煤的结构及其研究方法45页PPT
合集下载
第三章煤层ppt课件
（3）糜棱结构 煤被破碎成很细的粉末，主要粒级小于1mm。有时被重 新压紧，煤层原生层理完全被破坏，已看不到煤层原生层理和节理， 滑移面、摩擦面很多，煤体呈透镜体状、粉状、鳞片状，极易捻成粉 末。糜棱结构煤是强挤压、剪切破坏的束缚，常出现在压应力很大的 断裂褶皱带中。
15
2）构造煤煤体的显微结构
构造煤煤体的微观特征研究能够从更深层面刻画瓦斯突出煤层的 煤体结构特征，为从瓦斯突出煤层的物理条件认识瓦斯突出机理和瓦 斯突出原因提供必要的理论基础。在显微镜下，特别是电子扫描显微 镜下，对构造煤的显微构造标志进行了大量的描述，并对其进行了显 微构造类型划分和命名。
棱角状结构煤的另一特征是颗粒本身呈近等轴形态，颗粒组合及 其中的裂隙均无明显的定向性，压裂作用比较明显。
16
（2）碎裂—粒状结构煤
这种煤由粒径较大的颗粒和粒径较小的粒状基质所组成。大、小 颗粒是近于等轴的椭圆形，没有明显的棱角，表面比较光滑或具有明 显的构造磨蚀痕迹。大粒径的圆形颗粒被直径较小的圆形颗粒基质所 包围，二者的接触边界在断面上呈一不规则的园环形。大颗粒直径在 10～30µm，小颗粒直径不足1～5µm左右。在这两种粒径差异较大 颗粒共存时，形成所谓斑状结构；在颗粒直径大小近似时，形成等粒 结构。理想的基质在斑状结构中赋存于大颗粒的周围，这种基质可能 是高度粉碎的微粒经构造压实作用的产物，表面平整、光滑，无颗粒 状形特征。这种构造基质细小到在微米级别上无法辩认出的粒度，因 此它们是纳米级大小的颗粒。从这种意义上讲，构造变形很可能已波 及到了芳核结构的层次上，并有可能从煤中分离纳米材料级煤颗粒材 料。
（1）伪顶 它直接位于煤层之上，很薄的，随煤层开采一起 垮落的岩层，多为几厘米至十几厘米厚的炭质泥岩或泥岩， 富含植物化石。在采煤过程中，因常常随采随落，而不易 维护。
15
2）构造煤煤体的显微结构
构造煤煤体的微观特征研究能够从更深层面刻画瓦斯突出煤层的 煤体结构特征，为从瓦斯突出煤层的物理条件认识瓦斯突出机理和瓦 斯突出原因提供必要的理论基础。在显微镜下，特别是电子扫描显微 镜下，对构造煤的显微构造标志进行了大量的描述，并对其进行了显 微构造类型划分和命名。
棱角状结构煤的另一特征是颗粒本身呈近等轴形态，颗粒组合及 其中的裂隙均无明显的定向性，压裂作用比较明显。
16
（2）碎裂—粒状结构煤
这种煤由粒径较大的颗粒和粒径较小的粒状基质所组成。大、小 颗粒是近于等轴的椭圆形，没有明显的棱角，表面比较光滑或具有明 显的构造磨蚀痕迹。大粒径的圆形颗粒被直径较小的圆形颗粒基质所 包围，二者的接触边界在断面上呈一不规则的园环形。大颗粒直径在 10～30µm，小颗粒直径不足1～5µm左右。在这两种粒径差异较大 颗粒共存时，形成所谓斑状结构；在颗粒直径大小近似时，形成等粒 结构。理想的基质在斑状结构中赋存于大颗粒的周围，这种基质可能 是高度粉碎的微粒经构造压实作用的产物，表面平整、光滑，无颗粒 状形特征。这种构造基质细小到在微米级别上无法辩认出的粒度，因 此它们是纳米级大小的颗粒。从这种意义上讲，构造变形很可能已波 及到了芳核结构的层次上，并有可能从煤中分离纳米材料级煤颗粒材 料。
（1）伪顶 它直接位于煤层之上，很薄的，随煤层开采一起 垮落的岩层，多为几厘米至十几厘米厚的炭质泥岩或泥岩， 富含植物化石。在采煤过程中，因常常随采随落，而不易 维护。
煤质分析PPT课件
第24页/共48页
用镍铬丝制 成，其规格以 能放置6个坩 埚为好， 大 小应与炉内 90010℃稳定 温度区相适应， 放在架上的坩 埚底部应与炉 堂底距离20～ 30mm。
坩埚架
第25页/共48页
2．测定过程
称取分析煤样10.01g，于已在90010℃灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲坩埚使 试样摊平，然后盖上坩埚盖，置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至 90010℃的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼烧恰好 7min，迅速取出坩埚架，在空气中放置5～6min，再将坩锅置于干燥器中冷却至室 温，称量。计算挥发分产率。
剩下的残渣，用符号A表示。
灰分全部来自矿物质，但其组成和数量又不同于煤 中原有矿物质，因此煤的灰分应称为“灰分产率” 。
第15页/共48页
测定煤的灰分，对于鉴定煤的质量 以 及 确 定 其 使 用 价 值 也 有 重 要 意 义 • 因为煤中灰分是有害物质，所以各种用途的煤，灰分越低也就越好。虽然煤灰是煤中有害物，但进行综合
CaSO4 ？ MeSO4？
不可燃烧又难溶于水的CaSO4，也能同时 和艾士卡试剂作用。难溶于水的硫酸盐 MeSO4和艾士卡试剂中的Na2CO3反应如下：
MeSO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + MeCO3
第36页/共48页
熔块浸取？
经半熔反应后的熔块，用水浸取，Na2SO4都溶入水中。未作用完的Na2CO3也 进入水中，并部分水解，因此水溶液呈碱性。
•
将煤放在与空气隔绝的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的有机质和
部分矿物质分解为气体释出，由减小的质量再减去水的质量即为煤的挥发分。
因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而 是在特定条件下，煤受热的分解产物，而且其测 定值受温度、时间和所用坩埚的大小、形状等不 同而异，测定方法为规范性试验方法，因此所测
用镍铬丝制 成，其规格以 能放置6个坩 埚为好， 大 小应与炉内 90010℃稳定 温度区相适应， 放在架上的坩 埚底部应与炉 堂底距离20～ 30mm。
坩埚架
第25页/共48页
2．测定过程
称取分析煤样10.01g，于已在90010℃灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲坩埚使 试样摊平，然后盖上坩埚盖，置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至 90010℃的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼烧恰好 7min，迅速取出坩埚架，在空气中放置5～6min，再将坩锅置于干燥器中冷却至室 温，称量。计算挥发分产率。
剩下的残渣，用符号A表示。
灰分全部来自矿物质，但其组成和数量又不同于煤 中原有矿物质，因此煤的灰分应称为“灰分产率” 。
第15页/共48页
测定煤的灰分，对于鉴定煤的质量 以 及 确 定 其 使 用 价 值 也 有 重 要 意 义 • 因为煤中灰分是有害物质，所以各种用途的煤，灰分越低也就越好。虽然煤灰是煤中有害物，但进行综合
CaSO4 ？ MeSO4？
不可燃烧又难溶于水的CaSO4，也能同时 和艾士卡试剂作用。难溶于水的硫酸盐 MeSO4和艾士卡试剂中的Na2CO3反应如下：
MeSO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + MeCO3
第36页/共48页
熔块浸取？
经半熔反应后的熔块，用水浸取，Na2SO4都溶入水中。未作用完的Na2CO3也 进入水中，并部分水解，因此水溶液呈碱性。
•
将煤放在与空气隔绝的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的有机质和
部分矿物质分解为气体释出，由减小的质量再减去水的质量即为煤的挥发分。
因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而 是在特定条件下，煤受热的分解产物，而且其测 定值受温度、时间和所用坩埚的大小、形状等不 同而异，测定方法为规范性试验方法，因此所测
煤的结构及其研究方法
(4)x—Y伸缩振动及x—H变形振动区，＜1650cm-1这个 区域的光谱比较复杂，主要包括C一H、N—H的变形振动， C—O、 C—X(卤素)等伸缩振动，以及C—C单键骨架振动等。 在这个区域中从1350一650cm-1的区域又称指纹区。由于各 种单键的伸缩振动之间以及和C—H键变形振动之间发生互相 锅台的结果，使这个区域里的吸收带变得特别复杂，并民对 结构上的微小变化非常敏感。在指纹区，由于图谱复杂，有 些语峰无论确定是否为基团频率，但有助于表征整个分子朗 持征，因此对检定化合物很有价值。
采用x射线衍射的实验结果，根据布拉格方程式，可以推算出微 晶的结构参数：
在以上三式中：
x射线衍射研究导出的煤结构信息
英国的赫希(P．B．Hirsch)于1958年测定了镜煤 的微晶结构参数随煤化度的变化(如图一所示)。我国也 对各种煤样进行了x射线衍射研究(如表所示）
图 一
上图分别为平均芳香环层直径随碳含量的变化和芳香 环层平均炭原子随碳含量的变化
(1)X—H伸缩振动区，4000一2500cm-1X可以是O、N、C 和S原子。主要包括O—H、 N—H、C—H和S—H键的伸缩振动。 (2)三键和累积双键区，2500一1900cm-1。主要包括 快键一C＝C一、睛键一C；N、丙二 烯基一C＝C＝C一、烯酮基一C＝C＝o、异氰酸酪基一N＝C ＝O等的非对称伸缩振动。 (3)双键伸缩振动区，1900—1200cmd。主要包括 C＝ C、C=O ,C=N、一NO 2等的伸缩振动，芳环的骨架振动等
（二）红外光谱在煤结构研究中的应用
红外光谱图解析
在红外区域出现的分子振动光谱，其吸收峰的位置和强 度取决于分子中各基团的振动形式和相邻基团的影响。因此， 只要掌握了各种基团的振动频率，即吸收峰的位置，以及吸 收峰位置移动的规律，即位移规律，就可以进行光谱解析。 从而确定试样中存在哪些化合物或官能团。在一定条件下， 还可对这些化合物或官能团的含量进行定量析。常见的化学 基团在4000一650cm-1(2.5-15.4um)的中红外区有特征基团频 率，因此是最感兴趣的区域。在实际应用时，为便于对光谱 进行解析，常将这个波数范围粗分为四个区域：
chap4 煤的结构
Shinn化学结构模型
1-3个环 官能团：甲基、酚 桥键：脂肪、醚 杂原子
片层定向排列
物理结构模型-Hirsch模型
多孔的立体结构
敞开式结构（C含量<85%） 芳香层片小，层片间由交 联键连接 液态结构（C含量85-90%） 层片间交联少、活动性大 煤的孔隙率小、强度低 热解产生胶质体 无烟煤结构（C含量>91%）
碳含量（daf，%） 烷基侧链平均C原子数 65.1 5.0 74.2 2.3 80.4 2.2 84.3 1.8 90.4 1.1
官能团 functional group
（1）含氧官能团(oxygen containing functional group )
羟基（–OH）hydroxyl；羧基（–COOH）carboxyl 羰基（C=O）carbonyl；甲氧基（–OCH3）methoxyl 氧醚 （–O – ） etheric oxygen；呋喃环
煤的结构模型structure model
化学结构模型 chemical structure model 也称煤的分子结构模型 根据煤的各种结构参数推想建立而成、反映煤平均化学 组成和结构的分子图示 物理结构模型 chemical structure model 也称煤的分子间结构模型 反映煤分子之间的堆垛结构和孔隙结构的图示
煤的分子结构
பைடு நூலகம்
煤的基本结构单元
煤的分子结构 macromolecular structure
煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一系 列“相似化合物”通过桥键连接组成的混合物 具有高分子聚合物 (polymer) 的结构，但又不同于常规聚 合物，因为没有统一的聚合单体(monomer)
煤化学PPT课件
精选课件PPT
32
溶剂抽提的分类
1）普通抽提： 在≤100℃温度下，用普通的低沸点有
机溶剂，如笨、氯仿和乙醇等。抽提产物小于1-2%。
2）特定抽提：抽提温度在200℃以下，采用亲核性溶
剂，如吡啶类、酚类和胺类等，抽提产物可达20-40%。
3）超临界抽提：以甲苯、异丙醇或水为溶剂在超过
临界点的条件下抽提煤。抽提温度一般在400℃左右。抽 提率可达30%以上。
Hale Waihona Puke 煤自燃的影响因素和预防 煤的高温燃烧
精选课件PPT
29
煤的其他化学性质
煤的加氢化学反应； 煤的磺化化学反应；
精选课件PPT
30
第三章 煤有机质的化学结构
精选课件PPT
31
煤的特性：复杂性；多样性；不均一性。
不象其他有机化合物一样，不存在统一的结构
煤化学结构的研究方法：
①物理研究方法—红外光谱、X射线衍射、核磁共振、 密度、折射率 ②物理化学研究方法─如溶剂抽提和吸附性能 ③化学研究方法─氧化、加氢、解聚、烷基化、热解和 官能团分析等
无原始植物
有亮暗相间 的条带
易着火,有烟 易着火,有烟 多烟
多
较多
少
很低
低
较高
无烟煤
灰黑色 有金属光泽
无明显条带
难着火,无烟 较少 高
精选课件PPT
6
二.煤的生成
(一)植物的族组成 1.糖类及其衍生物
• 纤维素半纤维素果胶：分子结构和元素组成？ • 木质素：分子结构和元素组成？ • 蛋白质：分子结构和元素组成？ • 脂类化合物(脂肪、树脂、树蜡)
2）物理性质：风化煤的强度和硬度降低，吸 湿性增大；
《煤的有机质的结构》课件
通过研究煤的有机质在不同地质年代和环境下的形成与演 化过程，可以揭示煤的有机质的组成、结构和性质的变化 规律。这有助于深入理解煤的有机质的化学和物理性质， 为煤的高效利用提供理论依据。
煤的有机质的化学结构与物理性质的关系研究
总结词
研究煤的有机质的化学结构与物理性质 之间的关系，有助于优化煤的加工利用 过程，提高煤的利用效率。
VS
详细描述
煤的有机质的化学结构决定了其物理性质 ，如吸附性能、反应活性等。通过研究煤 的有机质的化学结构与物理性质之间的关 系，可以深入了解煤的有机质在加工利用 过程中的变化规律，为优化煤的加工利用 过程提供理论支持。
煤的有机质的高效利用技术的研究
总结词
研究煤的有机质的高效利用技术，有助于提 高煤的利用率，降低煤利用过程中的环境污 染。
煤的有机质的组成
总结词
煤的有机质主要包括挥发分和固定碳两部分，其中挥发分是 煤中较为活跃的可燃组分，而固定碳则是煤燃烧的主要热量 来源。
详细描述
挥发分是煤在高温下加热时释放出来的气体和液体的混合物 ，其成分主要包括水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和硫 化氢等。固定碳则是挥发分燃烧后剩余的固体残渣，是煤燃 烧产生热量的主要来源。
煤的有机质的演化过程
煤的有机质的演化是一个复杂的过程，它受到多种因素的影响，如温度、压力、 氧气和水分等。
在高温和高压条件下，煤的有机质会发生热解和聚合反应，生成更复杂的有机化 合物和沥青等物质。同时，煤的有机质也会受到氧化和还原作用的影响，生成不 同性质的化合物。
煤的有机质的地质年代学研究
煤的有机质的地质年代学研究是通过测定煤层中的放射性 同位素和地球化学指标来确定煤的形成年代和演化历史。
《煤的有机质的结构》ppt课 件
第四章 煤的有机质的结构PPT课件
桥键是连接结构单元的化学键： 1.次甲基键 —CH2—，—CH2—CH2—，—CH2— CH2—CH2等； 2.醚键和硫醚键 —O—，—S—，—S—S—等； 3.次甲基醚键 —CH2—O—，—CH2—S—等； 4.芳香碳-碳键 Car—Car。
在低煤化程度煤中桥键发达，其类型主要是前面三种，尤以长 的次甲基键和次甲基醚键为多；中等煤化程度的煤桥键数目最少， 主芳要香形碳-式碳是键—。CH2—和—O—；至无烟煤阶段桥键又增多，主要是
第三节煤的结构模型
一、煤的化学结构模型 1.威斯化学结构模型 该模型（图）是目前公认为比较合理的一 种化学结构模型，基本上反映了煤化学结构的 新进展，可以解释煤的热解、氢化、氧化、酚 解聚和水解等一些化学反应。
图中箭头指处为键能较低、结合薄弱的桥键。
（二）本田化学结构模型
该模型的特点是最早在有机结构部分 设想存在着低分子化合物，考虑到煤的 低分子化合物的存在，缩合芳香环以菲 为主，它们之间有比较长的次甲基键连 接，对氧的存在形式考虑比较全面。
3.芳环率
f
R ar
f R Nar(R) ar Ntotal(R)
是指煤的基本结构单元中，芳香环数 Nar (R) 与总环数Ntotal (R) 之比。
4.环缩合度指数
2 N (R)1 N (C)
2
N ( R)1 N (C)
中N(R)为基本结构单元中缩合环的
数目，N(C)为基本结构单元中的碳原子数。
二、烷基侧链
烷基侧链随煤化程度增加开始很快缩短， 然后变化渐趋平缓。对年老褐煤和年轻烟煤的 烷基碳原子数平均为2左右，无烟煤则减少到1， 即主要含甲基。另外，烷基碳占总碳的比例也 随煤化程度增加而减少，煤中C为70%时，烷 基碳占总碳的8%左右；80%时约占6%；90% 时，只有3.5%左右。
chap3煤的结构
第三十一页，共44页。
(4)衔接(xiánjiē)结构单元的桥键 衔接结构单元之间的桥键主要是次甲基键、醚键、次
甲基醚键、硫醚键以及(yǐjí)芬芳碳－碳键等。在低煤化 水平的煤中桥键最多，主要方式是前三种；中等煤化水平 的煤中桥键最少，主要方式是－CH2－和－O－；到无烟煤 阶段时桥键有所增多，主要方式是最后一种。
第七页，共44页。
1.1 煤大分子规那么局部： 由几个或十几个苯环、脂环、氢化芬芳环及杂环〔含氮、氧、
硫等元素〕缩聚(suōjù)而成，称为基本结构单元的核或芬芳核 (aromatic core/ aromatic nucleus)。
第八页，共44页。
1.1.1 煤大分子芬芳核的评价目的—结构(jiégòu)参数 〔1〕芳碳率
第三十四页，共44页。
(7)煤化(méihuà)水平对煤结构的影响 中等煤化水平的煤〔肥煤和焦煤〕含氧官能团和烷基(wán
jī)侧 链少，芳核有所增大，结构单元之间的桥键增加，使煤 的结构较为致密，孔隙率低，故煤的物化性质和工艺性 质在此处发作转机，出现极大值或极小值。
第三十五页，共44页。
(7)煤化(méihuà)水平对煤结构的影响 年轻煤的缩合环清楚增大，大分子陈列的有序化增强， 构成少量的相似石墨结构的芬芳层片，同时由于有序化 增强，使得芬芳层片陈列得愈加严密，发生了收缩应力， 致使构成了新的裂隙。这是无烟煤阶段(jiēduàn)孔隙率和比
第二十五页，共44页。
〔3〕无烟煤结构 属于无烟煤，其特征是芬芳层片增大，定向水平增
大。由于缩聚反响猛烈，使煤体积收缩，故构成(gòuchéng)大 批孔隙。
第二十六页，共44页。
2.2 两相模型(host-guest model) 两相模型又称为主—客模型。以为煤中无机物大分子
(4)衔接(xiánjiē)结构单元的桥键 衔接结构单元之间的桥键主要是次甲基键、醚键、次
甲基醚键、硫醚键以及(yǐjí)芬芳碳－碳键等。在低煤化 水平的煤中桥键最多，主要方式是前三种；中等煤化水平 的煤中桥键最少，主要方式是－CH2－和－O－；到无烟煤 阶段时桥键有所增多，主要方式是最后一种。
第七页，共44页。
1.1 煤大分子规那么局部： 由几个或十几个苯环、脂环、氢化芬芳环及杂环〔含氮、氧、
硫等元素〕缩聚(suōjù)而成，称为基本结构单元的核或芬芳核 (aromatic core/ aromatic nucleus)。
第八页，共44页。
1.1.1 煤大分子芬芳核的评价目的—结构(jiégòu)参数 〔1〕芳碳率
第三十四页，共44页。
(7)煤化(méihuà)水平对煤结构的影响 中等煤化水平的煤〔肥煤和焦煤〕含氧官能团和烷基(wán
jī)侧 链少，芳核有所增大，结构单元之间的桥键增加，使煤 的结构较为致密，孔隙率低，故煤的物化性质和工艺性 质在此处发作转机，出现极大值或极小值。
第三十五页，共44页。
(7)煤化(méihuà)水平对煤结构的影响 年轻煤的缩合环清楚增大，大分子陈列的有序化增强， 构成少量的相似石墨结构的芬芳层片，同时由于有序化 增强，使得芬芳层片陈列得愈加严密，发生了收缩应力， 致使构成了新的裂隙。这是无烟煤阶段(jiēduàn)孔隙率和比
第二十五页，共44页。
〔3〕无烟煤结构 属于无烟煤，其特征是芬芳层片增大，定向水平增
大。由于缩聚反响猛烈，使煤体积收缩，故构成(gòuchéng)大 批孔隙。
第二十六页，共44页。
2.2 两相模型(host-guest model) 两相模型又称为主—客模型。以为煤中无机物大分子
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
45
煤的结构及其研究方法
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。