发布时间 : 星期一 文章煤化学 第六章 煤的物理性质和物理化学性质更新完毕开始阅读2afc3a7be3bd960590c69ec3d5bbfd0a7956d537
(1)羟基吸收峰主要是3450 cm和1260 cm。煤中羟基一般都是氢键化的，所以吸收峰
-1-1
位置从3300 cm移到3450 cm。各种煤的羟基消光度随煤化程度增加而减小。
-1
(2)芳香氢吸收峰主要由3 030 cm代表，低煤化程度时很微弱，随煤化程度增加而增强。
-1
(3)脂肪氢一般以2925 cm的吸收峰为衡量指标。消光度D3030 / D2925与D芳烃/D脂肪相对应，它与煤化程度的关系如图6-9所示，在中低煤化程度，D3030 / D2925缓慢增加，在Cdaf＞90%以上这一比值急剧增加。说明芳香氢在C含量小于90%时比例不高，增加很慢，而在C含量大于90%以后大幅度增加。
-1
另外，1380 cm吸收峰是甲基的特征吸收峰，可以测定甲基含量。
-1
(4)羰基和羧基吸收峰在波数1700 cm附近。褐煤比较强，它随煤化程度加深而减弱。
-1
(5) 1600 cm吸收峰在煤的红外光谱图上特别强，这里有好多解释:如一OH和=C=整合、缩合芳环被—CH2—所连接、两个芳香层面间的电子转移和非结晶的假石墨结构等，很有可能是上述原因综合的结果。
-1
(6)醚键吸收峰在波数1300～1000 cm。
-1
(7)芳香环吸收峰主要在900～700 cm，一般消光度随着煤化程度的加深而增加。
-1
-1
第六节 煤的磁性质
一、煤的抗磁性
煤的有机质一般具有抗磁性，即在外磁场的作用下产生的附加磁场与外磁场的方向相反。磁化率是指磁化强度I(抗磁性物质是附加磁场强度)与外磁场强度H之比，用K示:K=I/H。
在化学上常用比磁化率Χ表示物质磁性的大小。比磁化率是指在1 Gs磁场强度下，1 g物质的磁化率。在采取适当措施消除了煤中杂质的干扰后，本田等研究了煤的抗磁性磁化率与煤化程度的关系，如图6-10所示。结果表明，煤的比磁化率随煤化程度的提高而直线增加，在碳含量在79%～91%之间出现转折，增大幅度减缓，此后则急剧增大，即煤的比磁化率在烟煤阶段增大幅度较小，无烟煤阶段最大，褐煤阶段居中。比磁化率的这种规律，反映了煤的
分子结构随煤化程度的变化。
二、煤的核磁共振
核磁共振是一个非常重要的有机结构分析方法，过去仅用于煤的溶剂抽提物和液化产品的分析，近几年由于核磁共振技术的发展已开始直接分析固体煤样。
核磁共振是原子核在强磁场作用下吸收一定波长射频的能量产生能阶跃迁的现象。
1
H核磁共振用于测煤的溶剂抽提产物或转化降解产品的氢分布。图6-11是一种次烟煤吡啶抽提物1
的H核磁共振图谱。根据大量分析结果，一般认为对煤的抽提物或转化产物这样的复杂体系，共振峰和氢原子位置有以下的对应关系:
σ=O～1.0 脂肪或不是芳环α位置上的—CH3。
│ σ=1.O～2.0 脂肪或不是芳环α位置上的—CH2—和—CH。 │ │ σ=2.O～3.6 芳环α位置上的—CH3、—CH2—和 —CH。 ││ σ=3.6～5.8 芳环之间作为桥链的—CH2—和—CH。 │ σ=5.8～10.0 芳香氢和酚羟基氢。
上述σ范围为吸收峰面积占总面积之比，即为对应氢原子数占总氢原子数之比。
C核磁共振、傅立叶变换和电子计算机数据处理相结合，这是核磁共振技术的重大发
l3
展，它可直接用于分析包括煤在内的固体样品。交叉偏振的C核磁共振分析固体煤得到的图谱见图6-12。这是两个相邻的宽峰，右面的代表脂肪碳，左边的代表芳香碳。从模型物质的数据可见结果基本上是正确的。
13
第七节 煤的润湿性
一、煤的润湿性
当液体和固体接触时，如果固体分子与液体间的作用力大于液体分子间的作用力，则固体可被液体润湿;反之，则不能润湿。所谓润湿性是指液体与固体接触时，固体被液体所润湿的程度(见图6-13)。通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，接触角越大，煤的润湿性越差。
接触角的测定方法有粉末法、倾板法等。粉末法是将煤磨成200网目以下的粉状，施加15 MPa的压力成型。这种型块可看成是毛细管的集合体，再用液体润湿，同时在加液体的对侧，通人氮气，阻止润湿过程的进行，当润湿恰好阻止时，测定氮气的压力ρ，可根据下式计算出接触角。。
γ——毛细管半径; ρ——氮气的压力; g——重力速度;
σ——液体的表面张力。
煤的润湿性取决于煤表面的分子结构特点。通常分别用水和苯作为液体介质测定煤的接触角，来反映煤的亲水性和亲油性。日本学者太刀川等人用粉末法测定不同煤化程度煤的接触角，结果见表6-6。
式中
从表中可以看出，随着碳含量的增加，对于氮—水系统，cos θ呈下降趋势，亦即θ是
增大的，所以煤对水的润湿性是下降的。与此相反，对于氮—苯系统，cos θ呈增加趋势，所以随煤化程度的提高，煤对苯的润湿性是增加的。通常，年轻煤对水介质的亲和性较强，中等以上煤化程度的煤对水的亲和性较差。在煤的浮选脱灰过程中，就是利用煤和矸石亲水性的差异进行分离的。矸石表现为亲水性，而煤一般表现为疏水性，但年轻煤由于分子中含有大量的极性含氧官能团，表现为较强的亲水性，因而其可浮性较差，必须经过特殊工艺才能采用浮选工艺脱灰。
二、煤的润湿热
煤被液体润湿时会释放出热量，通常用1 g煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。润湿热的大小主要与液体种类、煤的表面性质有关。常用的润湿剂是甲醇，甲醇能在几分钟内将润湿热全部释放出来。润湿热与煤化程度的关系如图6-14所示。年轻煤的润湿热较高，但随着煤化程度的提高而急剧下降，在碳含量为90%左右达到最低值，以后又有所上升。润湿热的产生实际上是液体在煤的孔隙内表面上发生吸附作用的结果。吸附作用越强，比表面积越大，润湿热就越高。年轻煤的分子上含有较多的含氧官能团，易于与甲醇分子产生强极化作用，而且年轻煤的比表面积大，因而润湿热较高。随煤化程度的提高，含氧官能团和比表面积均呈下降趋势，所以润湿热也随之下降。到了碳含量为90%以上的无烟煤阶段，润湿热上升是由于比表面积有所提高之故。
润湿热的大小受多种因素影响，但主要与比表面积有关。试验表明，煤的润湿热大致为
2
O.39～0.42 J/m。利用润湿热可以大致估计煤的比表面积，但不准确。
第八节 煤的孔隙度和比表面积
一、煤的孔隙度
(一)煤孔隙度的基本概念
煤是由远古植物在沼泽中形成的，植物在沼泽中分解形成肢体状物质，其中存在大量孔隙，转化成煤后成为煤中的孔隙。此外，煤在变质作用过程中，也会在煤基体中形成微孔。煤孔隙是煤中可被流体充塞的空间。煤是具有很大表面积的多孔岩石，含有数量众多、大小
-3-9
悬殊、形态各异的孔隙。其孔径大小变化在毫米级至纳米级(10～10 m)之间。通常按孔径大小分为大孔、中孔和微孔等级别，但无统一划分标准。多数煤层气集中在孔径为纳米级的微孔内。煤的孔隙直接影响到煤对瓦斯的吸附性、解吸性以及瓦斯在煤层中的流动性等。研究煤的孔隙，对于认识煤中瓦斯的赋存、瓦斯在煤层中的运移及对煤的深加工利用如作为吸附材料使用具有重要意义。
l.煤孔隙的成因类型 (1)原生孔
原生孔是煤沉积时已有的孔隙，主要有胞腔孔和屑间孔两种。胞腔孔(或称植物组织孔)是成煤植物本身所具有的细胞结构孔，其孔径为几至几十微米;对煤储层而言，胞腔孔的空间连通性差，尤其是纤维状丝质体的胞腔孔，仅局限于一个方向发育，相互之间连通少.
屑间孔指煤中各种碎屑状显微体，如碎屑镜质体、碎屑惰质体、碎屑壳质体等碎屑颗粒之间的孔隙。这些碎屑颗粒无一定形态，有不规则棱角状、半棱角状或似圆状等，大小为2～30μm不等，由此而构成的屑间孔的形态以不规则状为主，孔的大小一般小于碎屑。
(2)变质孔
变质孔是煤在变质过程中发生各种物理化学反应而形成的孔隙。煤的变质过程是一个芳香稠环体系在温度、压力作用下不断增强其缩合程度，侧链逐渐减少、缩短，芳构化程度逐