不同燃烧程度木炭的FTIR特征对煤中丝质体成因的指示意义

傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)作为一种非破坏性的手段被广泛用于化合物的鉴定及分子结构的表征。为了查明不同燃烧温度下木炭的化学结构变化特征,进而对煤中丝质体的成因提供理论基础,选取现代野火中的不同燃烧程度的植物样品(木炭),运用FTIR对它们的化学结构进行了定量表征。结果表明:样品的反射率和燃烧温度呈正比,测得燃烧程度最高的1号样品的最大燃烧温度达到了518℃。除1号样品外,其余样品中芳香结构均以苯环三取代为主,但随着燃烧温度的升高,发生了脱氢缩合反应,致使苯环三取代含量降低至20.5%,由于环烷结构的脱氢芳构化,四取代含量升高,五取代含量的变化则与脂肪链的环化和苯环的脱羧反应有关。随着燃烧温度的升高,由于环烷烃等脱氢后形成芳烃或是分子侧链脱落,导致C=C含量逐渐升高,在1号样品中达到32%。C-O的含量先降低再升高,在1号样品中烷基醚和芳基醚的含量最低,酚羟基的含量最高,可能是高温燃烧下醚键受热断裂生成酚类物质。C=O含量升高再降低,在1号样品中含量低至5.6%,这是由于该键的稳定性较差。由于燃烧温度的影响,脂肪类物质的含量变化较大,整体上亚甲基含量逐渐升高,甲基减少,支链化程度增大。样品中存在5种氢键类型,受低温影响的样品中主要以醚氧氢键为主(>55%)。在1号样品中,出现了环状氢键和羟基-N氢键,同时醚氧氢键含量显著降低至13.2%,这是由于温度升高引起的含氧官能团的减少。对比煤中丝质体的反射率和FTIR特征发现,煤中丝质体(半丝质体)与木炭的特征十分相近,可能主要由野火产生。这些变化表明了燃烧温度对木炭中化学结构的影响,反映了木炭中有机分子结构随温度的变化过程,为探索煤中有机质演化和丝质体的成因提供了理论依据。

沈北煤田煤中琥珀的植物来源和稳定同位素的古环境意义

琥珀是由古代植物代谢产生的树脂聚合物形成的化石。琥珀中的有机质保存环境稳定、封闭,能很好地记载其形成时期的古植物和古环境等信息。本次研究运用气象色谱质谱联用仪(GC-MS)和元素分析稳定同位素质谱仪(EA-IRMS)等测试方法,研究了沈北煤田煤中琥珀的有机地球化学组成、稳定同位素和化合物单体碳同位素特征。结果表明,琥珀中的饱和烃以二萜化合物为主(占73.45%),芳香烃以松香烷型化合物为主(56.17%);高含量的贝壳杉烷、雪松烷、扁枝烷和松香烷型化合物指示琥珀来源于松柏类植物,且以柏科植物为主。沈北琥珀的δ^(13)C值为-22.8‰~-21.2‰,与同时期其他地区琥珀的δ^(13)C值相似;氢同位素变化范围较小(-297.2‰~-276.0‰),氧同位素值为17.4‰~31.6‰。琥珀的稳定同位素组成(碳、氢和氧)进一步证明琥珀来源于裸子植物。琥珀的δ^(13)C值主要与其形成时的全球气温变化和大气组成有关。沈北琥珀的氢和氧同位素组成主要受植物种类(松柏类)以及植物生长的局部气温和降水条件有关。琥珀稳定碳同位素有望成为研究古气候和古大气组成的良好载体,琥珀的氢和氧同位素可以反映形成时期的古环境条件,但仍需进一步深入研究。

岩浆接触带高变质煤化学结构FTIR定量表征

为研究岩浆侵入体对煤化学结构等方面的影响,采用傅里叶变换红外光谱对邯邢矿区云驾岭煤矿岩浆接触带四个高变质煤进行了化学结构表征。结果表明:所有样品中芳香结构以苯环三取代为主,在夹矸中最高达到67.4%;离侵入体越远,苯环三取代含量越低,苯环二取代含量逐渐升高,而苯环四、五取代均表现出先增后减的变化规律。在含氧官能团方面,离侵入体越远,活性较高的芳香酯和羧基含量越高,酚中C-O含量变化较小,烷基醚和芳基醚含量降低,芳香环或稠环中C■C伸缩振动占比逐渐增加。受岩浆侵入的影响,样品中脂肪类物质含量很低;离侵入体越远,甲基的对称与反对称伸缩振动占比先增加后减小,亚甲基对称与亚甲基反对称伸缩振动的变化规律则与甲基相反。在羟基官能团方面,羟基自缔合氢键为煤样中氢键的主要类型,而夹矸中则以羟基和醚中氧形成的氢键为主;离侵入体越远,后者在煤样中则逐渐升高,羟基和π键形成的氢键含量越低,羟基-N氢键含量先增加后减小。研究结果表明,岩浆侵入对煤中有机质的化学结构产生了显著影响,且对煤和夹矸中有机质化学结构具有差异性影响,为探索高变质煤中大分子结构演变机理提供了理论依据。

豫西晚二叠世煤中稀土元素地球化学特征及指示意义

随着稀土金属在医疗、新材料等高科技领域的广泛应用,其战略地位不断提升。为了探究豫西晚二叠世煤中稀土元素的富集程度、赋存状态以及沉积环境,以河南西部慧祥矿区二_(1)煤的20个煤分层样品为主要研究对象,运用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)、X射线荧光光谱(XRF)的方法对研究区煤分层样品中稀土元素与常量元素进行测试,探讨了研究区煤中稀土元素的含量特征和富集程度;利用相关性分析和特征参数对样品中稀土元素的赋存状态以及沉积环境进行探讨。结果表明:慧祥矿区二_(1)煤中,稀土元素的质量浓度为35.29~133.61μg/g,平均浓度为79.14μg/g,略高于世界煤中稀土元素的平均浓度,但明显低于中国煤中稀土元素的平均浓度,稀土元素含量偏低,且以轻稀土富集为主;慧祥矿区二_(1)煤中稀土元素与灰分(Ad)以及SiO_(2)、Al_(2)O_(3)等主要氧化物呈现明显的正相关,表明稀土元素主要赋存于黏土矿物中;研究区样品中Ce元素和Eu元素负异常,(Gd/Gd)_(N)^(*)的轻微正异常,说明研究区主要受陆源的影响,成煤环境为弱酸性的还原环境。

宁武煤田轩岗矿区2#煤中锂的分布规律和来源分析

对宁武煤田轩岗矿区13个煤矿2#煤采集了98(含夹矸)个样品,运用煤地球化学以及沉积学等学科理论知识,结合X射线荧光光谱分析(XRF)、电感耦合等离子质谱分析(ICP-MS)等技术手段对样品进行测试分析。结果显示,宁武煤田轩岗矿区2#煤中锂的载体主要为硅酸盐矿物。锂元素含量总体变化呈北高南低的趋势,北部矿区沉积物源主要是来自北部阴山古陆和吕梁半岛的花岗岩、玄武岩和沉积岩类,南部矿区沉积物源主要是沉积岩类,相对于北部较为单一。

山西宁武煤田老窑沟富锂煤的矿物学特征及其成因

煤中矿物的特征及其成因能为研究煤中各种元素的赋存状态和富集机理提供重要信息。为探讨煤中矿物的成因和物质来源以及对煤中高度富集的锂的影响,运用光学显微镜、扫描电镜(带能谱)、低温灰化-X射线衍射仪、电感耦合等离子质谱仪等方法对山西宁武煤田老窑沟5号煤的元素和矿物学特征进行了研究。结果表明,宁武煤田老窑沟5号煤具低水分、中灰、高硫、高挥发分和高发热量的特点;煤中矿物以高岭石、勃姆石、黄铁矿和方解石为主,其成因受陆源碎屑输入和低温热液的影响;煤中锂(Li)的富集系数(CC值)为11.67,Li和镓(Ga)等富集元素的主要载体为高岭石,但部分富集元素可能受热液作用而赋存于有机质中。

陕西省咸阳市彬长矿区胡家河4号煤有机地球化学特征

富惰质组煤成因机制是目前的研究热点,其有机地球化学特征对探究富惰质组煤的古沉积环境和演化过程具有重要意义。本文以陕西省咸阳市胡家河4号煤为研究对象,运用有机化学抽提、族组分分离、气相色谱-质谱联用(GC-MS)等方法,分析了富惰质组煤的有机地球化学特征。结果表明,胡家河4号煤的有机质丰度高,饱芳比较低;正构烷烃呈单峰型分布,中-高碳数占优势,具有轻微的奇碳优势;姥植比(4.67)较高,姥鲛烷丰度高;萜烷中藿烷具有明显优势,Ts/(Ts+Tm)值为0~0.133;规则甾烷中C29>C28>C27,呈反“L”型;芳烃中以萘、菲系、氧芴系列为主;1,2,5-三甲基萘含量较高,惹烯具有明显优势,二苯并呋喃含量高于芴;多环芳烃中苝的优势明显。以上特征表明,胡家河4号煤的有机质处于低热成熟阶段,其母质来源以陆生高等植物为主并有少量低等水生生物混入,形成于弱还原偏氧化的干燥陆相淡水泥炭沼泽环境。