中煤阶煤结构演化的Raman光谱表征

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 51; no. 8; pp. 295 - 303
• Main Authors: 邵燕, 陈小珍, 李晔熙, 左家琦, 崔曦, 蒋恒宇, 李美芬
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 太原理工大学煤与煤系气地质山西省重点实验室,山西太原 030024 01.08.2023; 太原理工大学地球科学与工程系,山西太原 030024
• Subjects: 中煤阶煤; 聚集态结构; middle-rank coal; coalification jump; 煤化作用跃变; aggregate structure; 结构演化; Raman spectroscopy; structural evolution; Raman光谱
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2022-0718

TD315; 发生在中煤阶阶段的第二次煤化作用跃变导致煤的许多物理化学性质出现了转折性变化,而聚集态结构变化可能是导致这种转折性变化的根本原因.为详尽研究中煤阶煤结构演化特征及其与第二次煤化作用跃变的关系,选取了 6个跨越第二次煤化作用跃变的中煤阶煤样(Ro,max=1.10%～1.63%),应用拉曼光谱法(Raman)对其进行结构表征,并利用分峰拟合软件分别对其一级模和二级模光谱曲线进行分峰拟合,在此基础上计算了相关结构参数.结果表明:Raman结构参数随Ro,max的演化不是线性的,反映煤结构演化的复杂性,据 Raman结构参数的演化特征,可以将 Ro,max= 1.10%～1.63%阶段的煤化作用分为 3个阶段,转折点分别位于Ro,max=1.30%和Ro,max=1.50%附近,正好与前人发现的第 2次和第 3次煤化作用跃变发生的位置相当,说明Raman结构参数可以反映煤化作用跃变的发生,同时也表明 Raman光谱是一种研究煤结构的有效手段.第 1阶段为Ro,max=1.10%～1.30%,以长链脂肪族结构裂解生成液相物质为主,同时断裂后的较短链的脂肪烃及芳环上的脂肪族取代基会形成脂肪环结构,煤结构的支链化程度增加,阻碍了芳香体系之间的定向排列,芳香体系排列有序度达到最差,表现为WG最小(G峰位置),FG/D最大(F为两峰半高宽比),AD/AG最小(A为峰面积),AS/A1 增加,A(2G)R/A2 大幅减小;第 2阶段为Ro,max=1.30%～1.50%,上一阶段形成的脂肪环发生芳香化作用,导致芳香C—H结构含量增加,无定形碳含量达到最少,芳香化程度及芳香结构有序度均增加,表现为A(GR+VL+VR)/AD、A(GR+VL+VR)/AG和FG/D大幅减小,AD/AG增加,WG及d(G-D)快速增加;第3阶段为Ro,max=1.50%～1.63%,一方面,第二阶段形成的芳香环之间发生缩聚反应,导致A(2G)R/A2 减小,另一方面,芳香环体系间的各种桥键继续断裂,导致一些小尺寸芳香结构的生成,表现为A(2G)R/A2 减小,WG小幅减小,A(GR+VL+VR)/AD和A(GR+VL+VR)/AG增加.这些结果是深入理解煤化作用跃变机制及煤化作用机制的基础.