中国煤中硫含量分布特征及其沉积控制

基于全国煤炭资源潜力评价最新研究成果,结合前人研究结果,采用保有储量加权平均法,分析了我国煤中全硫和形态硫的地质分布和行政区分布规律,讨论了影响煤中硫含量分布的地质原因。结果显示:我国煤中硫含量变化范围大,以特低硫煤和低硫煤为主,全硫含量的保有储量加权平均值为1.14%;晚二叠世、早石炭世和晚石炭世煤中全硫含量较高,早—中侏罗世煤最低;华南赋煤区煤中硫分含量最高,西北赋煤区煤中硫分最低,以浙、赣、渝、桂为界,煤中硫分有从西北向东南方向逐渐升高再降低的趋势;高有机硫煤主要分布于华南晚二叠世及华北晚石炭世煤层;煤中硫含量高低显著受到沉积环境的影响,受海水影响的煤及海陆交互相沉积的煤层硫分较高,陆相沉积的煤层硫分较低。

中国煤中有机硫赋存状态、地质成因的研究

有机硫以化学键的形式结合于煤的有机分子之中 ,由于其组成复杂和研究手段的局限性 ,关于煤中有机硫化合物的类型结构和丰度的细致研究仍是一个令人棘手的问题。本文详细讨论了有机硫的赋存状态、结构、形成机理和成因等 ,以加深对有机硫的认识 。

山西省太原组和山西组煤质特征分析

在收集山西省煤田大量煤质资料的基础上,绘制了该省太原组和山西组煤层主要煤质指标的等级图或等值线图,在此基础上分析了6种指标的分布规律。结果表明:太原组的煤中灰分有北高南低、西高东低的特点,而煤中硫分则南高北低,分带明显;山西组从北往南灰分产由高到低变化,具有明显的分带性;而煤中硫分多为低硫煤。煤中挥发分总体上呈北高南低、西高东低的特点。煤的黏结指数亦呈北高南低、西高东低的趋势,其中霍西煤田中部均为高值中心,反映了煤的变质程度由北向南、由西向东逐渐变高,煤类由烟煤向无烟煤变化的趋势。原煤干燥基高位发热量大于27 MJ/kg,且大部分区域属于特高热值煤,结果为评价和充分合理利用山西省的煤炭资源提供了科学依据。

开滦矿区煤中微量元素的分布特征

运用高分辨率电离耦合等离子体质谱(HRICP-MS)、电离耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、冷原子吸收光谱(CV-AAS)、原子荧光光谱(AFS)、离子选择性电极法(ISE)等方法测试了开滦矿区晚古生代47个煤样中的微量元素;采用储量权衡的方法,计算了开滦矿区煤中微量元素的均值,并与地壳克拉克值、华北地台晚古生代煤中均值、全国煤中均值进行了对比.研究发现,开滦矿区晚古生代煤中As(6 61μg/g)、Cd(0 2μg/g)、Cr(29 91μg/g)、Cu(34 98μg/g)、Ni(15 44μg/g)和Zn(67 89μg/g)等潜在的微量有害元素偏高,值得关注;并在我国煤中检测出了Re元素.

四川晚二叠世煤中硫与成煤环境的关系

本文从沉积学、成煤环境、地球化学等方面研究了煤中硫的分布规律，并详细阐明了煤中硫与成煤环境的关系。研究表明：煤中硫的赋存状况，不仅受成煤环境的影响，而且受其顶板沉积环境的影响。成煤环境奠定了煤中硫的分布基础，而顶板环境则是促使煤富硫、高硫的重要因素。微咸水浑水潮坪的顶板沉积环境，导致了下伏煤高黄铁矿硫。

高硫煤中各种成因硫的光电子能谱研究

对煤中不同成因的黄铁矿和高有机硫煤进行ESCA测试分析。结果表明不同成因黄铁矿的氧谱峰形差异较大。后生黄铁矿氧谱峰形向高电子伏特方向呈不对称峰,主峰为533.0eV;而原生黄铁矿氧谱则以531.5eV峰为主;成岩期黄铁矿氧谱峰形宽,强度也不如前两种。半定量分析表明黄铁矿氧化比值与铁氧化率、氧含量呈正比,由原生→成岩→后生黄铁矿方向,氧化比值依次增加。高有机硫的四川南桐6号煤和贵州贵定煤的ESCA所测硫与湿式化学分析所测硫是相一致的,其中有机硫有脂类硫化物、噻吩和砜等,且主要为噻吩硫。运用光电子能谱法能较好地判断不同成因的黄铁矿。

煤中铅的地球化学特征

铅属于重金属元素 ,也是煤中的有害元素之一 ,煤中的铅通过风化、燃烧等各种途径转移到大气、水以及土壤中 ,对环境造成严重危害。本文应用地球化学、矿物学、物理化学和环境化学等方法 ,对煤中铅的地球化学特征、赋存状态、迁移规律与富集机制进行了详细论述 ,为环保和脱铅工艺提供了科学依据。

煤中黄铁矿的成因研究

本文在系统地研究四川晚二叠世高硫煤中黄铁矿矿物学的基础上,运用微区电子探针、中子活化、X光电子能谱和硫同位素等多种方法综合地研究煤中黄铁矿的结构、成分、价态及同位素等成因标型特征,对黄铁矿标型特征进行了成因探讨,有效地判别了成岩期形成的Ⅰ型脉状黄铁矿及后生热液Ⅱ型脉状黄铁矿。同时提出直接沉淀系列(自形晶→集合→聚晶)和复杂成因(微粒、莓粒→圆球→结核→团块)等两大类成因演化模式,它不仅对不同类型黄铁矿成分的差异加以解释,而且对了解黄铁矿物性(磁性、表面性)形成机制等都具有重要的理论及现实意义。

云南小发路无烟煤基石墨烯制备与谱学表征

为研究云南小发路无烟煤制备煤基石墨烯及其谱学特征,采用改良的Hummers氧化还原法制备煤基石墨烯,并综合利用透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征手段对原煤以及过程产物的化学结构进行表征,结果表明高温石墨化显著改善了小发路无烟煤的微晶结构,晶粒尺寸增加,平均芳香层数可达54.84,有利于后续氧化插层形成氧化石墨烯;氧化反应产生了大量含氧官能团,增加了煤基氧化石墨烯的缺陷度(ID1/IG=2.06),层间距可达0.790 nm;还原氧化石墨烯表面含氧官能团大幅度减少,缺陷度减小至1.58,芳构碳的有序度增加,成功制得煤基石墨烯;透射电镜下发现小发路无烟煤晶格条纹大部分为无定向弯曲,层间堆垛较厚,所制备的煤基石墨烯则呈透明薄层状,表面含有较多翘曲,边缘处可观察到线性晶格条纹,层数达3~5层。小发路无烟煤的含氧官能团以酚、醇、醚、酯为主,羧基含量较低,羟基共检测到环状羟基、与醚作用形成氢键的羟基、羟基间氢键相连的羟基、与芳香体系形成氢键的羟基以及自由羟基等5种,氧化后的煤基氧化石墨烯表面含氧官能团以醚和/或环氧化物、自缔合羟基和OH-醚氧键/环状羟基和羧基为主,而还原后煤基石墨烯中剩余的少量含氧官能团主要为醚和/或环氧化物,其稳定性较强,通过水合肼还原难以消除。

论褐煤煤岩学与加氢液化的关系

本文系统地研究了云南可保等地的褐煤岩石类型、显微组合、煤化程度与液化性能之间的关系,提出液化的转化率随褐煤的煤化程度的增高而降低,且与褐煤的反射率及凝胶化程度有较好的相关性,这与褐煤的原始物质中的沥青质和孔隙度等因素有关。

绿色煤炭矿山节能减排评价体系研究——以西山煤电集团为例

运用模糊层次法建立煤炭矿山节能减排评价体系,涵盖节能、污染物减排、综合支撑、技术研发与投入4个准则层指标,以及单位产值综合能耗、固体废弃物排放达标率、节能减排法律法规执行情况等22个二级指标。在此基础上,以西山煤电集团有限责任公司调研数据为依据,对绿色煤炭矿山节能减排评价体系进行实证研究,论证该评价指标体系的可行性和有效性,为煤炭行业循环经济的发展与节能减排工作的深入开展提供科学依据与技术保障。

煤有机地球化学研究进展与展望

本文定义了煤中有机元素并充实了有机地球化学概念,综述了近十年来关于煤中有机元素现状的研究、生物标志化合物、煤分子结构和煤微观超微观研究趋势,以及煤有机地球化学在地质、工业和生态环境中的应用,提出了研究存在问题并展望了未来这一领域发展趋势。近十年来,煤有机地球化学研究主要集中于高有机硫煤硫化合物、树皮煤脂肪烃和煤多环芳烃组成。煤大分子结构研究以键合结构和嵌布结构理论为主。煤显微组分研究主要集中于类脂体、惰质体成因。特殊煤研究尤其是中国特有的树皮体研究、煤显微组分的工艺性及其热演化、燃烧与气化残渣岩石学、煤系气、煤相和层序地层学、煤基石墨烯、低碳与生态环保等领域都是当前研究热点。随着新理论与高新技术的发展,未来煤有机地球化学会出现许多新的研究领域。

沥青质体和矿物沥青基质与沉积有机基质关系

在综述了沥青质体和矿物沥青基质的研究现状和分析了吐哈盆地侏罗纪和华北渤海湾盆地新生界的烃源岩及煤的基础上，初步提出了烃源岩沉积有机基质的分类，并与干酪根无定形体进行了对比研究，阐述了不同沥青质体和矿物沥青基质类型光性特征、成因及生烃性．为烃源岩评价提供了科学依据．

河北开滦矿区煤洗选过程中15种主要有害微量元素的迁移和分配特征

以河北开滦矿区晚古生代煤及其洗选产品为例,运用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和冷原子吸收光谱(CV-AAS)方法对煤中主要微量有害元素(包括Be、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Mo、Tl、Pb、Th、U和Hg)的含量及其在洗选过程中的迁移和分配特征进行了研究。通过对开滦矿区10个矿井47个煤层刻槽样品主要有害微量元素含量的统计,发现开滦矿区晚古生代煤中Cr、Ni、Cu、Zn、Pb和As富集。通过对原煤-精煤-中煤-尾煤-煤泥两套系列样品的分析,发现主要有害微量元素在精煤中都有不同程度的脱除,中煤中相对富集的元素有Se和Th,明显被脱除的元素有Co和Tl。除Tl以外,尾煤中主要微量有害元素均有不同程度的富集,以As的富集率最高,可达34.4%,Hg的富集率最低,为1.1%。煤泥中所有微量有害元素均相对富集,以Hg的相对富集率最高,达78.4%。因此,如果对尾煤和煤泥加以利用,需要特别关注As和Hg等微量有害元素对环境的影响。主要微量有害元素在洗选过程中的分配行为主要受控于它在煤中的赋存状态。

宁夏碱沟山脱灰无烟煤石墨烯量子点制备与谱学特征

采用一步化学氧化法,以宁夏碱沟山无烟煤为碳源,探讨了脱灰无烟煤制备石墨烯量子点的可行性。利用X射线衍射分析、拉曼光谱、高分辨透射电镜、X射线光电子能谱和荧光光谱等谱学方法,表征了脱灰无烟煤以及产物石墨烯量子点的化学结构和化学组成。宁夏碱沟山无烟煤及其脱灰样品的碳质量分数较高,分别为94.19%和94.43%,H/C原子比非常低,分别为0.14和0.15。原煤的显微组分以镜质体为主,为81.4%。X射线衍射分析结果表明,脱灰无烟煤的芳香片层直径(L_(a))、堆砌高度(L_(c))及平均堆积层数(Nave)均较好,L_(a)达6.0 nm以上,L_(c)为2.02 nm,平均Nave超过6,具有较高的芳香度,fa为0.89。拉曼光谱分析显示,脱灰无烟煤多环芳香化合物的C—C震动强烈,I_(D)/I_(G)强度比为0.85,G-D峰位差为157.88 cm^(-1),利于石墨烯量子点的制备。研究发现,碱沟山无烟煤通过一步化学氧化法可以制备出尺寸均一、晶型良好、荧光性质稳定的石墨烯量子点,芳香簇尺寸整体较大(8~9 nm),最大直径为12 nm,尺寸在6~10 nm的芳香簇数量达92%;与前驱体煤样相比,脱矿煤样制备的煤基石墨烯量子点具有更小的缺陷度,ID/IG强度比为0.81,G-D峰位差为264.25 cm^(-1)。高分辨透射电镜下煤基石墨烯量子点芳香环排列比较规则,六边形晶体结构可见,具有较好的结晶度。X射线光电子能谱表征表明脱灰无烟煤和所制备的石墨烯量子点的含氧官能团较为单一,主要为C=O(531.3eV),C-O(532.4 eV)和COO—(533.8 eV)。荧光光谱显示煤基石墨烯量子点最大荧光强度处的荧光颜色为蓝色且强度相对较弱,荧光量子产率也比较低,为3.98%。通过与前人研究结果对比,GQDs-JGS的直径明显大于烟煤、褐煤和焦炭制备的石墨烯量子点,散落面积也比其他煤级煤制备的石墨烯量子点要大,GQDs-JGS的芳香环排列也比较规则,不存在部分烟煤基石墨烯量子点中的缺陷结构。GQDs-JGS石墨烯量子点在激发条件下呈蓝色荧光,由于尺寸较大以及量子点边缘的缺陷效应,GQDs-JGS最大强度处波长、荧发强度和荧光量子产率要低于其他无烟煤所制备的量子点。

不同类型黄铁矿的扫描隧道显微镜研究

运用ＣＳＴＭ－９０００型扫描隧道显微镜对四川南桐、松藻等煤田的７个煤及顶底板中黄铁矿和２个矿床黄铁矿进行了初步研究。采用恒高模式扫描进行原子图像观察、恒流模式扫描进行微形貌观察。所观察图像范围从０．１ｎｍ～３μｍ不等。研究表明：（１）随着黄铁矿晶体由简单变复杂，其晶面的ＳＴＭ形貌，由具生长纹的有序细粒向粗粒结构及胶状结构方向演化，有序性变差。结核及脉状黄铁矿呈现粗粒或乳胶状。（２）继Ｅｇｇｌｅｓｔｏｎ和Ｆａｎ等人之后，成功地获得了较清楚的黄铁矿｛２１０｝和｛１００｝晶面的原子结构像。

云南小发路C5煤层无烟煤特性与煤相分析

综合运用煤岩学、煤化学等理论与方法,系统研究了云南省彝良县小发路优质无烟煤C 5煤层的煤岩、煤质特性,结合煤相参数分析其地质成因。结果表明:小发路优质无烟煤C 5煤层灰分产率极低(最低1.49%,小于5.00%的占76.5%);相对其他典型无烟煤(太西煤、晋城无烟煤等),C 5煤层煤氢含量高(多为3.22%~3.37%)、自由氢极高(2.95%~3.12%)且氧含量极低(1.44%~2.27%);C 5煤层煤以光亮型煤为主(79.8%),镜质组中结构镜质亚组与碎屑镜质亚组相近,惰质组中以结构亚组为主。C 5煤层剖面性质变化不大,煤相参数TPI大多大于1.00,GI为4.22~5.78,煤相为低位森林沼泽相。

京西煤制备氧化石墨烯分子结构模型的构建与优化

随着煤基碳材料的发展,石墨烯及石墨烯氧化物等二维碳纳米材料已成为目前新型材料中重要研究领域并成为研究热点。为查明煤基氧化石墨烯的化学成分组成和分子结构特征,以北京西山矿区侏罗纪门头沟系的8号煤层无烟煤为碳源,对京西原煤样和脱灰样进行了工业分析和元素分析,京西煤属于品质较好的低灰、低挥发分和特低硫无烟煤,脱灰后京西无烟煤的灰分产率从初始的9.26%下降到0.65%,表明矿物得到了有效去除。利用改良的Hummers氧化还原法制备煤基氧化石墨烯,并对制备的氧化石墨烯进行了核磁共振碳谱(^(13)C-NMR)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X-射线光谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段测试。通过Origin软件对所得数据进行分析和图谱拟合,得到了所制备煤基氧化石墨烯产品的元素比和产品结构参数。研究表明:京西煤基氧化石墨烯的芳香结构以苯、萘、蒽和菲为主;脂肪碳以次甲基、环烷烃的形式存在,其中含氧官能团以酚羟基和醚氧基为主,还含有大量的羧基。在此分析数据的基础上,构建了京西煤基氧化石墨烯的分子结构模型,并运用^(13)C-NMR预测软件ACD/CNMR predictor对其进行了结构修正,所得到的GO-JX分子结构模型与试验核磁共振图谱较一致。

反映褐煤成熟度的新指标——凝胶率

研究了几个不同煤化程度的褐煤,提出了一个用煤岩 学方法确定褐煤煤化程度的新指标(G^(?)值),该值与反射率、加氢液化的转化率等有很好的相关性。

黔西与湖南寒婆坳地区煤制石墨烯结构的演化特征

石墨烯作为21世纪的战略性新兴材料,因其优异的性能受到广泛关注。研究表明煤可作为石墨烯碳源,并且煤的属性也影响石墨烯的结构特征,结合我国煤变质成因复杂、煤变质作用类型多样的特点,旨在研究不同变质作用背景对石墨烯结构的影响特征。采集黔西地区深成叠加热液变质作用6个煤样及寒婆坳地区岩浆热变质作用4个煤样,全部利用HCl-HF-HNO3酸洗方法进行处理后得到脱矿煤样,以排除矿物的影响;后使用中频感应石墨化炉对脱矿煤样进行2800℃高温处理后得到煤基石墨样品;最后利用改进的Hummers氧化还原法对煤基石墨进行氧化、超声剥离、还原处理,得到石墨烯样品;用于测试样品微晶尺寸、空间形态等信息的X射线衍射(XRD)对脱矿样、煤基石墨、石墨烯进行表征并得到相关结构参数,用于测试样品缺陷、完整性的拉曼光谱(Raman)对脱矿样、煤基石墨、石墨烯样品进行表征并得到相关参数,用于观察样品微观表面形貌的透射电镜(TEM)对石墨烯样品进行表征并得到图像。实验及表征结果:透射电镜(TEM)得到的图像表明2种变质类型的煤均可制备出3~5层的石墨烯层片。X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)得到的相关参数表明煤的变质程度越高,对应的煤基石墨样品石墨化度越高,对应石墨烯样品的微晶结构片层越大、缺陷更少。以X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)测试参数为依据,相对于岩浆热变质作用,深成叠加热液变质背景石墨烯样品的L_(c)、d_(002)以及峰位差G-D、I_(D)/I_(G)的变化随Ro,max的变化较大;而相对于深成叠加热液变质作用,岩浆热变质背景石墨烯样品的L_(a)和L_(a)/L_(c)变化随Ro,max的变化较大;说明在深成叠加热液变质作用背景下,煤的变质程度越高,越易得到堆砌性好、定向排列强、缺陷少的石墨烯样品,而在岩浆热变质作用条件下,煤的变质程度越高,越易获得横向尺寸大、“扁圆”空间形态的石墨烯样品。如今所进行的工作在后续还有拓展研究的空间,岩浆以及无岩浆对煤制石墨烯结构的影响有何不同,或者温度和压力是如何影响煤制石墨烯结构,这些问题需进一步研究以推进煤制石墨烯领域的科学发展。