某煤礦煤巖組分的結構特征及其差異分析

杜 冉

（河鋼集團邯鋼公司，河北 邯鄲 056015）

0 引言

對原煤煤巖組分、煤體性質進行研究，對煤田合理規劃開采與后續原煤的合理加工利用有著重要意義。本文通過選取某礦原煤煤樣進行細觀、宏觀上的煤巖組分顯微結構分析，同時進行后續光譜結構處理及系統性的煤巖、煤質研究，為該礦煤的合理開發利用提供了科學數據支撐與借鑒。

1 煤巖組分結構特征分析

1.1 細觀及宏觀尺度下煤巖組分顯微結構結構分析

借助LeitzMPV-Ⅲ型號顯微光度計對該礦煤巖組分進行顯微定量觀測及反射率測定，所得該礦顯微煤巖組分如表1 所示，煤巖反射率如表2 所示。從表1、表2 中可以看出，該礦煤層性質以惰性組、鏡質組為主要成分，殼質組僅占煤總質量的3.5%，無機礦物質占比達3.93%；同時鏡質組鏡質體的反射率為0.48%，存在眾多微充填胞腔，表明煤層吸附性較強。完成上述操作后，又對該煤進行了熒光分析，對煤巖組分細觀結構下的熒光譜參數進行分析，并按照所得數據繪制出該煤各細觀組分的熒光光譜圖，具體如圖1 所示。

圖1 煤體各細觀組分的熒光光譜圖

表1 煤巖組分顯微結構分析

表2 煤巖組分反射率測定

在煤巖組分細觀結構研究的基礎上，在無風環境中對煤樣進行了宏觀尺度上的煤巖組分手選富集作業，得出鏡煤、亮煤、暗煤、絲炭四類宏觀尺度上的煤巖組分。選用MPV-Ⅲ顯微鏡光度計對宏觀尺度上的煤巖組分顯微結構進行定量區分，具體結果如表3 所示。

表3 宏觀尺度下的煤巖組分顯微煤巖結構分析

從表3 宏觀尺度下的煤巖組分顯微煤巖結構統計數據中可以看出，該煤鏡煤類型與絲炭類型下，鏡質組與惰性組質量分數分別達到了95.33%與93.15%，可以看出手選富集所得煤巖單組分的純度是很高的，因此這種手段可以用于對煤巖組分性質的研究當中。

1.2 煤的溶劑抽提及族組分構成分析

選用重蒸處理后的上述宏觀尺度下的四類煤結構組分進行索氏抽提，抽提時長設定為140 h，然后利用等對抽提物進行柱層析，隨后通過乙醇、二氯甲烷或苯作為展示劑進行族組分的分離操作，從而得到如表4 所示的溶劑抽提結果及族組分構成[1]。從表4 中可以看出，鏡煤與亮煤抽提率相對較高，其中鏡煤烷烴、瀝青含量較高，說明該類型煤適用于液化、氣化處理，可用作液態、氣態燃料的制備；而暗煤與絲炭兩者的抽提率相對較低，其中絲炭的芳香烴含量達到21.41%，數值最高，說明絲炭的芳構化程度較高，可用作碳素材料的原料。通過對四類組分煤體進行溶劑抽提及族組分構成分析，可依據煤體組分上存在的差異，合理進行用途劃分，從而發揮出各族組分的適宜價值[2]。

表4 煤溶劑抽提結果與族組分構成統計

1.3 煤與抽提殘煤的元素構成分析

對煤巖組分及抽提殘煤進行元素分析，從統計數據來看，該煤干燥無灰基揮發分w（Vdaf）為32%～42%，因此可以確定該煤屬于高揮發分煙煤，黏結性較差；鏡煤水分、揮發分及氫氧含量相比其他族組分含量較高，絲炭灰分、碳含量相對其他族組分含量較高[3]。通過對比發現，經過抽提作用下的殘煤中，揮發分與氫含量要相對未處理煤巖組分相對較低，因此得出經抽提處理后小分子烴類的含量將有所減少。

2 煤的FTIR 分析與結構參數

分析原煤與抽提殘煤的FTIR 光譜圖，具體如圖2 所示，其中左側為原煤FTIR 光譜圖，右側為抽提處理后殘煤FTIR 光譜圖[4]。從光譜圖曲線特征來看，未抽提處理煤樣與殘煤的紅外光譜特征基本相似，僅在某些吸收峰值上的吸收強度存在差異，同時后續對吸收峰歸屬與吸收特征進行解析處理，對吸收峰面積進行了定量計算。從計算結果來看，鏡煤在3 750～3 100 cm-1、2 880～2 800 cm-1、1 580～1 400 cm-1等處時吸收峰的強度較大，由于這幾處富含較多烷基側鏈及陽離子型官能團，例如-NH2、-NH 等；同時絲炭在3 100～3 000 cm-1、1 950～1 850 cm-1、1 800～1 700 cm-1、900～650 cm-1等處時吸收峰的強度較大，這幾處出現峰值的原因為絲炭的芳構化程度較高，同時分子中含較多含氧官能團。同時分析光譜圖曲線特征還可發現，溶劑抽提殘煤的芳構化程度相對原煤煤樣略有提高。

圖2 煤與抽提殘煤FTIR 光譜圖示意

3 結論

1）該原煤中惰性組質量分數達到了41.23%，屬高惰性組分煤，尤其是其中含量較大的火焚絲質體及半充填、微充填胞腔，是該礦原煤的一個重要煤巖組分特性，這些孔隙的存在對煤吸附性有著重要影響。

2）鏡煤水分、揮發分、氫氧含量相對其他族組分含量較高，絲炭碳含量與灰分含量相對其他族組分含量較高；同時鏡煤的抽提率較高的原因可以確定為其組分中烷烴、瀝青含量相對較高，絲炭抽提率較低的原因為芳烴含量相對較高。

3）通過FTIR 光譜圖分析，并進行峰值計算，可以發現鏡煤中含數量較多的烷基側鏈以及各類陽離子基團，而在絲炭中含量較多的是含氧官能團；雖然在鏡煤中氧含量較高，但其含氧官能團數量卻很少，絲炭中官能團數量較高，但總體氧含量卻很少，這也是兩者在結構上存在的顯著差異。

4）通過分析煤礦原煤及抽提殘煤煤巖組分結構特征及差異，可以更好地掌握各類型煤體的特性，同時結合相關特性開展工業化應用，例如鏡煤適用于液化、氣化處理，可用作液態、氣態燃料的制備，而絲炭的芳構化程度較高，可作為制作碳素材料的原料。