煤中元素分类及煤中有害元素

煤碳中通常有那些元素，那些是有利的，哪些是有害的~

煤
煤

coal

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。

煤的生成 在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后 ， 由于盆地基底下降而沉至地下深部，经成岩作用而转变成褐煤；当温度和压力逐渐增高，再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。泥炭化作用是指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。腐泥化作用是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。

煤的分类 由于研究内容和使用的不同，煤有各种分类法，如按元素组成、成因、变质程度、工业用途、工艺性质等的分类 。早期多根据 煤的元素组成分类 ，称科学分类法。在地质上常采用成因分类法，即将煤分为腐殖煤、腐泥煤和腐殖腐泥煤。按煤化程度可分为褐煤、烟煤和无烟煤。1989年10月 ，国家标准局发布《 中国煤炭分类国家标准 》(GB5751-86)，依据干燥无灰基挥发分Vdaf、粘结指数G、胶质层最大厚度Y、奥亚膨胀度 b、煤样透光性 P、煤的恒湿无灰基高位发热量Qgr，maf等6项分类指标，将煤分为14类。即褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1／2中粘煤、气煤、气肥煤、1／3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤。

化学组成 煤中有机质是复杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，而碳、氢、氧三者总和约占有机质的95％以上；煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素。碳是煤中最重要的组分，其含量随煤化程度的加深而增高。泥炭中碳含量为50％～60％，褐煤为60％～70％，烟煤为74％～92％，无烟煤为 90％～98％。煤中硫是最有害的化学成分。煤燃烧时，其中硫生成SO2，腐蚀金属设备，污染环境。煤中硫的含量可分为 5 级：高硫煤，大于4％；富硫煤，为2.5％～4％；中硫煤，为1.5％～2.5％；低硫煤，为1.0％～1.5％；特低硫煤 ，小于或等于1％。煤中硫又可分为有机硫和无机硫两大类。

工业分析 通过工业分析可大致了解煤的性质。又称技术分析。是指煤的水分、挥发分、灰分的测定以及固定碳的计算。水分可分为外在水分、内在水分以及与煤中矿物质结合的结晶水、化合水。外在水分为煤炭在开采、运输、储存及洗选过程中，附着在煤颗粒表面和大毛细孔中的水分。内在水分为吸附或凝聚在煤颗粒内部的毛细孔中的水分，温度超过100℃时可将煤中内在水分完全蒸发出来 。灰分是指煤完全燃烧后残留的残渣量。灰分来自煤的矿物质。挥发分是指煤中有机质可挥发的热分解产物。挥发分随煤化程度增高而降低，可用于初步估测煤种。固定碳是指煤中有机质经隔绝空气加热分解的残余物。固定碳随变质程度的加深而增高，可作为鉴定煤变质程度的指标。

工艺性质 煤的工艺性质是工业评价合 理 用 煤的依据，主要包括粘结性、结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、焦油产率和可选性等。粘结性是指煤在高温干馏中产生胶质体，使煤粒相互粘结成块的性能。粘结性是评价炼焦用煤的主要指标。结焦性是指在炼焦炉中能炼出适合高炉用的有足够强度的冶金焦炭的性质。发热量是指单位质量的煤在完全燃烧时所产生的热量。煤的发热量是煤质的重要指标，是计算热平衡、耗煤量、热效率等的依据。

煤中伴生元素 指以有机或无机形态富集于煤层及其围岩中的元素。有些元素在煤中富集程度很高，可以形成工业性矿床，如富锗煤、富铀煤、富钒石煤等，其价值远高于煤本身。

根据煤中伴生元素的性质和用途，可分为有益元素、有害元素和指相元素3类。有益元素主要 有锗、镓、铀、钒等，可被利用。有害元素 主要有硫 、磷、氟、氯、砷、铍、铅、硼、镉、汞、硒、铬等。硫是煤中常见的有害成分，其他有害元素在煤中含量一般不高，但危害极大，如砷是一种有毒元素。煤在燃烧中，硫是造成城镇环境污染的主要物质源。当然，对有害元素如果收集、处理得当也可变成对人有用的财富。煤中伴生元素，有各自的地球化学性质，形成于不同的沉积环境中。因此，可根据元素的相对含量、元素的共生组合关系及元素的比值，来判断相和沉积环境。

用途 煤是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。①燃烧。煤炭是人类的重要能源资源，任何煤都可作为工业和民用燃料。②炼焦。把煤置于干馏炉中，隔绝空气加热，煤中有机质随温度升高逐渐被分解，其中挥发性物质以气态或蒸气状态逸出，成为焦炉煤气和煤焦油，而非挥发性固体剩留物即为焦炭。焦炉煤气是一种燃料，也是重要的化工原料。煤焦油可用于生产化肥、农药、合成纤维、合成橡胶、油漆、染料、医药、炸药等。焦炭主要用于高炉炼铁和铸造，也可用来制造氮肥、电石。电石是塑料、合成纤维、合成橡胶等合成化工产品。③气化。气化是指转变为可作为工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气。④低温干馏。把煤或油页岩置于 550℃左右的温度下低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气，低温焦油可用于制取高级液体燃料和作为化工原料。⑤加氢液化。将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质破坏，与氢作用转化为低分子液态和气态产物，进一步加工可得汽油、柴油等液体燃料。加氢液化的原料煤以褐煤、长焰煤、气煤为主。

综合、合理、有效开发利用煤炭资源，并着重把煤转变为洁净燃料，是人们努力的方向。

产地 在各大陆、大洋岛屿都有煤分布，但煤在全球的分布很不均衡，各个国家煤的储量也很不相同。中国、美国、俄罗斯、德国是煤炭储量丰富的国家，也是世界上主要产煤国，其中中国是世界上煤产量最高的国家。

煤可以创造沥青、煤气、煤焦油和焦碳

【mei】

煤

coal；

煤

méi

(1)

(形声。从火,某声。本义:烟尘)

(2)

同本义 [soot]。如:煤尾(屋中的烟尘)。又指制墨的烟灰

试扫其煤以为墨,黑光如漆,松墨也。――宋·沈括《梦溪笔谈》

(3)

指墨 [ink]

中官欲于苑中作墨灶,取西湖九里松作煤。――宋·陆游《老学庵笔记》

(4)

又如:煤精(煤的一种。色黑,质硬,可用以雕刻工艺品)

(5)

灯芯的余烬,即灯花 [snuff]。如:煤火(煤燃烧时的火焰)

(6)

煤炭,一种黑色固体矿物 [coal]。如:煤毒(即煤气);煤炸(小煤块);煤掌(煤矿井下的工作面);煤气灶(以煤气为燃料的灶具)

煤仓

méicāng

[coal bunker] 贮藏船用煤使用的一种大隔间

煤层

méicéng

[coal bed] 作层状分布在地下的煤

煤房

méifáng

(1)

[room]∶房柱式采煤的回采工作地点,通大巷,适合于水率或缓慢倾斜的煤层的开采

(2)

[bordroom]∶煤房中的煤正被回采或已采完所形成的空间

煤矸石

méigānshí

[gangue] 煤矿中无用的岩石

煤核

méihé

[coal Cinder;partly-burned coal] 煤中的一种结核,通常由方解石或氧化硅和碳质物质组成,并有碎片状或显微状的植物残体

煤核儿

méihúr

[partly-burned briquet] 没烧透的煤块或煤球

煤焦油

méijiāoyóu

[coal tar] 干馏煤炭得到的黑褐色粘稠液体

煤矿

méikuàng

(1)

[colliery]∶煤矿藏和采煤有关的建筑物

(2)

[coalpit]∶采掘煤炭的矿井

煤气

méiqì

[coal gas] 由煤制得的气体

煤气灯

méiqìdēng

[gas burner;gas lamp] 一种带喷嘴或有一组出气口的装置,通过它放出可燃气体并燃烧

煤气罐

méiqìguàn

[gas pitcher] 储存石油液化气的罐儿;也指液化煤气灶的整套装置

煤气中毒,煤炭中毒

méiqì zhòngdú，méitàn zhòngdú

[gas poisoning] 因吸入煤、木炭及其他含碳物质不完全燃烧产生的一氧化碳而中毒

煤球

méiqiú

[coal ball] 煤末加水和黄土制成的小圆球,是做饭取暖等的燃料

煤炭

méitàn

[coal] 即“煤”。植物残体经受不同程度的腐解转变而成的一种黑色或褐黑色固体可燃矿物物质

煤田

méitián

[coalfield] 大面积的开煤地带

煤烟

méiyān

[smoke from burning coal] 煤燃烧时发出的烟

煤窑

méiyáo

[coalpit] 小型煤矿,一般用手工开采

煤油

méiyóu

[kerosine;paraffin] 石油分馏出来的燃料油,挥发性比汽油低

煤渣

méizhā

[coal cinder] 煤燃烧后剩余的灰渣

煤柱

méizhù

[coal column] 地下采煤时,为了工作方便和安全而保留的、暂时或永久不予开采的一部分矿体

煤砖

méizhuān

[briquette] 通常由细小的散料(如用作燃料的煤粉)掺入粘结料,或掺入粘结料又加压而形成的常为砖形的一种结实的块料

煤

méi ㄇㄟˊ

(1)

古代的植物压埋在地底下，在不透空气或空气不足的条件下，受到地下的高温和高压年久变质而形成的黑色或黑褐色矿物：～矿。～田。～层。～气。～焦油。～精。
(2)
烟气凝结的黑灰，为制墨的主要原料：～炱。松～（松烟）。

煤质分析结果指标的表示方法:
分析项目 符 号 基 准 符 号。
水分 M 空气干燥基 Ad。
灰分 A 收到基 ar。
挥发分 V 干燥基 d。
硫分 S 干燥无灰基 daf。
发热量 Q 干燥无矿物质基 dmmf。
胶质层厚度 Y。
粘结指数 G。
哈氏可磨性指 HGI 。

扩展资料：
形态特点：
1、CYE指标有一条横坐标线表示0位，当CYE指标值在0线位置时是平衡市，CYE指标值大于0则为上升趋势，CYE指标值小于0则为下降趋势。
2、CYE指标还有两条走势线，黄线是短期线，代表一周趋势，白线是中期线，代表一个月趋势。
3、盘整时黄线一般在±1之间小幅波动，在股价拉升阶段该线有时能达到+4~5左右。白线一般在±2之间波动，该线如在高位走平掉头向下是中线见顶信号。
4、因有涨、跌停板制度，涨势最强的股票CYE指标也只能略微超过+10，而绝不会达－10，原因是下跌的过程是越来越慢的。
参考资料来源：百度百科-CYE指标

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。

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