多硫化合物含量的影响研究微观形态学和煤的自燃特征

文摘

本文旨在研究微观形态学上的多硫化合物含量的影响以及煤的自燃特性,为了发展更有针对性的预防和治疗策略。为此,本研究选择混合不同的硫化物的方法非常低硫煤原煤准备样品进行测试。各种参数,如真正的密度、孔隙度、微观形态学,和氧气吸收不同的硫样品,进行测试。研究结果表明,硫化物有一定的扩张影响煤的身体和改善煤的孔隙结构、孔隙度增加和含硫量的增加。二硫化后添加铁(II)(菲斯₂)和铁(II)硫化(FeS)粉末原始煤样,表面上微粒的数量显著增加。后增加了氧化温度、层状结构解体,和巨大的煤的尸体被分解成几个微粒,这促进了煤的自燃。多硫化促进煤的低温氧吸收和缩短自然燃烧煤炭的时期。菲斯略有增加的趋势更大影响煤炭自燃和缩短最短自然燃烧煤炭的时期。之前的菲斯₂和菲斯煤样品,煤炭生产数量是低于80 - 90°C没有多大的不同,然后,差距逐渐扩大。在相同的温度条件下的煤、一氧化碳(CO)生产基本上发生第一次随着硫含量的增加。当菲斯₂和菲斯补充说,煤的含硫量样品3和4%,分别生产公司和乙烯(C₂H₄)是最大的。虽然脂肪族碳氢化合物的峰面积,芳香烃类、羟基、羰基和煤炭样本与菲斯不同,他们都达到了最大值,含硫量为4%。

1。介绍

中国煤炭资源的含硫量变化很大,从9.62%至0.04不等。根据硫含量,煤炭资源可分为低硫煤(< 1%)、中硫煤(1 - 2%),高硫煤(> 2%)。硫的含量和分布在煤与煤的形成时代和成煤环境密切相关(1,2]。地下开采的不断扩张、焊接锚棒,网,和其他含铁材料被广泛使用,和硫化亚铁(菲斯),这是一种可燃产品硫和硫化物腐蚀的铁及其氧化物在煤3- - - - - -5),已逐渐成为一个常见的硫化矿山。煤中的无机硫氧化产生大量的热量,促进煤炭自燃的过程,大大缩短了自然的煤炭燃烧期(6,7]。此外,最初的硫化氢(H₂S)天然气在一些煤炭也是易燃,燃烧后生成一个蓝色火焰8- - - - - -10]。

不同含硫物质之间的相互转换是一个非常复杂的反应体系。根据不同的因素,如温度、氧气浓度、pH值和环境,是否涉及其他物质,会发生不同的反应,生成不同的物质11]。在一定条件下,各种物质可转化为彼此。然而,通常情况下,一个煤矿的地下环境极其复杂,和煤体内的化学成分是不同的12,13]。各种因素共同努力,使地下煤体内multisulfide的存在,也有一定的影响煤自燃的法则。multisulfide复杂反应体系已初步建立。如图1菲斯的、复杂的反应₂菲斯,H₂年代将发生在不同条件下,许多复杂的中间体,如铁、氧化铁,元素,和酸,将形成(14- - - - - -17]。

一些中国高硫煤矿(神华Wulan煤矿Laoshidan煤矿等)曾经蓝色火焰和烟气,但浓度的一氧化碳(CO)在工作面上部角落没有超过标准,甚至是0,和点火的原因并不完全清楚。因此,研究多种硫化物(主要是菲斯的影响₂菲斯,H₂在煤的物理结构和自燃特性的分析具有重要的指导意义上的多个硫化物的影响自然燃烧煤和定律防火和灭火矿区煤层开采过程中工作。

2。煤孔隙度的影响

作为一种多孔介质,有很多毛孔煤体内,和孔隙体积的比例的总体积煤身体是煤的孔隙度(18]。煤的孔隙度具有重要影响煤氧复合反应在低温氧化阶段。煤的孔隙率越大,煤的表面积越大参与煤氧复合反应,哪个更有利于煤氧复合反应。煤炭的真实密度指的是真正的重量比的真实体积煤(19,20.]。同样的煤样,真密度越高,孔隙度越小,两者成反比(21- - - - - -24]。

煤炭块碎和地面成煤样品直径小于0.2毫米,它被分成9组不同硫内容根据每个小组的测试方案和两个样品。了未经处理的一部分,另一个是冷却后8小时的氧化和加热鼓风高温在180°C室。煤氧化前后的真实密度测试根据GB / t23561.2 - 2009”方法的物理和力学性能测定煤和rock-Part 2:方法测定煤和岩石的真实密度,”和流程设置如图2。

真密度测试的实验结果见表1和图2表明,当菲斯真正的密度不同程度增加₂和菲斯被添加到原始煤样氧化温度的增加。硫含量的增加,真正的密度增加,孔隙度减少。真密度测试的实验结果见表1和图3表明,当菲斯真正的密度不同程度增加₂和菲斯被添加到原始煤样氧化温度的增加。硫含量的增加,真正的密度增加,孔隙度减少。用同样的含硫量,真正的煤的密度与菲斯菲斯是高于样品₂。这是由于煤的孔隙度高,与许多毛孔表面和内部,并添加硫化是固体粉末,所以硫化的减少每单位质量煤样的孔隙,同时增加了菲斯质量大于菲斯₂同样的含硫量。

结果在表1和图2也显示,真正的密度和孔隙度的变化规律的煤样氧化和加热后加热之前基本上是一样的。煤的氧化和加热过程中样品,铁氧体化合物与氧气反应并释放热量。氢氧化铁(Fe(哦)₃),反应产物之一,将在水的存在形成溶胶,粒子半径为10的⁻⁷∼10⁻⁵厘米,煤的孔隙半径10高分子⁻⁵厘米。因此,Fe(哦)₃索尔将进入的孔隙煤大分子和逐渐凝结成菲(哦)₃胶束来填补毛孔,从而减少的有效孔隙体积煤粒子,最终提高其真实密度,降低孔隙度。也越大,煤的含硫量,封堵效果越大,随着温度的增加,这种影响更加明显。

在该测试中,煤样没有湿润,其含水量是自然含水量。如果煤含硫轴在潮湿的环境下和有风险的自然燃烧,硫化合物的影响在减少其孔隙度将会更加明显。

3所示。煤的微观形态的影响

扫描电子显微镜(SEM)通常是用来研究物质的微观形态。在这项研究中,利用SEM研究煤炭样品的微观形态与不同硫磺加热前后内容使用日立s - 3400 n扫描电子显微镜(日立公司(Hitachi Ltd .)、东京、日本)。原煤样品的扫描电镜图像与菲斯和煤炭样本₂和菲斯添加前后氧化温度的增加(增加氧化温度条件相同的真密度测试)被记录在10000倍的放大,显示在数据和图像4∼6。

通过连续观察移动镜头,代表图像放大10000倍的选择进行分析。

在图的图像4显示,原煤样品的表面氧化和加热前后展品片状结构,有一个小的表面孔隙结构。加热后,孔隙结构表面的原煤样扩张相比,在加热之前,和裂缝增加。煤样的表面部分氧化,和煤样的表面裂缝。

在图的图像5表明添加菲斯之后₂原煤样品粉末,煤样表面的微观形貌变化之前,加菲斯₂。特别是,煤表面的微粒的数量显著增加,这样增加微粒数量的增加煤和氧气之间的接触面积,这有利于自然燃烧。氧化温度升高后,微粒数量的增加,原来的大规模区域变得松散。裂缝表面出现大量煤炭和粒子,设置条件进一步加速氧化。

在图的图像6显示,添加后的菲斯原煤样粉,表面变得光滑,表现出明显的片状的分布,发现和深层裂缝之间的每一个片状的。氧化温度升高后,层状结构显然解体了,煤的块被分解为许多微粒。微粒放松的薄层煤层的结构,增加了空气泄漏速度和微孔隙中的氧含量,进一步促进煤的自燃。

4所示。煤炭自燃的影响趋势

煤的自燃是直接关系到煤的吸附的氧气。在这项研究中,ZRJ-1煤球自燃测试仪是用来测试动态上的含硫量的影响在不同温度条件下煤的耗氧量。在实验中,新鲜的大型煤炭采集标本,然后,煤炭100∼150 g的核心。小于0.2毫米的煤被粒子在20分钟内,和颗粒的0.1 - -0.15毫米占70%以上5- - - - - -8]。8组煤的含硫量的样品2,3,4,5%是由加菲斯₂菲斯,原煤样品被认为有大约0%的含硫量。总共有9组。

氧气摄入水平的煤样不同硫内容在30°C表所示2显示的菲斯₂菲斯,煤的耗氧量水平30°C增加以及煤的含硫量的增加样本,表明煤的含硫量促进身体耗氧量,最多增加约21.90%和15.33。

随着煤的含硫量的增加样本,氧气吸收,以色谱法来衡量,最初增加然后减少。这一发现表明,在通常的煤层含硫量范围,有一个含硫量价值在氧气吸收促进作用最强的衡量煤炭样品的色谱法,具有最大的提高影响煤的自燃倾向性。用同样的含硫量,色谱30°C的摄氧煤样品含有菲斯高于煤炭样本含有菲斯₂的促进作用,表明菲斯在煤的自燃倾向性是略大于菲斯₂在相同的实验条件。菲斯的煤样,氧气吸收的峰值是含硫量的4%左右,而菲斯₂煤炭样品约3%。

5。煤炭自燃标志气体的影响

硫化合物的影响与不同的硫代规律性的内容研究了煤自燃的标志气体温度程序实验。新鲜大块煤炭样本炮击,空心,碾碎,和四种煤颗粒的粒径0∼1毫米,1∼3毫米,3∼5毫米和5∼10毫米选择准备混合煤样品所需的程序升温特性实验的质量比1:1:1:1。然后,正确的菲斯的重量₂或菲斯粉末样品均匀与煤混合样本根据设计的含硫量。每个样本重1000 g (25,26]。准备煤炭样本缓慢加载到煤样罐,然后放入编程加热炉。在实验中,干燥的空气注入煤样罐在130毫升/分钟的流量;然后每10°C的气体被增加,通过气相色谱分析。

5.1。公司生产的规则

公司是最早的氧化气体产品煤自燃过程中,贯穿整个过程。后加菲斯₂和菲斯公司生产的变化与煤煤样不同硫内容温度如图7。

结果在图7(一)表明,在煤炭样品的温度与菲斯补充道₂和菲斯达到80 - 90°C,几乎没有区别的公司在每个煤炭生产样品。80 - 90°C以上,逐渐增加的区别。在煤温度相同条件下,公司生产的数量通常先增加,然后随硫含量的增加而减小。在这两种添加剂的情况下,当硫含量是3和4%,分别煤样产生最多的公司,原煤样品是最小的,剩下的是两者之间,与一些交错重叠,这基本上是与氧气摄入量的变化规律一致。与公司生产数据相同的含硫量与不同的硫化合物,2和3%,硫含量时有限公司生产煤样的菲斯补充道₂略高于煤炭样本与菲斯补充道。4和5%,硫含量时获得的结果是相反的,当硫含量是2和3%。两者的区别是最大的,当硫含量为4%。

5.2。乙烯(C₂H₄)生产

C的外观₂H₄表明,煤自燃已经进入了加速氧化阶段,通常用于煤炭自燃的指标。后加菲斯₂菲斯,C₂H₄煤炭的生产和样品不同硫磺含量随煤的温度,如图8。当菲斯₂添加,C的生产₂H₄不太正常,温度C₂H₄首次出现并没有改变在编程的过程中加热,在80°C。C₂H₄生产每一个煤样的硫含量明显高于原煤样品,但是他们的曲线重叠在很多点。因此,相同条件下的煤温度、C的变化规律₂H₄生产与硫内容不清楚,但可以看出,含硫量为3%时,C₂H₄在整个生产过程中产量最大。

C的规律₂H₄煤炭的生产和样品加菲斯在编程的过程中加热显然比用菲斯补充道₂和曲线的重叠是显著降低。C的温度₂H₄煤炭样本中含硫量的4%增加到70°C的第一次,这表明它有显著促进作用在煤的自燃。在同一煤温度、硫含量的增加,C₂H₄生产通常先增加,然后下降,C₂H₄生产含硫量为4%时达到最大。

6。最短的影响煤自燃的时期

最短自燃时间在煤的实验是指从煤接触空气煤炭自燃,这可以更好地描述煤自燃的风险(27,28]。煤炭自燃时期的变化趋势与硫内容如图9。

图中的数据8表明,随着硫磺含量的增加,煤自燃阶段一般展览一个下降的趋势,表明硫起着促进的作用在自然燃烧煤炭。此外,对于煤炭样本与菲斯补充道₂,最小值为14.23时,硫含量为3%,与加菲斯和煤样品,最小值为13.24 d时,含硫量为4%。加菲斯的促进作用大于的菲斯补充道₂。因此,在日常防火工作,需要检测的内容和类型硫的煤层在任何时间以防止发生的自然燃烧煤炭。

7所示。煤炭的主要活性组分配的影响

煤炭样品的分布特征与不同内容的硫化官能团和氧化过程中各官能团的变化特征进行了分析原位傅里叶变换红外(FTIR)光谱。组的实时变化规律在煤的反应过程,它提供了微观组织分布和变化的基础研究的影响不同的硫化物的分布主要活性组在煤29日,30.]。的原位那些时光6700红外光谱分析进行Nicolet FTIR光谱仪(热费希尔科学Inc .)、沃尔瑟姆,妈,美国)配备智能漫反射附件,样品反应池,温度控制装置、天然气供应设备,和水的冷却装置,如图10。

官能团的红外光谱煤煤样不同的硫化物的氧化过程随时间变化如图11。

煤的化学活动是由其官能团组成及含量。每个煤中官能团的内容可以通过红外光谱的定量分析确定煤炭样本。红外光谱的定量分析方法主要是基于Lambert-Beer法律,表示如下: 在哪里一个(ν)样品的吸光度光谱波数ν,T(ν)是透光率的样品的光谱波数ν,K(ν)是波数的样品的吸光度系数ν,b样品的厚度,c样品的浓度。有两种基于Lambert-Beer法的定量分析方法:一是基于峰高;另一种是基于峰面积。红外吸收光谱的峰面积值影响较小的因素样品和仪器比峰高值。因此,在这项研究中,峰面积的方法用于定量分析的内容中的每个功能组煤样品。

的主要官能团的峰面积值不同硫的煤样品内容在不同的温度下得到的拟合方法。如表所示3煤炭的主要官能团结构包括芳烃、脂肪族碳氢化合物,和各种含氧官能团(主要是羟基和羰基化合物)。

脂肪族碳氢化合物和芳香族碳氢化合物的峰面积的菲斯煤样品普遍增加,然后降低硫含量,而羟基和羰基化合物的峰面积降低,然后增加,达到最大值时,含硫量为4%。的菲斯₂,脂肪族碳氢化合物的峰面积增加,然后降低硫含量,芳香族碳氢化合物的峰面积增加,然后降低硫含量,和羟基和羰基化合物的峰面积先增加,然后下降,含硫量为4%时达到最大值。

8。结论

从各种硫化物的影响研究煤的物理结构性质,如孔隙度和微观结构,以及其自燃趋势,mark气体自燃自燃和时期,是得出以下结论:(1)硫化可以扩大煤炭和改善其孔隙结构。真正的密度随硫含量的增加而减小,而孔隙度增加而增加的含硫量。后加菲斯₂和菲斯粉原煤样品,表面上微粒的数量显著增加。后氧化和温度增加,层状结构显然解体了,煤的块分解成几个微粒。微粒放松的薄层煤层的结构,增加了空气泄漏速度和微孔隙中的氧含量,并进一步促进煤的自燃(2)添加硫促进煤的低温氧吸收。菲斯的促进作用在煤的自燃倾向性是略大于菲斯₂。硫含量的增加,耗氧量增加,然后降低,并且有一个含硫量水平,使得煤炭最大摄氧量值。这是初步确定最优硫煤自燃的样本的菲斯₂菲斯是3和4%,分别(3)煤温度相同条件下,公司生产的煤样品先增加,然后随硫含量的增加而减小。当有两种添加剂的含硫量3和4%,分别煤样产生最多的公司,和公司的法律生成氧气摄入量的变化规律基本上是一致的。C₂H₄生产各种硫的煤样品内容大于原煤样品,有很多重叠点。当煤的含硫量与菲斯样本₂菲斯是3%和4%,分别₂H₄产量最大的(4)硫促进煤的自燃,添加菲斯的效应大于加菲斯₂(5)脂肪族碳氢化合物和芳香族碳氢化合物的峰面积的菲斯煤样品普遍增加,然后降低硫含量,而羟基和羰基的峰面积降低,然后增加,达到最大值时,含硫量为4%。的菲斯₂,脂肪族碳氢化合物的峰面积增加,然后降低硫含量,芳香族碳氢化合物的峰面积增加,然后降低硫含量,和羟基和羰基化合物的峰面积先增加,然后下降,含硫量为4%时达到最大值

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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