陜北侏羅紀煤不同顯微組分的分子結構特征

張戰波，王宏科，李煥同，曹宇翔，陳 菲，郭書全，王建文

(1.陜煤集團 神木檸條塔礦業有限公司，陜西 神木 719300； 2.陜西陜煤陜北礦業有限公司，陜西 榆林 719000；3.西安科技大學 地質與環境學院，陜西 西安 710054)

1 實驗方法

1.1 樣品來源

煤樣采自陜北侏羅紀煤田張家峁煤礦和檸條塔煤礦2-2煤層，采樣方法遵照《煤層煤樣采取方法》GB/T 482—2008，采集后及時裝入預備樣品袋中封存，擠出空氣，防止樣品污染和氧化。根據光澤、硬度、脆度和密度等物性差異，分離并富集不同有機顯微組分，獲得原煤(ZR)、富鏡質組煤(ZV、NV)和富惰質組煤(ZI、NI)。工業分析、元素分析和煤巖顯微組分識別和鏡質組反射率分別依據GB/T 212—2008、GB/T 31391—2015和GB/T 15590—2008等規范測定，分析結果見表1。

表1 煤樣的工業分析、元素分析和煤巖分析Tab.1 Proximate analysis，ultimate analysis and petrographical analysis of coal samples

1.2 實驗方法

1.2.1 X射線衍射分析

采用XD-3型X射線衍射儀(XRD)分析煤大分子結構特征，測試條件：Cu靶，波長0.154 16 nm，管壓36 kV，管流20 mA，發散狹縫1 mm，接收狹縫0.16 mm，步進式掃描，步寬為0.02°，掃描速度為4°/min，測量范圍(2θ)為5°～80°。XRD譜圖如圖1(a)所示。

圖1 XRD譜圖Fig.1 XRD spectrum

1.2.2 紅外光譜分析

儀器采用Bruker Tensor37紅外光譜儀，采用溴化鉀壓片法，稱取煤樣和溴化鉀粉末按照質量比為1∶200比例混合，在瑪瑙研缽中充分研磨混勻，置于模具中，在油壓機上壓成透明薄片，烘箱中100 ℃持續干燥4 h。設置波數測定范圍在4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1，累加掃描次數32次，FTIR譜圖如圖2所示。

圖2 煤樣的FTIR譜圖Fig.2 FTIR spectra of different coal samples

2 結果與分析

2.1 XRD結構參數

通常認為，10°～35° (2θ)處的非對稱寬緩峰為002峰和γ帶疊加產生，γ帶與分子中脂肪碳(脂鏈和脂環)結構相關，變質程度越高，脂肪碳結構發育性越差[13-14]。在43° (2θ)左右低矮寬緩峰為100峰和101峰的疊合峰，圖中難以區分，故統稱10l峰，與芳香環的縮合程度相關，即芳香環構成似層狀結構的尺寸大小[15-16]。……