長焰煤的結構與理化性質研究

摘 要 文章從基本結構單元、基本結構單元的邊緣基團以及結構參數等方面介紹了長焰煤的結構特征，從表面性質、機械性質、熱性質、電性質、光學性質、磁性質、潤濕性空隙度及比表面積等方面系統闡述了長焰煤的理化性質。對長焰煤較為完整的探究彌補了長期以來業界對長焰煤具體機構與理化性質研究的缺失，對長焰煤煤炭資源綜合開發及利用有參考意義。

關鍵詞 長焰煤；煤的結構；理化性質

中圖分類號：TQ531 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0157-01

在我國的煤炭分類中，長焰煤是變質程度最低的煙煤，是煤化程度僅高于褐煤的煤種。長焰煤作為我國重要的動力用煤和民用煤，在一次能源結構中占著不可或缺的重要地位。對長焰煤的煤質特征進行分析，研究查明其變化規律，對長焰煤煤炭資源綜合開發及利用具有重要的意義。我國長焰煤多數為侏羅紀低變質程度煤，已探明儲量約155.1 Gt[1]，主要產地有甘肅的靖運、河南的義馬、陜西的彬縣、遼寧的阜新、撫順，山西的大同及平朔等[2]。

1 長焰煤的結構特征

1）基本結構單元。

煤的基本結構單元包括規則部分和不規則部分。規則部分為基本結構單元的核部分，由幾個或十幾個苯環、脂環、氫化芳香環及雜環（含氮、氧、硫）所組成。在苯環的周圍連接著各種含氧基團和烷基側鏈，屬于基本結構單元的不規則部分。

隨著煤化程度的提高，苯核逐漸增多，而不規則部分逐漸減少。長焰煤的基本結構單元如圖1。

圖1 長焰煤分子結構的兩種主要形式

2）基本結構單元的邊緣基團。

長焰煤基本單元結構的邊緣基團是其結構的不規則部分，主要是含氧官能團和烷基側鏈，還有很少的氮和硫的官能團以及橋鍵。

①含氧官能團。長焰煤的含氧官能團主要為酚羥基（—OH）。一般認為，絕大多數煤只含酚羥基而極少含有醇羥基。它們存在于泥炭、褐煤和煙煤中，是長焰煤的主要含氧官能團。另外，在長焰煤的基本結構單元中還含有一些羰基（C=O）。

②烷基側鏈。煤的紅外光譜、核磁共振、氧化和熱裂解的研究都已確認煤的結構單元上連接有烷基側鏈。烷基側鏈隨煤化程度的增加很快縮短，然后變化減緩。長焰煤屬低變質程度的煙煤，其烷基側鏈碳原子數平均為2左右。

③含硫和含氮官能團。硫中有機硫的主要形式是噻吩。其次是硫醚鍵和巰基（—SH）。長焰煤中含氮1%～2%，大約50%～75%的氮存在于吡啶環或喹啉環形式中，此外還有氨基、亞氨基、腈基和五元雜環等，其結構非常穩定。

④橋鍵：

次甲基鍵—CH2—，—CH2—CH2—，—CH2—CH2—CH2—等；

醚鍵和硫醚鍵—O—，—S—，—S—S—等；

次甲基醚鍵—CH2—O—，—CH2—S—等；

芳香碳—碳鍵—CAR-—CAR—。

在長焰煤結構中橋鍵發達，且主要以前三種形式存在。

2 長焰煤的理化性質

1）表面性質。長焰煤新鮮斷面有瀝青光澤或弱瀝青光澤，斷口多為參差狀[4]，顏色黑中帶褐。其在磁板上畫出條痕的顏色為淺棕色。

2）密度。長焰煤的孔隙和裂隙對其密度造成一定的影響。經測定，長焰煤視密度變化范圍從1.41到1.53 g/cm3，平均

1.45 g/cm3。

3）機械性質。

①硬度。從褐煤開始，顯微硬度隨著煤化程度的提高而上升，在碳含量為75%到80%之間有一個極大值；此后，顯微硬度隨著煤化程度的提高而下降，在碳含量達到85%左右最低；煤化程度再提高，顯微硬度又開始上升，到無煙煤階段，顯微硬度幾乎隨著煤化程度的提高而呈直線上升。長焰煤的顯微硬度約30 kg/mm2。

②脆度。煤的脆度與煤的煤巖組成和煤化程度有關。煤化程度向氣煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤方向降低時，其脆性也逐漸降低。

③彈性。煤的彈性與煤的種類、粒度組成和礦物組成及含量等多種因素有關。綜合各種因素，長焰煤的彈性較低，但應根據不同煤種做具體判斷。

④可磨性。在低煤化程度階段，隨煤化程度的增加，煤化程度的可磨性緩慢增加，但不同長焰煤的哈氏可磨性指數（HGI）也有較大的差異，例如義馬千秋礦HGI較高為78，而楊村礦和常村礦煤的HGI則分別為60和61。

4）熱性質。煤的熱穩定性和成煤過程中的地質條件有關，也與煤中礦物質的組成及化學成分有關。對于長焰煤而言，由于其煤化程度較低，空隙度較大、含水分較多、在驟然升溫過程中水分突然析出，會使塊煤破裂而降低其熱穩定性，而且不同地區長焰煤甚至不同煤層長焰煤熱穩定性波動較大。

5）電性質。煤是一種導體和半導體，其電阻率受煤化程度、煤巖成分、礦物質的數量和組成、煤的水分、孔隙度和煤的結構等影響。其電導率隨煤化程度的加深而增加，碳含量達到87%以后，電導率急劇增加。褐煤的電阻率較低，隨著煤化程度的加深電阻率增加，到長焰煤時達到最大，此后煤化程度加深，煤的電阻率呈緩慢下降趨勢，碳含量達到90%以上的無煙煤，電阻率急速下降。

6）磁性質。煤的有機質一般具有抗磁性，即在外磁場的作用下產生的附加磁場與外磁場的方向相反。比磁化率x是指在1高斯磁場強度下，1 g物質的磁化率。煤的比磁化率隨煤化程度的提高而呈直線增加，碳含量在79%～91%之間出現轉折，增大幅度減緩，此后則急劇增大。長焰煤的比磁化率x在0.60×10-6～0.65×10-6cm3·g-1之間。

7）潤濕性。煤的潤濕性根本上取決于煤表面的分子結構特點。隨著碳含量的增加，煤對水的潤濕性是下降的。由于長焰煤分子中含有較大的極性含氧官能團，所以長焰煤相比其它煙煤和無煙煤具有略微高的潤濕性，即親水性，可浮性略差。

3 結論

長焰煤是變質程度最低的高揮發分非煉焦煙煤，其分子結構中側鏈官能團較多，硬度差，孔隙率較大，親水性較強。

參考文獻

[1]陳忠峰，鄭明東，張代林，等.長焰煤配煤煉焦的可行性研究[J].選煤技術，2010（12）.

[2]青渝.我國煤炭種類知多少[J].中國地理教學參考，2000（03）.

[3]張雙全，吳國光.煤化學[M].中國礦業大學出版社，2004.

[4]郭菲，王卓，趙杰.阜新—雷家區長焰煤煤質特征[J].中國新技術新產品，2011（05）.

作者簡介

李文靜（1990-），女，漢族，山東人，碩士研究生在讀，研究方向：礦物加工原理、工藝及設備。endprint

摘 要 文章從基本結構單元、基本結構單元的邊緣基團以及結構參數等方面介紹了長焰煤的結構特征，從表面性質、機械性質、熱性質、電性質、光學性質、磁性質、潤濕性空隙度及比表面積等方面系統闡述了長焰煤的理化性質。對長焰煤較為完整的探究彌補了長期以來業界對長焰煤具體機構與理化性質研究的缺失，對長焰煤煤炭資源綜合開發及利用有參考意義。

關鍵詞 長焰煤；煤的結構；理化性質

中圖分類號：TQ531 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0157-01

在我國的煤炭分類中，長焰煤是變質程度最低的煙煤，是煤化程度僅高于褐煤的煤種。長焰煤作為我國重要的動力用煤和民用煤，在一次能源結構中占著不可或缺的重要地位。對長焰煤的煤質特征進行分析，研究查明其變化規律，對長焰煤煤炭資源綜合開發及利用具有重要的意義。我國長焰煤多數為侏羅紀低變質程度煤，已探明儲量約155.1 Gt[1]，主要產地有甘肅的靖運、河南的義馬、陜西的彬縣、遼寧的阜新、撫順，山西的大同及平朔等[2]。

1 長焰煤的結構特征

1）基本結構單元。

煤的基本結構單元包括規則部分和不規則部分。規則部分為基本結構單元的核部分，由幾個或十幾個苯環、脂環、氫化芳香環及雜環（含氮、氧、硫）所組成。在苯環的周圍連接著各種含氧基團和烷基側鏈，屬于基本結構單元的不規則部分。

隨著煤化程度的提高，苯核逐漸增多，而不規則部分逐漸減少。長焰煤的基本結構單元如圖1。

圖1 長焰煤分子結構的兩種主要形式

2）基本結構單元的邊緣基團。

長焰煤基本單元結構的邊緣基團是其結構的不規則部分，主要是含氧官能團和烷基側鏈，還有很少的氮和硫的官能團以及橋鍵。

①含氧官能團。長焰煤的含氧官能團主要為酚羥基（—OH）。一般認為，絕大多數煤只含酚羥基而極少含有醇羥基。它們存在于泥炭、褐煤和煙煤中，是長焰煤的主要含氧官能團。另外，在長焰煤的基本結構單元中還含有一些羰基（C=O）。

②烷基側鏈。煤的紅外光譜、核磁共振、氧化和熱裂解的研究都已確認煤的結構單元上連接有烷基側鏈。烷基側鏈隨煤化程度的增加很快縮短，然后變化減緩。長焰煤屬低變質程度的煙煤，其烷基側鏈碳原子數平均為2左右。

③含硫和含氮官能團。硫中有機硫的主要形式是噻吩。其次是硫醚鍵和巰基（—SH）。長焰煤中含氮1%～2%，大約50%～75%的氮存在于吡啶環或喹啉環形式中，此外還有氨基、亞氨基、腈基和五元雜環等，其結構非常穩定。

④橋鍵：

次甲基鍵—CH2—，—CH2—CH2—，—CH2—CH2—CH2—等；

醚鍵和硫醚鍵—O—，—S—，—S—S—等；

次甲基醚鍵—CH2—O—，—CH2—S—等；

芳香碳—碳鍵—CAR-—CAR—。

在長焰煤結構中橋鍵發達，且主要以前三種形式存在。

2 長焰煤的理化性質

1）表面性質。長焰煤新鮮斷面有瀝青光澤或弱瀝青光澤，斷口多為參差狀[4]，顏色黑中帶褐。其在磁板上畫出條痕的顏色為淺棕色。

2）密度。長焰煤的孔隙和裂隙對其密度造成一定的影響。經測定，長焰煤視密度變化范圍從1.41到1.53 g/cm3，平均

1.45 g/cm3。

3）機械性質。

①硬度。從褐煤開始，顯微硬度隨著煤化程度的提高而上升，在碳含量為75%到80%之間有一個極大值；此后，顯微硬度隨著煤化程度的提高而下降，在碳含量達到85%左右最低；煤化程度再提高，顯微硬度又開始上升，到無煙煤階段，顯微硬度幾乎隨著煤化程度的提高而呈直線上升。長焰煤的顯微硬度約30 kg/mm2。

②脆度。煤的脆度與煤的煤巖組成和煤化程度有關。煤化程度向氣煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤方向降低時，其脆性也逐漸降低。

③彈性。煤的彈性與煤的種類、粒度組成和礦物組成及含量等多種因素有關。綜合各種因素，長焰煤的彈性較低，但應根據不同煤種做具體判斷。

④可磨性。在低煤化程度階段，隨煤化程度的增加，煤化程度的可磨性緩慢增加，但不同長焰煤的哈氏可磨性指數（HGI）也有較大的差異，例如義馬千秋礦HGI較高為78，而楊村礦和常村礦煤的HGI則分別為60和61。

4）熱性質。煤的熱穩定性和成煤過程中的地質條件有關，也與煤中礦物質的組成及化學成分有關。對于長焰煤而言，由于其煤化程度較低，空隙度較大、含水分較多、在驟然升溫過程中水分突然析出，會使塊煤破裂而降低其熱穩定性，而且不同地區長焰煤甚至不同煤層長焰煤熱穩定性波動較大。

5）電性質。煤是一種導體和半導體，其電阻率受煤化程度、煤巖成分、礦物質的數量和組成、煤的水分、孔隙度和煤的結構等影響。其電導率隨煤化程度的加深而增加，碳含量達到87%以后，電導率急劇增加。褐煤的電阻率較低，隨著煤化程度的加深電阻率增加，到長焰煤時達到最大，此后煤化程度加深，煤的電阻率呈緩慢下降趨勢，碳含量達到90%以上的無煙煤，電阻率急速下降。

6）磁性質。煤的有機質一般具有抗磁性，即在外磁場的作用下產生的附加磁場與外磁場的方向相反。比磁化率x是指在1高斯磁場強度下，1 g物質的磁化率。煤的比磁化率隨煤化程度的提高而呈直線增加，碳含量在79%～91%之間出現轉折，增大幅度減緩，此后則急劇增大。長焰煤的比磁化率x在0.60×10-6～0.65×10-6cm3·g-1之間。

7）潤濕性。煤的潤濕性根本上取決于煤表面的分子結構特點。隨著碳含量的增加，煤對水的潤濕性是下降的。由于長焰煤分子中含有較大的極性含氧官能團，所以長焰煤相比其它煙煤和無煙煤具有略微高的潤濕性，即親水性，可浮性略差。

3 結論

長焰煤是變質程度最低的高揮發分非煉焦煙煤，其分子結構中側鏈官能團較多，硬度差，孔隙率較大，親水性較強。

參考文獻

[1]陳忠峰，鄭明東，張代林，等.長焰煤配煤煉焦的可行性研究[J].選煤技術，2010（12）.

[2]青渝.我國煤炭種類知多少[J].中國地理教學參考，2000（03）.

[3]張雙全，吳國光.煤化學[M].中國礦業大學出版社，2004.

[4]郭菲，王卓，趙杰.阜新—雷家區長焰煤煤質特征[J].中國新技術新產品，2011（05）.

作者簡介

李文靜（1990-），女，漢族，山東人，碩士研究生在讀，研究方向：礦物加工原理、工藝及設備。endprint

摘 要 文章從基本結構單元、基本結構單元的邊緣基團以及結構參數等方面介紹了長焰煤的結構特征，從表面性質、機械性質、熱性質、電性質、光學性質、磁性質、潤濕性空隙度及比表面積等方面系統闡述了長焰煤的理化性質。對長焰煤較為完整的探究彌補了長期以來業界對長焰煤具體機構與理化性質研究的缺失，對長焰煤煤炭資源綜合開發及利用有參考意義。

關鍵詞 長焰煤；煤的結構；理化性質

中圖分類號：TQ531 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0157-01

在我國的煤炭分類中，長焰煤是變質程度最低的煙煤，是煤化程度僅高于褐煤的煤種。長焰煤作為我國重要的動力用煤和民用煤，在一次能源結構中占著不可或缺的重要地位。對長焰煤的煤質特征進行分析，研究查明其變化規律，對長焰煤煤炭資源綜合開發及利用具有重要的意義。我國長焰煤多數為侏羅紀低變質程度煤，已探明儲量約155.1 Gt[1]，主要產地有甘肅的靖運、河南的義馬、陜西的彬縣、遼寧的阜新、撫順，山西的大同及平朔等[2]。

1 長焰煤的結構特征

1）基本結構單元。

煤的基本結構單元包括規則部分和不規則部分。規則部分為基本結構單元的核部分，由幾個或十幾個苯環、脂環、氫化芳香環及雜環（含氮、氧、硫）所組成。在苯環的周圍連接著各種含氧基團和烷基側鏈，屬于基本結構單元的不規則部分。

隨著煤化程度的提高，苯核逐漸增多，而不規則部分逐漸減少。長焰煤的基本結構單元如圖1。

圖1 長焰煤分子結構的兩種主要形式

2）基本結構單元的邊緣基團。

長焰煤基本單元結構的邊緣基團是其結構的不規則部分，主要是含氧官能團和烷基側鏈，還有很少的氮和硫的官能團以及橋鍵。

①含氧官能團。長焰煤的含氧官能團主要為酚羥基（—OH）。一般認為，絕大多數煤只含酚羥基而極少含有醇羥基。它們存在于泥炭、褐煤和煙煤中，是長焰煤的主要含氧官能團。另外，在長焰煤的基本結構單元中還含有一些羰基（C=O）。

②烷基側鏈。煤的紅外光譜、核磁共振、氧化和熱裂解的研究都已確認煤的結構單元上連接有烷基側鏈。烷基側鏈隨煤化程度的增加很快縮短，然后變化減緩。長焰煤屬低變質程度的煙煤，其烷基側鏈碳原子數平均為2左右。

③含硫和含氮官能團。硫中有機硫的主要形式是噻吩。其次是硫醚鍵和巰基（—SH）。長焰煤中含氮1%～2%，大約50%～75%的氮存在于吡啶環或喹啉環形式中，此外還有氨基、亞氨基、腈基和五元雜環等，其結構非常穩定。

④橋鍵：

次甲基鍵—CH2—，—CH2—CH2—，—CH2—CH2—CH2—等；

醚鍵和硫醚鍵—O—，—S—，—S—S—等；

次甲基醚鍵—CH2—O—，—CH2—S—等；

芳香碳—碳鍵—CAR-—CAR—。

在長焰煤結構中橋鍵發達，且主要以前三種形式存在。

2 長焰煤的理化性質

1）表面性質。長焰煤新鮮斷面有瀝青光澤或弱瀝青光澤，斷口多為參差狀[4]，顏色黑中帶褐。其在磁板上畫出條痕的顏色為淺棕色。

2）密度。長焰煤的孔隙和裂隙對其密度造成一定的影響。經測定，長焰煤視密度變化范圍從1.41到1.53 g/cm3，平均

1.45 g/cm3。

3）機械性質。

①硬度。從褐煤開始，顯微硬度隨著煤化程度的提高而上升，在碳含量為75%到80%之間有一個極大值；此后，顯微硬度隨著煤化程度的提高而下降，在碳含量達到85%左右最低；煤化程度再提高，顯微硬度又開始上升，到無煙煤階段，顯微硬度幾乎隨著煤化程度的提高而呈直線上升。長焰煤的顯微硬度約30 kg/mm2。

②脆度。煤的脆度與煤的煤巖組成和煤化程度有關。煤化程度向氣煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤方向降低時，其脆性也逐漸降低。

③彈性。煤的彈性與煤的種類、粒度組成和礦物組成及含量等多種因素有關。綜合各種因素，長焰煤的彈性較低，但應根據不同煤種做具體判斷。

④可磨性。在低煤化程度階段，隨煤化程度的增加，煤化程度的可磨性緩慢增加，但不同長焰煤的哈氏可磨性指數（HGI）也有較大的差異，例如義馬千秋礦HGI較高為78，而楊村礦和常村礦煤的HGI則分別為60和61。

4）熱性質。煤的熱穩定性和成煤過程中的地質條件有關，也與煤中礦物質的組成及化學成分有關。對于長焰煤而言，由于其煤化程度較低，空隙度較大、含水分較多、在驟然升溫過程中水分突然析出，會使塊煤破裂而降低其熱穩定性，而且不同地區長焰煤甚至不同煤層長焰煤熱穩定性波動較大。

5）電性質。煤是一種導體和半導體，其電阻率受煤化程度、煤巖成分、礦物質的數量和組成、煤的水分、孔隙度和煤的結構等影響。其電導率隨煤化程度的加深而增加，碳含量達到87%以后，電導率急劇增加。褐煤的電阻率較低，隨著煤化程度的加深電阻率增加，到長焰煤時達到最大，此后煤化程度加深，煤的電阻率呈緩慢下降趨勢，碳含量達到90%以上的無煙煤，電阻率急速下降。

6）磁性質。煤的有機質一般具有抗磁性，即在外磁場的作用下產生的附加磁場與外磁場的方向相反。比磁化率x是指在1高斯磁場強度下，1 g物質的磁化率。煤的比磁化率隨煤化程度的提高而呈直線增加，碳含量在79%～91%之間出現轉折，增大幅度減緩，此后則急劇增大。長焰煤的比磁化率x在0.60×10-6～0.65×10-6cm3·g-1之間。

7）潤濕性。煤的潤濕性根本上取決于煤表面的分子結構特點。隨著碳含量的增加，煤對水的潤濕性是下降的。由于長焰煤分子中含有較大的極性含氧官能團，所以長焰煤相比其它煙煤和無煙煤具有略微高的潤濕性，即親水性，可浮性略差。

3 結論

長焰煤是變質程度最低的高揮發分非煉焦煙煤，其分子結構中側鏈官能團較多，硬度差，孔隙率較大，親水性較強。

參考文獻

[1]陳忠峰，鄭明東，張代林，等.長焰煤配煤煉焦的可行性研究[J].選煤技術，2010（12）.

[2]青渝.我國煤炭種類知多少[J].中國地理教學參考，2000（03）.

[3]張雙全，吳國光.煤化學[M].中國礦業大學出版社，2004.

[4]郭菲，王卓，趙杰.阜新—雷家區長焰煤煤質特征[J].中國新技術新產品，2011（05）.

作者簡介

李文靜（1990-），女，漢族，山東人，碩士研究生在讀，研究方向：礦物加工原理、工藝及設備。endprint