高硫肥煤碳结构研究与光谱学表征

摘要

煤结构是煤化学的重要研究内容,优质肥煤在我国属于稀缺炼焦煤种.碳是煤结构的基本骨架,是构成煤中有机质及形成焦炭的主要元素.研究高硫肥煤中的碳结构对认知肥煤结构与性质,提高低品质炼焦煤利用效率具有重要意义.采集并制备山东东滩(DT)和山西水峪(SY)、霍州(HZ)、高阳(GY)四个矿区的肥煤样品,利用X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及X-射线光电子能谱(XPS)对煤中碳结构进行谱学表征和联合解析,结合煤质分析结果,计算不同肥煤样品的碳结构参数.研究结果表明:SY,HZ,GY和DT四种肥煤的芳香度fa-XRD依次增大,芳香层片的延展度Lc和堆垛高度La依次减小,山西煤的芳香碳结构层片在排列规整度和芳香环缩合程度上强于东滩煤.DT和GY煤中芳香烃结构主要以苯环五取代、苯环四取代和苯环三取代形式存在,SY与HZ煤中芳香结构以苯环二取代和苯环四取代为主.DT和GY煤含有较多的支链和较高的芳环缩合度.四种肥煤中脂肪结构均是以亚甲基为主,DT,SY,HZ和GY煤的亚甲基占脂肪结构的比例分别为46.27％,48.89％,44.21％ 和41.85％,煤中含有较多的烷基侧链.GY与DT煤中甲基含量略高于次甲基,SY和HZ煤则相反,这主要与不同煤样在成烃期间长脂肪族结构发生断裂的程度有关.SY,HZ,GY和DT煤的芳碳率分别为0.83,0.81,0.74和0.68,芳氢率分别为0.51,0.43,0.34和0.29,煤中芳构化程度依次减小,芳香环缩合度依次升高.DT和HZ煤的氧化程度较高,D T煤含有较多的C—O结构,判断D T煤中存在较多不易被热分解或不易起化学反应的非活性氧.