%）两大范畴。常量元素在煤中主要为C，H，O，N，S，Si，Al，Fe，Ca，K，Na，Mg等，其他大多数元素以微量级浓度存在于煤中（唐修义等，2002a；代世峰，2002）。
本书采用后一种分类。此外，根据元素的毒害程度又可对煤中元素进行有害性与无害性分类。
2.煤中的有害元素
煤中有害元素是指煤炭资源在加工、利用、运输和存放过程中，能够以不同形式运移至大气圈、水圈或土壤圈，并对其中的环境造成污染，从而危害人类和其他生物正常生存安全的元素。
（1）煤中有害元素的种类
煤中常量有害元素S和N对环境造成的巨大危害已是众所周知。然而，对煤中有害微量元素的认识，即哪些微量元素对环境与人类健康具有危害潜势，目前还没有统一的认识。
——美国国家研究委员会根据危害程度将元素分为三类：一类污染物有As，B，Cd，Mo，Hg，Pb，Se；二类污染物包括Cr，Cu，F，Ni，V，Zn；三类污染物有Ba，Sb，Sr，Na，Mn，Co，Li，Br。
——美国《毒害性化学品手册》列出了29种毒害性元素，即As，B，Ba，Be，Br，Cd，Cl，Co，Cr，Cu，F，Hg，Hf，In，Mn，Mo，Ni，P，Pb，Sb，Se，Sn，Th，Tl，U，V，Y，Zn 及Zr（Sitting，1981）。
——美国国会1990年颁布的《洁净空气补充法案》列出了11种有害元素，包括Se，Ba，Cd，Hg，As，Cr，Pb，Ag等。
——王连生（1994）将金属元素的潜在毒性进行了排序，认为Ⅰ类元素有Hg，Cd，Tl，Pb，Cr，In，Sn，毒性大；Ⅱ类元素为Ag，Sb，Zn，Mn，Au，Cu，Pr，Ce，Co，Pd，Ni，V，Os，Lu，Pt，毒性中等。
就煤中有害微量元素种类而言，一些组织及学者作过研究：
——美国国家资源委员会（NRC）1980年根据危害程度将煤中元素分为六类（Finkelman，等，1999）。Ⅰ类为值得特别关注的元素，如As，B，C，Cd，Hg，Mo，N，Pb，Se，S；Ⅱ类为值得关注的元素，包括Cr，Cu，F，Ni，Sb，V，Zn；Ⅲ类为值得加以关注的元素，有Al，Ge，Mn；Ⅳ类为需要加以关注的放射性元素，如 Po，Ra，Rn，Th，U等；Ⅴ类是需要关注但在煤及其残余物中很少富集的元素，如Ag，Be，Sn，Tl；Ⅵ类为暂时不需要关注的元素，即上述五类之外的元素（图1-1）。
图1-1 煤中潜在有害元素
（据NRC，1980）
——Swaine（1995）认为：煤中有24种微量元素对生态环境有害，即As，B，Ba，Be，Cd，Cl，Co，Cr，Cu，F，Hg，Mn，Mo，Ni，P，Pb，Sb，Se，Sn，Th，Tl，U，V及Zn。
——Finkelman（1995）讨论了煤中25种对环境敏感的微量元素，即上述的24种元素加上Ag元素。
——赵峰华（1997）通过对比国内外环境标准所列出的元素，认为当前环保关心的有19种元素，即Ag，As，Ba，Be，Cd，Cl，Co，Cr，Cu，F，Hg，Mn，Mo，Ni，Pb，Se，Sb，V，Zn，并把煤中有害元素限定为22种元素，即上述的19种加上Tl，Th，U。其中Tl，Be，Cd，Hg，Pb为有毒元素，Be，Cd，Cr，Ni，Pb，As为致癌元素。
——PECH（1980）根据危害程度将煤中微量元素分为六类（Swaine，1990）。Ⅰ类需要特别关注的元素为As，B，Cd，Hg，Mo，Pb，Se；Ⅱ类需要关注的元素为Cr，Cu，F，Ni，V，Zn；Ⅲ类需要加以关注的元素为Ba，Br，Cl，Co，Ge，Li，Mn，Sr；Ⅳ类放射性元素有 Po，Ra，Rn，Th，U；Ⅴ类是在煤及其残余物中很少富集的元素，如 Ag，Be，Sn，Tl；Ⅵ类为对环境基本无害的元素，上述五类之外的元素。
——Swaine（2000）认为，煤中有26种微量元素应引起环境关注（Enviornmental in-terest），并据其危害性分为三类，从Ⅰ类到Ⅲ类危害程度降低。Ⅰ类元素有As，Cd，Cr，Hg，Pb，Se；Ⅱ类元素有B，Cl，F，Mn，Mo，Ni，Be，Cu，P，Th，U，V，Zn；Ⅲ类元素有Ba，Co，I，Ra，Sb，Sn，Tl。
（2）本项目重点研究的煤中有害元素
上述文献资料显示，各研究者或组织对煤中有害元素的界定不尽相同，但大都包括As，Be，Cd，Cl，Co，Cr，F，Hg，Mo，Mn，Ni，Pb，Sb，Se，Th及U16种元素。Br虽在上述文献中出现的次数不多，但其本身具有毒害性，且在煤燃烧时对锅炉有较强的腐蚀性。
然而，在上述文献资料中没有被包括的某些元素，在煤的利用过程中也可能产生危害。例如，稀土元素致癌是人们极为关注的研究课题，因长期吸入稀土粉尘而引起肺的纤维性病变称为“稀土尘肺”。稀土元素以口、呼吸道和皮肤为途径，可与体内多种组织成分起反应，如轻稀土可与氨基酸络合，重稀土易与蛋白质结合。吸入的稀土元素在体内的半衰期可长达一年至十几年，长期吸入稀土元素对人体是有害的。接触稀土烟雾和尘粒的生产工人，可产生频繁的头疼、恶心、咳嗽、过敏热等，稀土引起的最重要的病理学和生化效应之一是形成脂肪肝（陈清等，1989）。
目前，已制定有关稀土元素卫生标准的国家很少。前苏联提出车间空气中各种稀土元素氧化物气溶胶的最高允许浓度为：氧化钇2mg/m3，氧化铈5mg/m3，铈族6mg/m3，钇族4mg/m3，还提出镧在地面水中最高允许浓度推荐值为0.01mg/L。美国于1960年推荐钇的阈限值（TLV）为5mg/m3，后因前苏联报道给动物气管滴入氧化钇可致严重肺损伤，故将此值修订为1mg/m3。不少研究者总结认为：稀土粉尘的最高允许浓度为4～6mg/m3，人体从食物中摄入稀土硝酸盐的允许量为12～120 mg/（日·人）（赵志根等，2002a）。我国目前正在探讨稀土生产及应用车间空气、地面水以及食品中稀土的最高允许浓度（陈清等，1989）。我国人类食用的植物性食品中稀土限量的国家标准（GB13107-91）已颁布实施。
美国曾对炼油厂稀土污染进行过研究（彭安等，1995）。然而，关于煤中稀土元素是否可列入有害元素的范畴，目前未见文献报道。但在有些煤中、特别是洗选后的煤泥以及燃煤后的粉煤灰、飞灰中，稀土元素丰度较高，有的甚至达到或超过了工业品位（500×10-6）。彭安等（1995）计算了不同排放源对大气元素的贡献，发现煤的燃烧对城市大气中稀土的含量贡献最大。
实际上，元素周期表中的任何一种元素如果高度富集或贫乏，都会对环境和人类健康造成危害（Finkelman等，1999），而且煤中元素有其特殊性，它们在煤的利用（主要是燃烧、洗选、淋滤）过程中的迁移性在很大程度上决定了其危害性。有的元素虽然本身具有毒害性，但在煤利用过程中以及在利用后固体废物受风化或雨水淋滤等作用过程中表现为惰性，基本不向外界环境迁移，那么它就是相对无害的。有的元素，虽在煤中含量不高，但在煤的利用过程中有较大排放量，或虽有较小的迁移量，但能生成毒性更大的化合物，难以降解，具有积累性，那么它就是有害的。
因此，煤中元素的有害性或无害性是相对的，评价其危害性，不但要考虑其含量水平以及本身具有的毒害性，还要考虑其迁移特性。同时，人的认识能力随科学技术的发展而不断提高，在现有认识水准下认为是无害的元素，将来可能被确定为是有害元素。因此，单纯地限定煤中有害元素种类的做法并不科学，重要的是要查明它们的含量水平、分布特征、赋存状态及其在煤利用前、利用过程中、利用后的迁移行为。此外，在煤中有些元素之间存在依存或共生关系，因此单独研究某几种元素也具有较大的片面性。
综合以上考虑，本书除了研究有害常量元素S以外，对煤中砷（As）、铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）、硒（Se）、氟（F）、氯（Cl）、镍（Ni）、锰（Mn）、钴（Co）、钼（Mo）、铍（Be）、锑（Sb）、铀（U）、钍（Th）、溴（Br）17种有害微量元素也应进行重点研究，对其他有害或潜在有害微量元素以及在现今认识水准下认为无害的元素作一般性讨论，即在充分利用现有资料的情况下，尽可能达到不遗漏、不放过有害元素的目的。
关键是密度．
很有可能是硫化铁．
硫化铁矿（Sulphide iron）这种矿石含有FeS2,含Fe只有46.6％而S的含量达到53.4％.呈现灰黄色,比重大约为4.95～5.10.由于这种矿石常常含有许多其它较贵重的金属如铜（CoPPer）、镍（Nickel）、锌（Zinc）、金（Gold）、银（Silver）等,所以常被用做他种金属冶炼工业的原料.
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通常说煤炭，有的地方习惯叫石炭。但煤不是碳。煤是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的。是由有机物和无机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳元素，此外还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质（主要含硅、铝、钙、铁等元素）。煤的结构复杂。视频（煤的组成和分类）
无烟煤
（含碳量95%左右）
煤的主要成分
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。
煤炭质量的基本指标，总共有12个。煤的水分分为两种，一是内在水分（Minh ） ，是由植物变成煤时所含的水分；
二是外水（Mf ） ，是在开采、运输等过程中附在煤表面和裂隙中的水分．全水分是煤的外在水分和内在水分总和。一般来讲，煤的变质程度越大，内在水分越低。褐煤、长焰煤内在水分普遍较高，贫煤、无烟煤内在水分较低。
扩展资料：
指标介绍
一、水分（M ）
水分的存在对煤的利用极其不利，它不仅浪费了大量的运输资源，而且当煤作为燃料时，煤中水分会成为蒸汽，在蒸发时消耗热量；另外，精煤的水分对炼焦也产生一定的影响。一般水分每增加2 % ，发热量降低100kcal/kg（大卡/千克）；冶炼精煤中水分每增加1 % ，结焦时间延长5 一10min .
二、灰分（A ）
煤在彻底燃烧后所剩下的残渣称为灰分，灰分分外在灰分和内在灰分。外在灰分是来自顶板和夹研中的岩石碎块，它与采煤方法的合理与否有很大关系。
外在灰分通过分选大部分能去掉。内在灰分是成煤的原始植物本身所含的无机物，内在灰分越高，煤的可选性越差。
灰是有害物质．动力煤中灰分增加，发热量降低、排渣量增加，煤容易结渣；一般灰分每增加2% ，发热量降低100kcal / kg 左右。
冶炼精煤中灰分增加，高炉利用系数降低，焦炭强度下降，石灰石用量增加；灰分每增加1 % ，焦炭强度下降2 % ，高炉生产能就下降3 % ，石灰石用量增加4 % .
三、挥发分（V ）
煤在高温和隔绝空气的条件下加热时，所排出的气体和液体状态的产物称为挥发分。挥发分的主要成分为甲烷、氢及其他碳氢化合物等。它是鉴别煤炭类别和质量的重要指标之一。一般来讲，随着煤炭变质程度的增加，煤炭挥发分降低。褐煤、气煤挥发分较高，瘦煤、无烟煤挥发分较低。
参考资料：百度百科-煤炭质量的基本指标
在漫长的地质演变过程中，煤田受到多种地质因素的作用；由于成煤年代、成煤原始物质、还原程度及成因类型上的差异，再加上各种变质作用并存，致使中国煤炭品种多样化。
分类标准：
1.G>85，再用Y值或b值来区分肥煤、气肥煤与其它煤类，当Y>25.0mm时，应划分为肥煤或气煤，如Y《25mm，则根据其Vdaf的大小而划分为响应的其它煤类。
按b值分类时，Vdaf《28%，暂定b>150%的为肥煤，Vdaf>28%，暂定b>220%的为肥煤或气肥煤，如按b值和Y值划分的类别有矛盾时，以Y值划分的为准。
2. Vdaf>37%，G《5的煤，再以透光率PM来区分其为长焰煤或褐煤。
3. Vdaf>37%，PM>30%-50%的煤，再测Qgr，maf，如其值>24MJ/kg(5739cal/g)，应划分为长焰煤。
中国煤炭分类国家标准（GB5751-86）
煤其主要成分为碳、氢、氧和少量的氮、硫或其它元素。硫是煤最主要杂质之一，其通常以硫化物之形式出现于煤的燃烧生成物中。于某些国家，例如美国已设立规范管制硫化物之排放量，因除去此类有害杂质花费不低，故政府均奖励生产低硫煤以减少污染。
煤被认为是远古植物遗骸埋在地层下经过泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤的转变所形成的，无烟煤还可以进一步转化为石墨。
扩展资料
煤化工产业作为实现煤炭资源高效利用的有力手段，直接关系到国家的能源战略发展规划。因此，实现煤炭产业的高质量发展，必须充分认识我国煤化工产业的发展现状，明确煤化工产业的发展趋势，在确保煤炭资源高效、清洁利用的基础上推动煤化工产业的规模化以及集约化发展。
中国工程院院士、清华大学化工科学与技术研究院院长金涌认为，煤制油之外，煤化工的发展还有更为广阔的空间，从技术和产品的角度来看，以煤为基础的煤化工产业应该百花齐放、多途径发展。
参考资料来源：百度百科—煤
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。煤炭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”是煤炭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。
