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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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低煤级煤的石墨化研究:芳香结构演化特征

作者(Author):

  • 张小梅
  • 王绍清
  • 陈昊
  • 李雪琦
  • 张一岫

作者单位:

  • 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院

关键词:

  • 芳香结构
  • 低煤级煤
  • 富惰质体煤
  • 石墨化
  • 高温热处理
  • XRD
  • 摘要
  • 论文图表
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石墨的特殊属性及结构赋予其优越性能,使石墨在国家发展的各行业被广泛应用。中国煤炭资源量丰富,煤种范围广。煤不仅在价格上有优势,它也是碳的富集物,在制备石墨等碳材料方面颇具潜力。拟以低变质程度且富惰质体的榆家梁煤(YJL5)为研究对象,对其进行高温热处理,对不同温度下样品进行X-射线衍射(XRD)测试及扫描电子显微镜(SEM)表征,以探讨芳香结构在热处理过程中的演化规律及形貌特征,揭示低煤级富惰质体煤芳香结构向石墨结构演化的轨迹及规律,并分析煤中灰分对芳香结构变化的影响,为煤炭资源制备石墨等碳材料提供选择和基础,为低煤级煤制备石墨提供数据支撑。结果表明,低煤级富惰质体煤YJL5制备石墨的石墨化度>80%,可作为制备石墨的原材料煤种来源;YJL5石墨化产物以棒状石墨为主,这些棒状石墨由薄片层状薄膜组成。微观形貌特征显示棒状石墨的生长模式与结构参数揭示的微晶结构尺寸的生长模式一致。随着石墨化温度的升高,YJL5芳香层结构尺寸(La、Lc)增大,芳香结构横向拼接作用和纵向堆砌作用同时发生。从室温~1800℃时以碳化作用为主,非碳元素逐渐以挥发分形式被排出,碳元素逐渐富集,该阶段芳香结构增长以横向拼接作用为主。温度>1800℃时,层间距d002<0.3440nm,石墨结构初步形成。随着温度的增加,芳香结构增长先以纵向堆砌作用为主(1800~2250℃),然后以横向拼接作用为主(2250~2850℃)。YJL5中灰分对其石墨化能起到一定促进作用,但对芳香层横向拼接和纵向堆砌影响效果不同。从1800~2850℃,未脱灰煤样La值始终大于脱灰煤样La值,可知YJL5中灰分对其芳香层横向增长起到持续显著地促进作用。未脱灰煤样Lc值仅在2250℃之前大于脱灰煤样Lc值,在2250℃后比脱灰煤样Lc值更小,可知YJL5中灰分对芳香层纵向增长的促进作用主要集中在温度1800~2250℃,当温度>2250℃时无显著促进作用。


张小梅,王绍清,陈昊,李雪琦,张一岫.低煤级煤的石墨化研究:芳香结构演化特征[J/OL].煤炭学报:1-10[2022-02-24].DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2021.1052.
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