[科普中国]-天然焦

简介

由于岩浆侵入与煤层接触或接近煤层﹐或由于煤层的地下自燃﹐使煤层干馏而形成的焦炭。因与人工焦炭相似而得名。赋存于岩墙﹑岩床﹑岩株等侵入体的两侧或一侧﹐厚度一般为几厘米至几米。受热温度越高变化程度越深﹐天然焦的厚度也加大。受热温度随侵入体大小﹑产状﹑距离﹑性质﹑成分以及围岩的特性而异。天然焦的特性与煤的煤化程度和煤岩组成相关。

特性物理特征天然焦的外观有的与焦炭相似，呈银灰色。由于天然焦是在地层的密闭状态下受高压并经干馏作用而生成的，因此有气体和水封存在内部，具有多孔状致密结构，略带金属光泽，呈块状，视比重在1.45-2.06之间，比重在1,60-2,28之间，孔隙率为4.9%-13%，坚固性系数(f)为1. 70-2.80，普氏硬度为1.6，可磨性指数(HGI)为38%-55%。2

热爆性由于天然焦是在密闭状态下受压干馏，有气体和水分封存在天然焦内，因而燃烧时具有热爆性。热爆特征可分为四类:①极爆焦即块状焦，银灰、钢灰或浅灰色，微具金属光泽，视比重大，块状、致密，燃烧时极易爆裂成碎块，并发出劈叭声;②砾状焦，钢灰色，具半金属光泽，焦块角砾状，颜色较深，成分与角砾相同，角砾一般1 - 3cm，燃烧爆裂程度与极爆焦相似:③柱状焦，灰、深灰或钢灰色，横截面呈六边形，似六方柱状，柱分节，燃烧易爆，称易爆焦;④砂状焦(鲡状焦)，灰一黑灰色.光泽暗淡，机械强度低，细粒状或鱼而粒状，颗粒比较均一，表面有粗糙感、染手、断口为肾状，裂隙发育，燃烧时间可见少量煤烟，微爆裂称微爆焦。

显微结构天然焦在显微镜下，可以观察到大量的长形、椭圆形及不规则的大小气孔，其显微组分在显微镜下已不能识别。经磨光后的天然焦表面，因强烈的反射而呈现为白色的基底和分布在白色基底上的无数大小气孔，后者因光线被吸收而显黑色。

化学工艺特性天然焦的反应性即天然焦的活性，是指在一定的高温条件下，天然焦与二氧化碳、水蒸气或氧气相互作用的反应能力 天然焦很难风化，采出后的天然焦经过数十年的存放，其性质几乎无变化。天然焦一经风化也和谋一样，水分增多，挥发分加大，燃料比降低，而且还可能生成腐植酸.总之，由于天然焦具有不易风化的特点，可以长期贮存而不易降低质量。由于岩浆侵入情况的不同，天然焦性质也因地而异.一般的说，天然焦是不均质的。但当煤层中或煤层附近有大于煤层厚度的岩浆岩时，煤层在相当大范围内受到程度大致相同的干馏，也可能产生比较均质的天然焦。由于一般开采时往往是混合开采，所以得到的大多是混合的非均质的天然焦。开采时尽可能做到分类开采，以利开发利用。2

受热反应天然焦有独特的显微特征﹐如黏结性烟煤生成的天然焦﹐有3类显微成分﹕焦化基质。由镜质组﹑壳质组等可熔组分转变而成。当煤受热温度达300～500℃时﹐气体大量析出而形成气孔﹐生成中间相小球体。在500℃以上时﹐小球体进一步生长融并﹐最先固化为各向异性的镶嵌结构﹐其结构大小随原始煤的煤化程度﹑煤岩组成﹑受热温度而异。原生成分。由惰质组和矿物质组成﹐受热后变化很小﹐丝质体和半丝质体变得弯曲﹑破碎﹐其弱非均质性和均质性相对明显﹐矿物在低温下几乎不变﹐500℃以上黄铁矿变成硫化亚铁(FeS)和三氧化二铁(Fe2O3)。新生成分。煤在缺氧条件下受热分解﹐部分转化为液态和气态物质﹐运移到裂隙和空洞中固化为焦油或沥青状物质﹐受热后又可变为新生成分。由气相碳质物生成的小球体在反射正交偏光下显黑十字﹐转动物台无变化﹐证明是对称同轴结构。沥青物质热解生成的中间相小球体﹐直径为1～10微米﹐反射正交偏光下不显黑十字。新生的矿物主要为碳酸盐﹐特别是方解石。

成因与种类由于岩浆的侵入，接触变质作用可使原来属于低变质的长焰煤转变为中变质或高变质的煤。而局部与岩浆直接接触的部位，由于温度很高，进一步发生高温干馏，又可转变为天然焦。

依据煤层及其附近岩浆侵入状况的不同，天然焦性质亦不同。主要分为两类:一类是煤层中或煤层附近有大于煤层厚度的岩浆岩时，煤层在相当广阔的范围内受到程度大致相同的干馏，此时生成的天然焦质均匀而有利用价值;另一类是岩浆有规则地或复杂地侵入煤层中或煤层附近的岩浆岩比煤层薄。

由于岩浆与煤层之间的距离不同，加热程度也因地而异，在同一井田内的同一个地点就会有天然焦、无烟煤或半无烟煤混在一起的情况，这样天然焦很难单独采出来，因而这一类天然焦利用价值很低。2