“矿产资源勘查与评价”课程教学改革探索

“矿产资源勘查与评价”是一门理论性和实践性都很强的专业型主干课。本文提出了课程要求与目的,并给出了课程的体系安排;针对目前矿业类课程的实际情况以及存在问题,结合课程内容点,提出了“跳出课本”“翻转课堂”“计分问答”“增强实践”四种教学方式,从而提高了学生的专注度,激发了学生的积极性,提高了教学质量,更有助于为社会培养实践性复合人才。

煤有机大分子碳结构石墨化机制

煤化作用和石墨化作用共同控制煤的形成和演化,因煤物质成分、化学结构的复杂性和石墨化作用的特殊性,使得研究煤大分子结构热演化过程非常困难。为了探索煤化过程和石墨化过程中的大分子结构变化特征,通过煤质分析、固体核磁共振、高分辨率透射电镜(HRTEM)、黄金管热模拟等实验技术和Amsterdam Modeling Suite (AMS)量子化学计算技术,对不同煤阶煤和煤系石墨样品进行测试分析,从大分子量子化学角度构建不同煤阶煤的有机大分子结构,以揭示煤的有机质大分子碳结构演化及石墨化机制。(1)随着成熟度升高,煤大分子结构中芳香结构的占比逐渐增大,脂肪结构含量逐渐减小,芳碳率在无烟煤阶段达到0.9以上;(2)低煤级煤和中煤级煤大分子中2×2、3×3尺寸的芳香条纹含量占比最大,随着成熟度的升高优势方向(75°、90°和105°)条纹占比由26.47%增至50.10%,在无烟煤和高级无烟煤阶段出现芳香条纹堆叠现象;(3)利用构建的三维大分子结构模型开展热解模拟计算,发现随着模拟温度升高,芳香层片间距有规律的减小,从0.400 nm降至0.318 nm,这与低煤阶煤到高煤阶煤芳香层片层间距从0.467 5 nm降到0.368 0 nm的结果是一致的;(4)分析评价了煤石墨化过程中大分子结构体系的变化规律,初步认为杂原子和脂肪结构的脱除是煤芳香结构向晶簇转化的原因,并探讨了煤大分子石墨化机制,初步揭示煤化作用和石墨化作用过程中,碳结构的变化规律和演化机理。

范各庄矿烟煤大分子结构模型构建及其梯度升温热解模拟

以范各庄矿烟煤为研究对象,采用^(13)C-NMR,FTIR和元素分析等进行化学表征,利用计算机辅助功能,建立了有机分子结构模型。利用Material Studio程序将得到的模型进行退火计算,使模型处于能量最低状态,更接近于室温状态下煤本身的性质。利用ReaxFF MD方法将范各庄矿烟煤分子模型进行梯度升温热解模拟计算,区别于程序升温,梯度升温保证在特定温度点的反应更加充分,比程序升温能够更好地还原实际热解过程。基于模拟结果分析了在热解过程中的不同温度的产物分布,以及焦炭、焦油、气态烃的动态变化过程。结果表明:随着温度升高,反应速率逐渐加快,焦炭产率逐渐下降,焦油产率出现先增大后减小的趋势,气态烃产物逐渐升高,其中的典型气体变化也根据温度的不同呈现出不同的产出形式;在梯度升温热解过程中C_(5)~C_(13)轻焦油与C_(14)~C_(40)重焦油的变化过程均有先升高后减少的变化趋势,但重焦油在二次裂解后,逐渐趋于稳定状态,而轻焦油在较高的温度状态下有小幅度增加的趋势;对模型进行了不同升温速率的升温热解,结果表明升温速率的提高可以加快焦炭的裂解速度,但由于较慢的升温速率可以有更多的反应时间,增加了小分子类物质的碰撞概率,提高了气态烃的产量,而随着升温速率的增加,焦油的二次裂解现象也愈发不明显,这也说明了焦油的二次裂解现象需要在较高的温度环境下并且需要更多的反应时间。