天然焦

天然焦是具粘結性的煙煤受岩漿直接接觸在自然條件下焦化的產物。煤經地下自燃也能生成天然焦。天然焦的巨觀特徵與煤有明顯的差別﹐呈緻密塊狀﹐有時為多孔狀﹑層狀構造﹔灰黑色至鋼灰色﹐光澤暗淡﹐堅硬﹐比重大。常具六方柱狀節理。裂隙和氣孔中充填較多礦物﹐主要為碳酸鹽。

基本介紹

• 中文名：天然焦
• 顏色：銀灰色
• 光澤：光澤暗淡
• 硬度：堅硬
• 比重：比重大
• 學科：煤炭工程
• 普氏硬度：1.6

簡介

由於岩漿侵入與煤層接觸或接近煤層﹐或由於煤層的地下自燃﹐使煤層乾餾而形成的焦炭。因與人工焦炭相似而得名。賦存於岩牆﹑岩床﹑岩株等侵入體的兩側或一側﹐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﹑產狀﹑距離﹑性質﹑成分以及圍岩的特性而異。天然焦的特性與煤的煤化程度和煤岩組成相關。

天然焦

特性

物理特徵

天然焦的外觀有的與焦炭相似，呈銀灰色。由於天然焦是在地層的密閉狀態下受高壓並經乾餾作用而生成的，因此有氣體和水封存在內部，具有多孔狀緻密結構，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%，堅固性係數(f)為1. 70-2.80，普氏硬度為1.6，可磨性指數(HGI)為38%-55%。

熱爆性

由於天然焦是在密閉狀態下受壓乾餾，有氣體和水分封存在天然焦內，因而燃燒時具有熱爆性。熱爆特徵可分為四類: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、緻密，燃燒時極易爆裂成碎塊，並發出劈叭聲;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，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，裂隙發育，燃燒時間可見少量煤煙，微爆裂稱微爆焦。

顯微結構

天然焦在顯微鏡下，可以觀察到大量的長形、橢圓形及不規則的大小氣孔，其顯微組分在顯微鏡下已不能識別。經磨光後的天然焦表面，因強烈的反射而呈現為白色的基底和分布在白色基底上的無數大小氣孔，後者因光線被吸收而顯黑色。

化學工藝特性

天然焦的反應性即天然焦的活性，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能力 天然焦很難風化，采出後的天然焦經過數十年的存放，其性質幾乎無變化。天然焦一經風化也和謀一樣，水分增多，揮發分加大，燃料比降低，而且還可能生成腐植酸.總之，由於天然焦具有不易風化的特點，可以長期貯存而不易降低質量。由於岩漿侵入情況的不同，天然焦性質也因地而異.一般的說，天然焦是不均質的。但當煤層中或煤層附近有大於煤層厚度的岩漿岩時，煤層在相當大範圍內受到程度大致相同的乾餾，也可能產生比較均質的天然焦。由於一般開採時往往是混合開採，所以得到的大多是混合的非均質的天然焦。開採時儘可能做到分類開採，以利開發利用。

受熱反應

天然焦有獨特的顯微特徵﹐如黏結性煙煤生成的天然焦﹐有3類顯微成分﹕焦化基質。由鏡質組﹑殼質組等可熔組分轉變而成。當煤受熱溫度達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並﹐最先固化為各向異性的鑲嵌結構﹐其結構大小隨原始煤的煤化程度﹑煤岩組成﹑受熱溫度而異。原生成分。由惰質組和礦物質組成﹐受熱後變化很小﹐絲質體和半絲質體變得彎曲﹑破碎﹐其弱非均質性和均質性相對明顯﹐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﹐部分轉化為液態和氣態物質﹐運移到裂隙和空洞中固化為焦油或瀝青狀物質﹐受熱後又可變為新生成分。由氣相碳質物生成的小球體在反射正交偏光下顯黑十字﹐轉動物台無變化﹐證明是對稱同軸結構。瀝青物質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。

天然焦

成因與種類

由於岩漿的侵入，接觸變質作用可使原來屬於低變質的長焰煤轉變為中變質或高變質的煤。而局部與岩漿直接接觸的部位，由於溫度很高，進一步發生高溫乾餾，又可轉變為天然焦。

依據煤層及其附近岩漿侵入狀況的不同，天然焦性質亦不同。主要分為兩類:一類是煤層中或煤層附近有大於煤層厚度的岩漿岩時，煤層在相當廣闊的範圍內受到程度大致相同的乾餾，此時生成的天然焦質均勻而有利用價值;另一類是岩漿有規則地或複雜地侵入煤層中或煤層附近的岩漿岩比煤層薄。

由於岩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。