泥炭的主要组成及性质

泥炭的主要组成及性质

泥炭是泥炭化作用的最终产物，在从植物残体转化成煤的总进程中，它又构成成煤作用的中间产物。在泥炭的组成中，除含有大量水分外，还含有复杂的固态有机组分和无机组分。

一、泥炭的化学组成

泥炭的化学组成，除含有大量水分外，还包括有机质和矿物质。

1.泥炭的有机质

泥炭的有机质主要包括未完全分解的植物残体和腐植质。有机质的含量是指有机质占泥炭干物质总量的百分比。在我国的泥炭资源中，多以富营养草本泥炭为主，有机质含量一般为50%～70%，也有少数低于50%。其他类型泥炭，如草本藓类和木本草本藓类泥炭，其有机质含量一般为70%～30%;泥炭藓泥炭的有机质含量为80%以上，有的高达90%以上。

植物残体的类型、泥炭的积累时间和泥炭的分解程度的不同致使泥炭有机质中碳、氢、氧、氮、硫等元素含量高低不同。

碳是泥炭有机质中主要的组成元素，其含量多在50%～60%，最高可达65%以上。一般木本泥炭的碳含量较高，草本泥炭次之，藓类泥炭较低，这主要与形成泥炭的植物含碳量变化有关。碳的聚集是在沼泽环境下，由于微生物作用，使植物残体进行缓慢的缩合、脱水和脱羟基的生物化学作用的结果。

氢在泥炭有机质中的含量主要和泥炭的类型有关，一般变化于4.7%～7.5%之间，由贫营养泥炭至富营养泥炭，氢的含量减少。

氧在泥炭有机质中的含量为30%～40%，含量的高低主要受形成泥炭的植物及其分解程度的影响。

氮含量的高低及其存在的形态，主要与泥炭类型有关。富营养泥炭氮含量较高，一般为1.5%～3.5%，且以蛋白氮和杂环氮为主，占全氮的91.9%，富营养泥炭中草本泥炭氮含量高于木本泥炭;贫营养泥炭氮含量较低，一般为0.8%～1.2%。

硫在泥炭有机质中的含量比其他各种固体可燃矿产都低，平均含量为0.3%，最高0.66%，最低0.08%。一般硫含量在贫营养泥炭中较低，在富营养泥炭中较高。

泥炭有机质的有机组分组成较为复杂，主要包括有机溶剂(如苯、苯醇(1∶1)、氯仿等)，从泥炭中萃取出的物质，统称为类脂或沥青;用热水从泥炭中提取的物质为水溶物，在无机酸中存在的经水解后溶解的物质为易水解物。泥炭中有机质内的水溶物主要包括单糖类和有机酸等溶于水的有机化合物，一般含量较低。易水解物主要包括半纤维素，它是由低聚糖和糖醛类物质组成的。难水解物主要为纤维素，是由大量葡萄糖基构成的链状高分子化合物。泥炭有机质中不水解的残余物，即不水解物主要包括木质素、角质和木栓类物质。

在泥炭有机质中，以稀碱溶液从泥炭中提取的物质，称为腐植酸，它是泥炭的特征组分。腐植酸不是单一的有机化合物，而是一组由相似且分子大小各异、结构不同的羟基芳香羧酸所组成的复杂混合物。腐植酸在泥炭有机质中含量较高，一般在泥炭干物质中占20%～40%，有的高达50%以上。木本植物形成的泥炭腐植酸含量为40%左右，草本泥炭含量为30%～40%，藓类泥炭含腐植酸最低，一般少于20%。根据在不同溶剂中的溶解度和颜色，通常又将用碱液直接提取出的腐植酸分成溶于酸的部分，称为黄腐酸(或称富里酸);溶于丙酮或乙醇等溶剂的部分，称为棕腐酸;最后沉淀的部分，称为黑腐酸。由于泥炭类型的不同，因而使这些不同组分的腐植酸含量不同。

2.泥炭的矿物质

泥炭矿物质也是泥炭物质组成的重要部分。矿物质的来源，一方面是在水、风和其他动力的作用下，使矿物质运移到泥炭中并聚集起来，另一方面则是来源于形成泥炭的植物体本身。

地下水、河流及湖泊水、地表径流、冰雪融水及大气降水等是促使矿物质在泥炭中聚集的最活跃因素，流水所携带的各种矿物质通过机械沉积作用、化学沉淀作用、交换吸收及物理吸附等作用，可转化成泥炭的组分。风可以将大量细小的矿物颗粒带入泥炭中。一些有火山活动的地带，火山灰也是泥炭矿物质的来源，由于泥炭沼泽受发育部位、火喷出物的数量和次数等因素的影响，因此矿物质存在的状态均不相同。有的可聚集成层状，与泥炭层相间互层;有的则呈分散状，这种赋存状态多出现于距火山活动较远和火山物质喷出量较少的泥炭沼泽中。火山灰的混入，不仅增加了泥炭矿物质的含量，而且可以改变泥炭沼泽形成营养丰度少的状况。

水、风及其他动力来源的泥炭矿物质，不仅在数量上构成泥炭中无机质的主要部分，而且它们的形成和特征受许多沉积环境因素的控制。常见的有氧化物、氢氧化物、碳酸盐类等;在无机矿物中，最常见的有石英、次生黏土矿物。

贫营养泥炭的矿物质，除少量来自大气降水和风力作用外，主要来源于植物本身，因而泥炭灰分含量较低。富营养泥炭灰分含量较高，一般为10%～40%，最高可达70%。

在泥炭的灰分组成中，元素种类众多，主要有硅、钙、镁、铁、铝、钾、钠等。一般硅含量占优势，其次是铁、铝或钙、镁的含量，钾、钠元素更少。由于泥炭的类型、水源补给特征、周围岩性及氧化还原条件等的差异，泥炭灰分组成在结构、含量上均不相同。

泥炭矿物质除含有以上元素外，还含有很少的微量元素。由于泥炭的特性及其形成环境的影响，使得泥炭中的微量元素含量很低，一般为(1～500)×10^－6。在自然状态下，泥炭中的微量元素多呈低价态，因此活性强，易被强烈淋失。微量元素含量往往与泥炭灰分含量呈正相关关系。泥炭形成发育的类型不同，其微量元素含量也不相同。

二、泥炭的主要物理、化学特性

泥炭的性质反映出泥炭形成和演化的环境，它直接或间接地反映了泥炭的化学组成，这对评价泥炭的加工利用有重要的意义。

1.分解度

泥炭的分解度是指植物残体内由于腐解作用而失去细胞结构物质的相对含量，即泥炭中无定形腐植质占有机质的百分含量。分解度是表示泥炭分解的强度，在一定程度上反映出泥炭化作用的程度，因此，它是评价泥炭质量及加工利用方向的重要依据之一。

2.泥炭的含水性质

泥炭由于富含有机质，具分散、疏松多孔的结构，因此泥炭有吸收和保持大量水分的性能。它有湿度、持水量两种表示方法。泥炭湿度是指泥炭中含有的水分质量占泥炭总质量(干物质+水分)的百分比(%)。泥炭的持水量是指泥炭中含有的水分质量占泥炭干物质质量的百分比(%)。泥炭的含水性质与泥炭类型、泥炭形成时的水文条件有关外，还与泥炭的分解度、灰分含量、植物残体种属等有关。

3.泥炭的密度和容重

泥炭干燥时质量轻，密度、容重都较小，这是区别于其他固体可燃矿产的典型物理性质。泥炭密度一般为1.20～1.60g/cm³，藓类泥炭密度一般为1.10～1.30g/cm³，木本泥炭、草本泥炭密度稍大，为1.40～1.70g/cm³。泥炭密度大小受到矿物质含量和分解度的影响。

泥炭在自然状态下的容重称湿容重，一般为1.00～1.30g/cm³;烘干或风干后的容重称干容重，一般为0.2～0.58g/cm³。

4.泥炭的结构和颜色

泥炭结构疏松、多孔，力学稳定性差，它与形成泥炭的植物种属、分解度及矿物质含量有关。例如，泥炭藓泥炭呈疏松的海绵状结构，草本泥炭一般呈纤维状结构，木本泥炭呈小块状结构等。

泥炭的颜色主要决定于形成泥炭植物种属的颜色，如泥炭藓泥炭往往保持原植物的浅黄色。泥炭的颜色随分解度的增强而变深、变暗，最终转变为腐殖质所具有的黑色。自然状态的泥炭颜色，随含水量增大而变浅。泥炭颜色亦与泥炭自生矿物的影响有关。例如，含蓝铁矿时，增加蓝色;含菱铁矿时，则增加浅绿色。

5.泥炭的可燃性

泥炭中由于含有较多的有机物质，因此具有可燃性，通常以发热量来表示。泥炭有机质的元素组成、组分组成、分解度、水分及灰分等因素，都影响到泥炭发热量的高低。我国泥炭的发热量多在10～12MJ/kg，最高可超过16.5MJ/kg。

三、泥炭的类型

根据泥炭的原有植物组成，泥炭可划分为草本泥炭、木本泥炭和藓类泥炭。

草本泥炭主要是由各种草本植物残体组成的，通常以莎草科植物为主，苔草、芦苇等最为普遍，有时夹有杂草类和灰藓，一般草本植物残体的含量占泥炭全部有机残体总量的一半以上。这种泥炭的灰分含量较高，分解较强，酸碱度(pH值)为微酸到微碱性，含水量较其他泥炭少，色暗且弹性较差，我国的泥炭多属此类型。

木本泥炭主要由乔木和灌木植物的枝干、根系、果、叶等经过泥炭化作用而形成。木本植物物质残体含量占泥炭全部有机残体总量的一半以上。木本植物残体中木质素含量较多，它的分解较为缓慢，因而在泥炭化过程中，分解弱的残体往往较好地保存成碎块状，分解强的则形成碎屑状。这类泥炭的灰分含量一般比草本泥炭低，含水量少，显示红褐色，弹性差，我国有少量泥炭属于此类。

藓类泥炭主要由泥炭藓等贫营养植物残体组成，含量占全部有机残体总量的一半以上，多混夹有少量苔藓和木本植物残体。一般生成于酸性和强酸性环境，常称为酸沼。这类泥炭的灰分含量最低，含水量最高，由于分解缓慢使纤维保存较好，色淡，弹性强。我国这类泥炭极少，仅在大、小兴安岭和其他高山地带有少量分布。