天然焦内炭微球显微光学特征、成因及其意义

天然焦内炭微球是煤层遭受岩浆速热变质的产物,其显微光学特征成因解析有助于深入认识煤速热碳化和热变质。采集安徽淮北石台煤矿富含炭微球的天然焦样品,利用高分辨率反射偏光显微镜和扫描电镜等实验手段,表征了天然焦中炭微球的粒度、分布、显微光学和超微组构特征,以揭示其光学各向异性的成因和热演化意义。结果显示,远离岩体天然焦中炭微球以粗粒为主,粒径10~100μm,少数可达150μm以上;紧邻岩体天然焦炭微球以细粒为主,粒径1~10μm,在岩体内脉状焦内甚至低至1μm以下。分析显示,粗粒炭微球和炭半球分别发育“十字”消光和“波状”消光,是其内部放射状一轴晶光率体在切面内投影的光学表征;细粒炭微球发育“十字-双曲线”消光,是其内部放射排布的二轴晶光率体切片投影的旋转效应。由此可见,趋近岩体,伴随着镜质体反射率增加,煤焦光率体逐渐由规则球形(光性均质体),向二轴椭球体(一轴晶)和三轴椭球体(二轴晶)转变。在该过程中,“十字”消光和“波状”消光的粗粒炭微球是煤热脱挥发分的产物,而“十字-双曲线”消光的细粒炭微球是煤热缩聚而片层化的标志。天然焦中炭微球的显微光学特征是煤层趋热碳化的结果,本质上是其光率体受热变形的光学表征,可有效评价岩浆蚀变煤焦的热变质程度。

基于Zeta电位和FTIR的中高阶煤与天然焦表面电性研究

通过对中高阶煤与天然焦表面电性的研究,可为揭示煤与天然焦电磁辐射机理,判断矿物可浮性和实现不同矿物分离提供基础。为深入了解中高阶煤与天然焦表面电性的差异,分析煤与天然焦表面官能团组成的差异,采用Zeta电位与FTIR分析方法对样品的表面特性进行综合分析,研究其表面电性与主要官能团的耦合关系。结果表明:①煤样的Zeta电位总体为负,天然焦样品的Zeta电位为正,同时随着变质程度的升高,样品表面负电官能团减少,Zeta电位增大;②脱灰后,样品表面负电官能团被破坏,煤与天然焦的Zeta电位均为正,且随着煤变质程度的增加,Zeta电位值减小;③羟基、COOH、C=O是影响Zeta电位的主要官能团,其中,C=O对Zeta电位的影响大于COOH;羟基-π是羟基结构中影响Zeta电位的主要官能团。研究成果为进一步探究煤与天然焦电磁辐射机理与浮选性提供基础。

关于炼焦煤矿井天然焦及热变煤分选的探索

本文根据范各庄矿12煤层2227工作面受岩浆岩影响,导致煤层受热变质的范围和程度,对变质煤样品中的天然焦及热变煤浮沉数据及关键指标进行了化验,为降低变质煤对炼焦精煤的污染,通过煤层搭配调控入洗原煤煤质及洗煤过程提高一段分选比重,降低二段分选比重的方法,可以大幅降低变质煤对炼焦精煤的污染,稳定精煤各项指标,同时将天然焦选入中煤,增加了企业经济效益。本文对炼焦煤矿井受岩浆岩影响导致产生的变质煤通过洗选去除,降低对炼焦煤指标的影响具有参考价值,同时对天然焦及热变煤回收利用具有借鉴意义。

天然焦的XRD及气化特性

利用X射线衍射技术对沛城煤矿天然焦、徐州韩桥烟煤和石墨粉试剂进行衍射实验,得出三种物质的结构特征。在热重天平上研究天然焦-CO2的气化反应性,并与烟煤的气化特性进行对比。结果表明,天然焦具有与无烟煤类似的微晶结构,表征晶体三维结构的101衍射峰并未出现;天然焦的气化活性要比烟煤差,但是在添加催化剂或者提高气化温度后天然焦的气化活性得到改善;比较三种催化剂的催化效果发现,K基催化剂的催化效果最好,其次是Ca基、Fe基催化剂。利用未反应收缩核模型能够很好地描述天然焦、烟煤的气化过程,通过计算得出气化反应的动力学参数。

天然焦的热解及动力特性

利用X 650型扫描电镜比较徐州沛城天然焦和徐州韩桥烟煤表观形貌,并在Thermax500型加压热重分析仪上采用非定温热分析法研究天然焦的热解特性.利用Coats-Redfern积分法对天然焦的热解过程进行了动力学分析,得出了天然焦在不同升温速率、不同粒径尺寸、不同操作压力下的动力学参数,相关系数绝大部分在0.99以上.试验结果表明:天然焦比煤具有更发达的孔隙结构;随着升温速率的增加,试样热解的TG曲线向高温区偏移,DTG曲线峰值位置也相应地移向高温区,总失重率、热解活化能增幅较小;小粒径试样的热解活化能较低,有利于挥发分的析出;增加操作压力,热解活化能随之增大,但增加幅度逐渐缓慢,热解失重率降低.

沛城煤矿天然焦的热解特性

天然焦是一种热值在18～28MJ·kg^-1的化石燃料，虽储量丰富，但多被弃用，有待于开发利用。采用TG-FT-IR联用技术在Thermax500型加压热重分析仪上比较徐州沛城煤矿天然焦与徐州韩桥烟煤的热解过程，并利用VECTOR22型红外分析仪对热解产物进行了分析。考察了升温速率、热解终温、颗粒尺寸和压力对天然焦热解特性的影响。结果表明，与煤的热解过程不同，天然焦的热解没有半焦形成阶段，只包括了2个不同的脱气阶段；随升温速率的提高，TG曲线向高温区偏移，升温速率对天然焦挥发分的析出量几乎没有影响；热解终温对试样挥发分析出量的影响较为明显，高温时，试样颗粒在显微镜下呈现出丰富的微孔结构，有利于挥发分的析出和还原活性的提高；颗粒粒度的减小有利于挥发分的析出；低于某特定温度，热解压力的影响较弱，当温度继续升高，压力的影响逐渐明显。

天然焦基活性炭的制备及其电化学性能

以永城天然焦为前驱体,KOH为活化剂制备高比表面积活性炭,并将其作为超级电容器的电极材料.采用N2吸附和X射线衍射(XRD)对活性炭的比表面积、孔结构及微晶结构进行了表征,用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等电化学测试手段评价了其电化学特性.在碱炭比为4∶1,800℃活化1h的条件下制备出比表面积2441m2/g,孔容1.5cm3/g,中孔率67%的活性炭.该活性炭电极在3MKOH水溶液及1M(C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯(PC)电解液中具有高的比电容(分别达到252F/g,163F/g),低的扩散阻抗(分别为0.5Ω和6.8Ω).

天然焦-H_2O气化反应特性

在加压热重分析仪上研究了气化温度和催化剂种类对沛城煤矿天然焦.-H_2O的气化反应特性的影响,用扫描电镜(SEM)观察不同温度下焦样的孔隙结构,并计算了动力学参数。结果表明,气化温度是影响天然焦-H_2O气化反应性的一个主要因素,随着温度的升高,天然焦的孔隙越发达,碳转化率明显增大;K基、Ni基、Fe基三种催化剂均能有效地促进气化反应,其中K基催化剂效果最好,其次是Ni基和Fe基催化剂;天然焦的活化能为E_a=147.25kJ/mol.

岱河煤矿煤—天然焦结构X射线衍射特征分析

为了正确划分煤与天然焦,进行合理的储量计算,采用X射线衍射方法,对岱河煤矿煤与天然焦系列样品进行了测试,根据测试结果利用布拉格方程和谢乐公式计算了d(002)、Lc、La等煤结构参数。结果表明:①随着煤向天然焦的转变,其d(002)减小、 Lc、La等值增大;②煤与天然焦在结构参数上存在明显分界;③随着煤变质程度的增加,(002)衍射峰向高角度方向偏移,峰形由低矮变为高耸。研究结果为煤、焦分采设计及煤炭资源的合理利用提供了科学依据。

几种因素对天然焦-H_2O气化反应活性的影响

在Therm ax500型加压热重分析仪上进行了天然焦-H2O气化反应试验,分析了常压下气化温度、水流量、氧气分压、反应气氛和灰分等因素的影响.结果表明,气化温度升高,天然焦-H2O气化反应明显加快;随着水流量加大,碳转化率有所增大,但水流量达到0.07 mL/m in后,碳转化率不再随水流量的进一步增加而变化;在气化剂中加入少量纯氧能有效促进气化反应;天然焦-H2O的气化速率明显大于天然焦-CO2的气化速率;天然焦脱灰后碳转化率略有降低.

永夏煤田天然焦赋存规律及其开发利用探讨

由于燕山期岩浆岩的侵入作用,永夏煤田煤层受到烘烤而变质为天然焦;有的地段煤层被岩浆岩"吞蚀"殆尽,给矿山企业采煤造成一定的影响;因此对永夏煤田的天然焦分布范围、赋存情况、开发利用前景进行探讨具有一定的意义。

河南省永夏煤田煤及天然焦资源的综合研究

天然焦作为一种新的绿色替代能源日益受到重视.探讨了永夏煤田的成矿地质特征,岩浆侵入对煤层的影响,煤和天然焦的物理化学特征.结果表明,用煤田地质和物探、钻探综合方法能够准确、快速的划分煤和天然焦.对于准确、快速计算煤和天然焦的地质储量、节约工程经费、节约工期、进一步详细勘探、井田设计等都具有一定的现实意义.

郓城井田天然焦综合勘探技术研究

郓城井田西部为天然焦和煤焦混合区。在区域及区内地质条件分析基础上,确立综合勘探方法,通过多因素、多参数综合研究,查明了岩浆侵入煤层在空间上大致形成接触变质带、天然焦带、煤焦过渡带三个变质带,探明埋深在-1 200 m水平以浅的煤炭、天然焦及煤焦混合体资源储量48 348.6万t,并探索出一条有效的焦煤勘探技术路线。

温度对天然焦蒸汽气化特性的影响

在小型流化床实验装置(50mm、高1.6m)上,考察了温度对沛城煤矿天然焦蒸汽气化产气量、碳转化率、煤气热值和煤气组分的影响,并与ASPENPLUS模拟结果进行了对比.实验结果表明:反应温度是影响气化反应的主要因素,温度升高,煤气组分中H2和CO2含量下降,CO含量增加;当气化反应温度从850℃提高到1000℃,碳转化率从10.25%提高到47.76%,产气量增加了4.3倍;H2和CO2的含量由63.0%和25.0%减少到59.8%和20.2%,CO含量由9.6%增加到18.5%;煤气热值从8.87MJ/m3增加到了9.33MJ/m3.应用ASPENPLUS软件模拟天然焦-蒸汽气化反应过程,同时考虑碳转化率,其模拟结果与实验数据接近,误差在可接受范围内,因此ASPENPLUS模拟对系统设计与优化具有参考意义.

天然焦及其综合利用

本文在分析天然焦性质、组成和形成机理的基础上，探讨了天然焦在型煤、煤化工、建材等工业中的应用途径。

催化剂对天然焦-蒸汽气化特性的影响

在小型流化床实验台上研究催化剂对天然焦-蒸汽气化特性的影响,考察了Ni、Fe、K、Ca基及其混合基催化剂对气化性能的影响。实验结果表明,添加催化剂能有效改善气化特性;单组分催化剂中,Ni基催化剂催化效果较好;复合型催化剂催化效果强于单组分催化剂。干混法添加天然焦质量4%的混合催化剂,其Fe基、Ni基、Cu基金属含量比分别为35%、55%、10%、与无催化剂相比,可将气化反应碳转化率从原来的34.6%提高到56.4%,提高1.63倍,产气量提高1.75倍,小时产气热值提高近2倍。

安徽淮北天然焦矿井探采对比的探讨

由于岩浆的侵入破坏作用,使得煤层结构复杂化,煤、天然焦和岩浆岩交叉混合在一起,降低了煤层和天然焦的可采性,开采条件变复杂。一直以来天然焦伴随煤炭一起勘查,其勘查线距也遵从煤炭相关规范,而实际开采天然焦采区的设计与井下实际的采区布置相差较远。以安徽淮北天然焦矿井为例,对该矿的探采对比情况进行探讨,认为勘探阶段针对天然焦矿层勘探钻孔间距和勘探线距,无法满足矿井实际开采需要,适宜的勘查工程线距至少为50~100m。

河南省永夏煤田新桥井田天然焦的岩石学研究

本文应用岩石学研究方法对河南永夏煤田新桥井田的天然焦进行了宏观特征、显微组分、反射率测定等研究,划分出两种不同类型的天然焦,确定了组成天然焦的七种组分、三种新生组分以及天然焦中矿物杂质及气孔构造,并分别进行了论述.

天然焦厚度的回归分析

以岱河煤矿Ⅲ1、Ⅲ3采区为例,对天然焦厚度与岩浆岩厚度之间的关系进行了研究,并建立起回归方程。研究工作对分析天然焦厚度分布规律、促进定性与定量相结合有重要意义。

阜新“天然焦”型煤原料的性能测试

阜新矿区的“天然焦”在粉碎后经降灰、降硫处理。加粘结剂制成型煤，可供冶金、造气、化肥等行业代替焦炭使用，解决了天然焦不易点燃、燃烧对爆裂、粉碎后难以成型等问题。为优选成型工艺的最佳条件，对所用的粘结列、原料等性能进行了测试、分析。