湖南新化煤系石墨结构演化及其热反应行为

发布时间：2021-07-21 17:13

　　为了探究煤系石墨形成过程中结构演化及不同石墨化程度无烟煤和石墨的热反应行为,选取湖南新化系列变质程度无烟煤和煤系石墨为研究对象,通过X射线衍射（XRD）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）对其结构进行表征,并结合程序控制升温法（TPO）分析不同变质程度无烟煤和煤系石墨的热反应行为。结果表明,随变质程度的增加,碳结构由无烟煤中的无定形态转变成石墨的三维有序C原子点阵。系列石墨化煤是由多种有序度不同的碳结构相组成,体现了其结构非均质性,碳结构相含量及分布随变质程度而逐渐变化,石墨化程度最高的煤系石墨中主要为石墨微晶集合体,但依旧含有结构缺陷。无烟煤和煤系石墨中碳结构的多相性和不均匀分布是影响其热反应行为的重要原因。 

【文章来源】：煤田地质与勘探. 2020,48(01)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

湖南新化寒婆坳矿区地质简图

a.对于变质程度相对较低的无烟煤，以LX-3为例(图3a)，基本结构单元(BSU)可被清晰地观察到，BSU单体线径在1～2 nm，单体间基本不连续，呈“之”字形排列，选区电子衍射(SAD)呈环状，与XRD图谱中宽缓的002峰相对应，是碳的无定形态，为典型的无烟煤结构。b.对于变质程度更高的稠木矿样品，以CM-3为例(图3b),BSU之间互相联结，并呈近平行排布形成局部分子定向畴(MOD)，类似刘钦甫等[16]观察到的微柱石墨，但局部分子定向畴内部依旧存在结构缺陷，而且MOD在同一样品中只是局部出现。MOD的形成一方面体现了煤的芳香度显著提高，另一方面使煤大分子结构表现出一定的定向性。

c.对更靠近岩体的SL-5样品，MOD大面积发育，其横向延伸可达10 nm左右，堆砌度为8～12层不等，但MOD之间依旧为无序排布(图3c)，相邻几何单元间存在斜交现象，并被一些BSU单体和杂原子官能团等结构所交联，但该样品的选区电子衍射图谱依旧为弥散衍射环(图3d)，表明其为碳的无序结构，处于变质无烟煤阶段。d.图3e和图3f分别为样品SL-3和BC-3中出现的无定形态碳颗粒的HRTEM图，类似MOD大面积发育的SL-5样品，但延展度和堆砌度有一定程度下降，可能与这2个矿距离岩体较近、受到应力作用较大有关，应力作用一定程度上破坏了部分局部分子定向畴。

【参考文献】：
期刊论文
[1]江西崇义矿煤成石墨的发现及其地质意义[J]. 李阳,王路,曹代勇,杜欣,赵萌,刘丽明,魏迎春.  煤田地质与勘探. 2019(05)
[2]不同变质程度煤系石墨结构特征[J]. 刘钦甫,袁亮,李阔,崔先健,余力.  地球科学. 2018(05)
[3]湖南鲁塘煤系隐晶质石墨矿物学特征[J]. 崔先健,刘钦甫,李阔,余力,毋应科.  矿物学报. 2018(02)
[4]地质勘查阶段煤系石墨与无烟煤的划分指标探究[J]. 董业绩,曹代勇,王路,张鹤,魏迎春.  煤田地质与勘探. 2018(01)
[5]煤系石墨氧化过程中结构变化研究[J]. 张浩,侯丹丹,秦召,李阔,乔志川,刘钦甫.  河北工程大学学报(自然科学版). 2017(01)
[6]煤系石墨矿产地质研究现状与重点方向[J]. 曹代勇,张鹤,董业绩,吴国强,宁树正,莫佳峰,李霞.  地学前缘. 2017(05)
[7]中国天然石墨未来需求与发展展望[J]. 高天明,陈其慎,于汶加,沈镭.  资源科学. 2015(05)
[8]中低变质程度煤显微组分大分子结构的XRD研究[J]. 罗陨飞,李文华.  煤炭学报. 2004(03)
[9]中国煤变质作用[J]. 杨起,吴冲龙,汤达祯,康西栋,刘大锰.  地球科学. 1996(03)
[10]湘赣中南部地区煤的岩浆热变质作用[J]. 潘伟尔,杨起,潘治贵.  现代地质. 1993(03)



本文编号：3295441