摘 要 文章從基本結構單元、基本結構單元的邊緣基團以及結構參數(shù)等方面介紹了長焰煤的結構特征，從表面性質、機械性質、熱性質、電性質、光學性質、磁性質、潤濕性空隙度及比表面積等方面系統(tǒng)闡述了長焰煤的理化性質。對長焰煤較為完整的探究彌補了長期以來業(yè)界對長焰煤具體機構與理化性質研究的缺失，對長焰煤煤炭資源綜合開發(fā)及利用有參考意義。

關鍵詞 長焰煤；煤的結構；理化性質

中圖分類號：TQ531 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0157-01

在我國的煤炭分類中，長焰煤是變質程度最低的煙煤，是煤化程度僅高于褐煤的煤種。長焰煤作為我國重要的動力用煤和民用煤，在一次能源結構中占著不可或缺的重要地位。對長焰煤的煤質特征進行分析，研究查明其變化規(guī)律，對長焰煤煤炭資源綜合開發(fā)及利用具有重要的意義。我國長焰煤多數(shù)為侏羅紀低變質程度煤，已探明儲量約155.1 Gt[1]，主要產(chǎn)地有甘肅的靖運、河南的義馬、陜西的彬縣、遼寧的阜新、撫順，山西的大同及平朔等[2]。

1 長焰煤的結構特征

1）基本結構單元。

煤的基本結構單元包括規(guī)則部分和不規(guī)則部分。規(guī)則部分為基本結構單元的核部分，由幾個或十幾個苯環(huán)、脂環(huán)、氫化芳香環(huán)及雜環(huán)（含氮、氧、硫）所組成。在苯環(huán)的周圍連接著各種含氧基團和烷基側鏈，屬于基本結構單元的不規(guī)則部分。

隨著煤化程度的提高，苯核逐漸增多，而不規(guī)則部分逐漸減少。長焰煤的基本結構單元如圖1。

圖1 長焰煤分子結構的兩種主要形式

2）基本結構單元的邊緣基團。

長焰煤基本單元結構的邊緣基團是其結構的不規(guī)則部分，主要是含氧官能團和烷基側鏈，還有很少的氮和硫的官能團以及橋鍵。

①含氧官能團。長焰煤的含氧官能團主要為酚羥基（—OH）。一般認為，絕大多數(shù)煤只含酚羥基而極少含有醇羥基。它們存在于泥炭、褐煤和煙煤中，是長焰煤的主要含氧官能團。另外，在長焰煤的基本結構單元中還含有一些羰基（C=O）。

②烷基側鏈。煤的紅外光譜、核磁共振、氧化和熱裂解的研究都已確認煤的結構單元上連接有烷基側鏈。烷基側鏈隨煤化程度的增加很快縮短，然后變化減緩。長焰煤屬低變質程度的煙煤，其烷基側鏈碳原子數(shù)平均為2左右。

③含硫和含氮官能團。硫中有機硫的主要形式是噻吩。其次是硫醚鍵和巰基（—SH）。長焰煤中含氮1%～2%，大約50%～75%的氮存在于吡啶環(huán)或喹啉環(huán)形式中，此外還有氨基、亞氨基、腈基和五元雜環(huán)等，其結構非常穩(wěn)定。

④橋鍵：

次甲基鍵—CH2—，—CH2—CH2—，—CH2—CH2—CH2—等；

醚鍵和硫醚鍵—O—，—S—，—S—S—等；

次甲基醚鍵—CH2—O—，—CH2—S—等；

芳香碳—碳鍵—CAR-—CAR—。

在長焰煤結構中橋鍵發(fā)達，且主要以前三種形式存在。

2 長焰煤的理化性質

1）表面性質。長焰煤新鮮斷面有瀝青光澤或弱瀝青光澤，斷口多為參差狀[4]，顏色黑中帶褐。其在磁板上畫出條痕的顏色為淺棕色。

2）密度。長焰煤的孔隙和裂隙對其密度造成一定的影響。經(jīng)測定，長焰煤視密度變化范圍從1.41到1.53 g/cm3，平均

1.45 g/cm3。

3）機械性質。

①硬度。從褐煤開始，顯微硬度隨著煤化程度的提高而上升，在碳含量為75%到80%之間有一個極大值；此后，顯微硬度隨著煤化程度的提高而下降，在碳含量達到85%左右最低；煤化程度再提高，顯微硬度又開始上升，到無煙煤階段，顯微硬度幾乎隨著煤化程度的提高而呈直線上升。長焰煤的顯微硬度約30 kg/mm2。

②脆度。煤的脆度與煤的煤巖組成和煤化程度有關。煤化程度向氣煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤方向降低時，其脆性也逐漸降低。

③彈性。煤的彈性與煤的種類、粒度組成和礦物組成及含量等多種因素有關。綜合各種因素，長焰煤的彈性較低，但應根據(jù)不同煤種做具體判斷。

④可磨性。在低煤化程度階段，隨煤化程度的增加，煤化程度的可磨性緩慢增加，但不同長焰煤的哈氏可磨性指數(shù)（HGI）也有較大的差異，例如義馬千秋礦HGI較高為78，而楊村礦和常村礦煤的HGI則分別為60和61。

4）熱性質。煤的熱穩(wěn)定性和成煤過程中的地質條件有關，也與煤中礦物質的組成及化學成分有關。對于長焰煤而言，由于其煤化程度較低，空隙度較大、含水分較多、在驟然升溫過程中水分突然析出，會使塊煤破裂而降低其熱穩(wěn)定性，而且不同地區(qū)長焰煤甚至不同煤層長焰煤熱穩(wěn)定性波動較大。

5）電性質。煤是一種導體和半導體，其電阻率受煤化程度、煤巖成分、礦物質的數(shù)量和組成、煤的水分、孔隙度和煤的結構等影響。其電導率隨煤化程度的加深而增加，碳含量達到87%以后，電導率急劇增加。褐煤的電阻率較低，隨著煤化程度的加深電阻率增加，到長焰煤時達到最大，此后煤化程度加深，煤的電阻率呈緩慢下降趨勢，碳含量達到90%以上的無煙煤，電阻率急速下降。

6）磁性質。煤的有機質一般具有抗磁性，即在外磁場的作用下產(chǎn)生的附加磁場與外磁場的方向相反。比磁化率x是指在1高斯磁場強度下，1 g物質的磁化率。煤的比磁化率隨煤化程度的提高而呈直線增加，碳含量在79%～91%之間出現(xiàn)轉折，增大幅度減緩，此后則急劇增大。長焰煤的比磁化率x在0.60×10-6～0.65×10-6cm3·g-1之間。

7）潤濕性。煤的潤濕性根本上取決于煤表面的分子結構特點。隨著碳含量的增加，煤對水的潤濕性是下降的。由于長焰煤分子中含有較大的極性含氧官能團，所以長焰煤相比其它煙煤和無煙煤具有略微高的潤濕性，即親水性，可浮性略差。

3 結論

長焰煤是變質程度最低的高揮發(fā)分非煉焦煙煤，其分子結構中側鏈官能團較多，硬度差，孔隙率較大，親水性較強。

參考文獻

[1]陳忠峰，鄭明東，張代林，等.長焰煤配煤煉焦的可行性研究[J].選煤技術，2010（12）.

[2]青渝.我國煤炭種類知多少[J].中國地理教學參考，2000（03）.

[3]張雙全，吳國光.煤化學[M].中國礦業(yè)大學出版社，2004.

[4]郭菲，王卓，趙杰.阜新—雷家區(qū)長焰煤煤質特征[J].中國新技術新產(chǎn)品，2011（05）.

作者簡介

李文靜（1990-），女，漢族，山東人，碩士研究生在讀，研究方向：礦物加工原理、工藝及設備。endprint

摘 要 文章從基本結構單元、基本結構單元的邊緣基團以及結構參數(shù)等方面介紹了長焰煤的結構特征，從表面性質、機械性質、熱性質、電性質、光學性質、磁性質、潤濕性空隙度及比表面積等方面系統(tǒng)闡述了長焰煤的理化性質。對長焰煤較為完整的探究彌補了長期以來業(yè)界對長焰煤具體機構與理化性質研究的缺失，對長焰煤煤炭資源綜合開發(fā)及利用有參考意義。

關鍵詞 長焰煤；煤的結構；理化性質

中圖分類號：TQ531 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0157-01

在我國的煤炭分類中，長焰煤是變質程度最低的煙煤，是煤化程度僅高于褐煤的煤種。長焰煤作為我國重要的動力用煤和民用煤，在一次能源結構中占著不可或缺的重要地位。對長焰煤的煤質特征進行分析，研究查明其變化規(guī)律，對長焰煤煤炭資源綜合開發(fā)及利用具有重要的意義。我國長焰煤多數(shù)為侏羅紀低變質程度煤，已探明儲量約155.1 Gt[1]，主要產(chǎn)地有甘肅的靖運、河南的義馬、陜西的彬縣、遼寧的阜新、撫順，山西的大同及平朔等[2]。

1 長焰煤的結構特征

1）基本結構單元。

煤的基本結構單元包括規(guī)則部分和不規(guī)則部分。規(guī)則部分為基本結構單元的核部分，由幾個或十幾個苯環(huán)、脂環(huán)、氫化芳香環(huán)及雜環(huán)（含氮、氧、硫）所組成。在苯環(huán)的周圍連接著各種含氧基團和烷基側鏈，屬于基本結構單元的不規(guī)則部分。

隨著煤化程度的提高，苯核逐漸增多，而不規(guī)則部分逐漸減少。長焰煤的基本結構單元如圖1。

圖1 長焰煤分子結構的兩種主要形式

2）基本結構單元的邊緣基團。

長焰煤基本單元結構的邊緣基團是其結構的不規(guī)則部分，主要是含氧官能團和烷基側鏈，還有很少的氮和硫的官能團以及橋鍵。

①含氧官能團。長焰煤的含氧官能團主要為酚羥基（—OH）。一般認為，絕大多數(shù)煤只含酚羥基而極少含有醇羥基。它們存在于泥炭、褐煤和煙煤中，是長焰煤的主要含氧官能團。另外，在長焰煤的基本結構單元中還含有一些羰基（C=O）。

②烷基側鏈。煤的紅外光譜、核磁共振、氧化和熱裂解的研究都已確認煤的結構單元上連接有烷基側鏈。烷基側鏈隨煤化程度的增加很快縮短，然后變化減緩。長焰煤屬低變質程度的煙煤，其烷基側鏈碳原子數(shù)平均為2左右。

③含硫和含氮官能團。硫中有機硫的主要形式是噻吩。其次是硫醚鍵和巰基（—SH）。長焰煤中含氮1%～2%，大約50%～75%的氮存在于吡啶環(huán)或喹啉環(huán)形式中，此外還有氨基、亞氨基、腈基和五元雜環(huán)等，其結構非常穩(wěn)定。

④橋鍵：

次甲基鍵—CH2—，—CH2—CH2—，—CH2—CH2—CH2—等；

醚鍵和硫醚鍵—O—，—S—，—S—S—等；

次甲基醚鍵—CH2—O—，—CH2—S—等；

芳香碳—碳鍵—CAR-—CAR—。

在長焰煤結構中橋鍵發(fā)達，且主要以前三種形式存在。

2 長焰煤的理化性質

1）表面性質。長焰煤新鮮斷面有瀝青光澤或弱瀝青光澤，斷口多為參差狀[4]，顏色黑中帶褐。其在磁板上畫出條痕的顏色為淺棕色。

2）密度。長焰煤的孔隙和裂隙對其密度造成一定的影響。經(jīng)測定，長焰煤視密度變化范圍從1.41到1.53 g/cm3，平均

1.45 g/cm3。

3）機械性質。

①硬度。從褐煤開始，顯微硬度隨著煤化程度的提高而上升，在碳含量為75%到80%之間有一個極大值；此后，顯微硬度隨著煤化程度的提高而下降，在碳含量達到85%左右最低；煤化程度再提高，顯微硬度又開始上升，到無煙煤階段，顯微硬度幾乎隨著煤化程度的提高而呈直線上升。長焰煤的顯微硬度約30 kg/mm2。

②脆度。煤的脆度與煤的煤巖組成和煤化程度有關。煤化程度向氣煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤方向降低時，其脆性也逐漸降低。

③彈性。煤的彈性與煤的種類、粒度組成和礦物組成及含量等多種因素有關。綜合各種因素，長焰煤的彈性較低，但應根據(jù)不同煤種做具體判斷。

④可磨性。在低煤化程度階段，隨煤化程度的增加，煤化程度的可磨性緩慢增加，但不同長焰煤的哈氏可磨性指數(shù)（HGI）也有較大的差異，例如義馬千秋礦HGI較高為78，而楊村礦和常村礦煤的HGI則分別為60和61。

4）熱性質。煤的熱穩(wěn)定性和成煤過程中的地質條件有關，也與煤中礦物質的組成及化學成分有關。對于長焰煤而言，由于其煤化程度較低，空隙度較大、含水分較多、在驟然升溫過程中水分突然析出，會使塊煤破裂而降低其熱穩(wěn)定性，而且不同地區(qū)長焰煤甚至不同煤層長焰煤熱穩(wěn)定性波動較大。

5）電性質。煤是一種導體和半導體，其電阻率受煤化程度、煤巖成分、礦物質的數(shù)量和組成、煤的水分、孔隙度和煤的結構等影響。其電導率隨煤化程度的加深而增加，碳含量達到87%以后，電導率急劇增加。褐煤的電阻率較低，隨著煤化程度的加深電阻率增加，到長焰煤時達到最大，此后煤化程度加深，煤的電阻率呈緩慢下降趨勢，碳含量達到90%以上的無煙煤，電阻率急速下降。

6）磁性質。煤的有機質一般具有抗磁性，即在外磁場的作用下產(chǎn)生的附加磁場與外磁場的方向相反。比磁化率x是指在1高斯磁場強度下，1 g物質的磁化率。煤的比磁化率隨煤化程度的提高而呈直線增加，碳含量在79%～91%之間出現(xiàn)轉折，增大幅度減緩，此后則急劇增大。長焰煤的比磁化率x在0.60×10-6～0.65×10-6cm3·g-1之間。

7）潤濕性。煤的潤濕性根本上取決于煤表面的分子結構特點。隨著碳含量的增加，煤對水的潤濕性是下降的。由于長焰煤分子中含有較大的極性含氧官能團，所以長焰煤相比其它煙煤和無煙煤具有略微高的潤濕性，即親水性，可浮性略差。

3 結論

長焰煤是變質程度最低的高揮發(fā)分非煉焦煙煤，其分子結構中側鏈官能團較多，硬度差，孔隙率較大，親水性較強。

參考文獻

[1]陳忠峰，鄭明東，張代林，等.長焰煤配煤煉焦的可行性研究[J].選煤技術，2010（12）.

[2]青渝.我國煤炭種類知多少[J].中國地理教學參考，2000（03）.

[3]張雙全，吳國光.煤化學[M].中國礦業(yè)大學出版社，2004.

[4]郭菲，王卓，趙杰.阜新—雷家區(qū)長焰煤煤質特征[J].中國新技術新產(chǎn)品，2011（05）.

作者簡介

李文靜（1990-），女，漢族，山東人，碩士研究生在讀，研究方向：礦物加工原理、工藝及設備。endprint

摘 要 文章從基本結構單元、基本結構單元的邊緣基團以及結構參數(shù)等方面介紹了長焰煤的結構特征，從表面性質、機械性質、熱性質、電性質、光學性質、磁性質、潤濕性空隙度及比表面積等方面系統(tǒng)闡述了長焰煤的理化性質。對長焰煤較為完整的探究彌補了長期以來業(yè)界對長焰煤具體機構與理化性質研究的缺失，對長焰煤煤炭資源綜合開發(fā)及利用有參考意義。

關鍵詞 長焰煤；煤的結構；理化性質

中圖分類號：TQ531 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0157-01

在我國的煤炭分類中，長焰煤是變質程度最低的煙煤，是煤化程度僅高于褐煤的煤種。長焰煤作為我國重要的動力用煤和民用煤，在一次能源結構中占著不可或缺的重要地位。對長焰煤的煤質特征進行分析，研究查明其變化規(guī)律，對長焰煤煤炭資源綜合開發(fā)及利用具有重要的意義。我國長焰煤多數(shù)為侏羅紀低變質程度煤，已探明儲量約155.1 Gt[1]，主要產(chǎn)地有甘肅的靖運、河南的義馬、陜西的彬縣、遼寧的阜新、撫順，山西的大同及平朔等[2]。

1 長焰煤的結構特征

1）基本結構單元。

煤的基本結構單元包括規(guī)則部分和不規(guī)則部分。規(guī)則部分為基本結構單元的核部分，由幾個或十幾個苯環(huán)、脂環(huán)、氫化芳香環(huán)及雜環(huán)（含氮、氧、硫）所組成。在苯環(huán)的周圍連接著各種含氧基團和烷基側鏈，屬于基本結構單元的不規(guī)則部分。

隨著煤化程度的提高，苯核逐漸增多，而不規(guī)則部分逐漸減少。長焰煤的基本結構單元如圖1。

圖1 長焰煤分子結構的兩種主要形式

2）基本結構單元的邊緣基團。

長焰煤基本單元結構的邊緣基團是其結構的不規(guī)則部分，主要是含氧官能團和烷基側鏈，還有很少的氮和硫的官能團以及橋鍵。

①含氧官能團。長焰煤的含氧官能團主要為酚羥基（—OH）。一般認為，絕大多數(shù)煤只含酚羥基而極少含有醇羥基。它們存在于泥炭、褐煤和煙煤中，是長焰煤的主要含氧官能團。另外，在長焰煤的基本結構單元中還含有一些羰基（C=O）。

②烷基側鏈。煤的紅外光譜、核磁共振、氧化和熱裂解的研究都已確認煤的結構單元上連接有烷基側鏈。烷基側鏈隨煤化程度的增加很快縮短，然后變化減緩。長焰煤屬低變質程度的煙煤，其烷基側鏈碳原子數(shù)平均為2左右。

③含硫和含氮官能團。硫中有機硫的主要形式是噻吩。其次是硫醚鍵和巰基（—SH）。長焰煤中含氮1%～2%，大約50%～75%的氮存在于吡啶環(huán)或喹啉環(huán)形式中，此外還有氨基、亞氨基、腈基和五元雜環(huán)等，其結構非常穩(wěn)定。

④橋鍵：

次甲基鍵—CH2—，—CH2—CH2—，—CH2—CH2—CH2—等；

醚鍵和硫醚鍵—O—，—S—，—S—S—等；

次甲基醚鍵—CH2—O—，—CH2—S—等；

芳香碳—碳鍵—CAR-—CAR—。

在長焰煤結構中橋鍵發(fā)達，且主要以前三種形式存在。

2 長焰煤的理化性質

1）表面性質。長焰煤新鮮斷面有瀝青光澤或弱瀝青光澤，斷口多為參差狀[4]，顏色黑中帶褐。其在磁板上畫出條痕的顏色為淺棕色。

2）密度。長焰煤的孔隙和裂隙對其密度造成一定的影響。經(jīng)測定，長焰煤視密度變化范圍從1.41到1.53 g/cm3，平均

1.45 g/cm3。

3）機械性質。

①硬度。從褐煤開始，顯微硬度隨著煤化程度的提高而上升，在碳含量為75%到80%之間有一個極大值；此后，顯微硬度隨著煤化程度的提高而下降，在碳含量達到85%左右最低；煤化程度再提高，顯微硬度又開始上升，到無煙煤階段，顯微硬度幾乎隨著煤化程度的提高而呈直線上升。長焰煤的顯微硬度約30 kg/mm2。

②脆度。煤的脆度與煤的煤巖組成和煤化程度有關。煤化程度向氣煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤方向降低時，其脆性也逐漸降低。

③彈性。煤的彈性與煤的種類、粒度組成和礦物組成及含量等多種因素有關。綜合各種因素，長焰煤的彈性較低，但應根據(jù)不同煤種做具體判斷。

④可磨性。在低煤化程度階段，隨煤化程度的增加，煤化程度的可磨性緩慢增加，但不同長焰煤的哈氏可磨性指數(shù)（HGI）也有較大的差異，例如義馬千秋礦HGI較高為78，而楊村礦和常村礦煤的HGI則分別為60和61。

4）熱性質。煤的熱穩(wěn)定性和成煤過程中的地質條件有關，也與煤中礦物質的組成及化學成分有關。對于長焰煤而言，由于其煤化程度較低，空隙度較大、含水分較多、在驟然升溫過程中水分突然析出，會使塊煤破裂而降低其熱穩(wěn)定性，而且不同地區(qū)長焰煤甚至不同煤層長焰煤熱穩(wěn)定性波動較大。

5）電性質。煤是一種導體和半導體，其電阻率受煤化程度、煤巖成分、礦物質的數(shù)量和組成、煤的水分、孔隙度和煤的結構等影響。其電導率隨煤化程度的加深而增加，碳含量達到87%以后，電導率急劇增加。褐煤的電阻率較低，隨著煤化程度的加深電阻率增加，到長焰煤時達到最大，此后煤化程度加深，煤的電阻率呈緩慢下降趨勢，碳含量達到90%以上的無煙煤，電阻率急速下降。

6）磁性質。煤的有機質一般具有抗磁性，即在外磁場的作用下產(chǎn)生的附加磁場與外磁場的方向相反。比磁化率x是指在1高斯磁場強度下，1 g物質的磁化率。煤的比磁化率隨煤化程度的提高而呈直線增加，碳含量在79%～91%之間出現(xiàn)轉折，增大幅度減緩，此后則急劇增大。長焰煤的比磁化率x在0.60×10-6～0.65×10-6cm3·g-1之間。

7）潤濕性。煤的潤濕性根本上取決于煤表面的分子結構特點。隨著碳含量的增加，煤對水的潤濕性是下降的。由于長焰煤分子中含有較大的極性含氧官能團，所以長焰煤相比其它煙煤和無煙煤具有略微高的潤濕性，即親水性，可浮性略差。

3 結論

長焰煤是變質程度最低的高揮發(fā)分非煉焦煙煤，其分子結構中側鏈官能團較多，硬度差，孔隙率較大，親水性較強。

參考文獻

[1]陳忠峰，鄭明東，張代林，等.長焰煤配煤煉焦的可行性研究[J].選煤技術，2010（12）.

[2]青渝.我國煤炭種類知多少[J].中國地理教學參考，2000（03）.

[3]張雙全，吳國光.煤化學[M].中國礦業(yè)大學出版社，2004.

[4]郭菲，王卓，趙杰.阜新—雷家區(qū)長焰煤煤質特征[J].中國新技術新產(chǎn)品，2011（05）.

作者簡介

李文靜（1990-），女，漢族，山東人，碩士研究生在讀，研究方向：礦物加工原理、工藝及設備。endprint