王 越，丁 華，武琳琳，張昀朋，周 琦，曲思建

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100013；2.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司煤化工分院，北京 100013；3.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013）

深入研究煤中不同顯微組分在熱解過(guò)程中的演化行為，對(duì)揭示煤中不同組分的熱解特征和成焦規(guī)律具有重要意義。目前，多利用不同形式的反應(yīng)器，對(duì)比反應(yīng)前后樣品的變化特征來(lái)分析熱解過(guò)程中煤及顯微組分的演化特征，而不能連續(xù)觀察煤受熱過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化，無(wú)法實(shí)時(shí)呈現(xiàn)不同溫度下的熱演化行為。

在常規(guī)煤巖顯微鏡上安裝能夠連續(xù)加熱和精準(zhǔn)控溫的顯微熱臺(tái)，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中組分表面形貌的變化特征，克服間接研究方法的不足。目前，該方法廣泛用于研究煤瀝青中間相的熱轉(zhuǎn)化行為[1]、煤灰沉積及熔融特性[2,3]、煤焦氣化反應(yīng)性[4-6]、非黏結(jié)性煤的顆粒收縮[7,8]及膨脹破碎特性[9]。沈寓韜等[10]利用顯微鏡熱臺(tái)原位觀測(cè)不同變質(zhì)程度煙煤熱解過(guò)程中軟化熔融特征變化，發(fā)現(xiàn)煤粒表面形成的膠質(zhì)體與變質(zhì)程度密切相關(guān)，中等變質(zhì)程度煤生成較多的膠質(zhì)體，而變質(zhì)程度較低或較高的煤生成膠質(zhì)體較少。煤中鏡質(zhì)組的熱解反應(yīng)性還與成煤時(shí)代密切相關(guān)，羅俊文等[11]利用顯微鏡熱臺(tái)研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)西南地區(qū)晚二疊世煤中鏡質(zhì)組的熔融特性?xún)?yōu)于相同變質(zhì)程度晚三疊世煤。煤中殼質(zhì)組的熱變化特征要比鏡質(zhì)組劇烈。孫翊博等[12]利用顯微鏡熱臺(tái)研究發(fā)現(xiàn)，煤中樹(shù)皮體的受熱變化特征比同一煤中的鏡質(zhì)組明顯；王越等[13]綜合利用顯微鏡熱臺(tái)、熒光顯微分析和顯微傅里葉紅外光譜（Micro-FTIR）研究發(fā)現(xiàn)，孢粉體、角質(zhì)體、樹(shù)脂體、木栓質(zhì)體、瀝青質(zhì)體、藻類(lèi)體等殼質(zhì)組分的低溫?zé)徂D(zhuǎn)化特性與熒光特性關(guān)系密切。

顯微鏡熱臺(tái)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與操作條件密切相關(guān)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度高于400 ℃后，由于熱解過(guò)程中熱應(yīng)力、揮發(fā)性氣體逸出等影響，煤顆?？赡軙?huì)發(fā)生無(wú)規(guī)律移動(dòng)，熱臺(tái)腔中的空氣也會(huì)影響膠質(zhì)體的轉(zhuǎn)化行為，因而宜在惰性氣體中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[14]。此外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程需要外加標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行溫度校正，以免出現(xiàn)特征溫度異常的現(xiàn)象[15]。

近年來(lái)，隨著中國(guó)優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源的消耗，低灰、低硫的煉焦煤越來(lái)越稀缺[16]。而中國(guó)西部侏羅紀(jì)煤普遍具有低灰、低硫的優(yōu)點(diǎn)，但是特殊的成煤環(huán)境導(dǎo)致煤的還原程度低[17]。本文以黃陵侏羅紀(jì)氣煤為研究對(duì)象，利用離心分離獲取顯微組分富集物，詳細(xì)研究顯微組分富集物的煤質(zhì)特征及熱解特性，并利用顯微鏡熱臺(tái)直接觀測(cè)各顯微組分受熱后的軟化熔融特征。本研究對(duì)揭示顯微組分的熱解反應(yīng)活性差異，建立適用于弱還原煉焦煤的配煤煉焦機(jī)理具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

采集黃陵煤礦商品煤樣品，按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣品的工業(yè)分析、元素分析、全硫、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層指數(shù)和奧亞膨脹度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品的基本煤質(zhì)特征Table 1 Basic characteristics of the coal sample

由表1 可知，實(shí)驗(yàn)煤樣為典型的氣煤，灰分和全硫含量極低，黏結(jié)指數(shù)較高，膠質(zhì)層最大厚度可達(dá)11 mm，成焦過(guò)程中微膨脹，是非常優(yōu)良的煉焦配煤原料。在保證焦炭質(zhì)量的前提下，多配入該煤可降低冶金焦的灰分和硫分，實(shí)現(xiàn)煉焦煤資源的優(yōu)化利用。

目前，中國(guó)煙煤顯微組分分類(lèi)（GB/T 15588—2013）已經(jīng)取消半鏡質(zhì)組，但是半鏡質(zhì)組可以很好地表征中國(guó)西部弱還原程度煤中的過(guò)渡組分[18]。此外，特殊的成煤環(huán)境導(dǎo)致黃陵氣煤中還存在少量腐泥基質(zhì)[19]，反射率和密度與殼質(zhì)組接近。因而本文將黃陵煤中顯微組分劃分為鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組、殼質(zhì)組（含腐泥基質(zhì)）和礦物，按照GB/T 6948—2008《煤的鏡質(zhì)體反射率顯微鏡測(cè)定方法》和GB/T 8899—2013《煤的顯微組分組和礦物測(cè)定方法》測(cè)試煤巖特征。

1.2 顯微組分分離及分析

按照GB/T 478—2008《煤炭浮沉實(shí)驗(yàn)方法》，將原樣破碎并取0.5?1.0 mm 粒級(jí)的樣品，以氯化鋅（分析純）為浮沉介質(zhì)進(jìn)行降灰實(shí)驗(yàn)，密度級(jí)選擇1.80 g/cm3。將降灰后的樣品干燥后置入球磨機(jī)中研磨至小于<0.071 mm，參照MT/T 807—1999《煙煤鏡質(zhì)組密度離心分離方法》，利用LD4-2 型高速離心機(jī)進(jìn)行離心分離。離心介質(zhì)為苯（分析純，密度ρ=0.871 g/cm3）和四氯化碳（分析純，密度ρ=1.592 g/cm3）。離心實(shí)驗(yàn)選擇的密度級(jí)分別為1.26、1.30、1.32、1.35、1.40 和1.45 g/cm3。

對(duì)分離后的殼質(zhì)組富集物（L-R）、鏡質(zhì)組富集物（V-R）、半鏡質(zhì)組富集物（SV-R）、惰質(zhì)組富集物（I-R）按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工業(yè)分析、元素分析、全硫、黏結(jié)指數(shù)、真相對(duì)密度和顯微組分含量等測(cè)試。

原煤與各顯微組分富集物的真相對(duì)密度（TRD）、揮發(fā)分產(chǎn)率、元素組成之間均具有加和性。根據(jù)真相對(duì)密度的加和性，可得方程：

式中，Vi、SVi、Ii、Li分別為第i種富集物中鏡質(zhì)組（V）、半鏡質(zhì)組（SV）、惰質(zhì)組（I）和殼質(zhì)組（L）的體積分?jǐn)?shù)（測(cè)定值）；

dV、dSV、dI、dL分別為鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組的真相對(duì)密度；

Di為第i種顯微組分富集物的真相對(duì)密度。

由于煤及顯微組分富集物中的黃鐵礦含量較低，煤中礦物質(zhì)含量（MM）可由Parr 公式近似計(jì)算：

根據(jù)元素組成、揮發(fā)分產(chǎn)率的加和性可得方程：

式中，wVi、wSVi、wIi、wLi分別為第i種富集物中鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，顯微組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由體積分?jǐn)?shù)和真密度計(jì)算而得。

xV、xSV、xI、xL分別為鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組的某一符合加和性的指標(biāo)；

Xi為第i種富集物中該指標(biāo)的測(cè)定值。

元素組成、揮發(fā)分產(chǎn)率計(jì)算均采用無(wú)水無(wú)礦物基（dmmf）。

1.3 熱重?zé)峤鈱?shí)驗(yàn)和紅外光譜分析

利用NETZSCH STA 449 F3 熱重分析儀獲取顯微組分富集物的熱解特性曲線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)樣品粒度小于0.071 mm，每次實(shí)驗(yàn)用量約為30 mg；通入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣，流量為20 mL/min；從室溫開(kāi)始以3 ℃/min的速率升溫至850 ℃，記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中樣品的質(zhì)量變化。

初始熱解溫度（ta）與熱解活化能密切相關(guān)，表征煤的熱解反應(yīng)性。最大失重溫度（tb）表征煤大分子結(jié)構(gòu)的平均穩(wěn)定程度：最大失重溫度越低，表明煤的活性越高，煤的大分子結(jié)構(gòu)易受熱斷裂；最大失重溫度越高，表明煤的大分子結(jié)構(gòu)結(jié)合緊密，在熱解過(guò)程中不易被破壞[20]。熱解特征參數(shù)如圖1所示。

圖1 熱解特征參數(shù)示意圖Figure 1 Diagram of characteristic parameters during pyrolysis

利用Nicolet 380 傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)試顯微組分富集物的紅外光譜特征，采用KBr 壓片法制備樣品，光譜測(cè)量4000?400 cm?1，分辨率為4 cm?1。

1.4 顯微鏡熱臺(tái)原位熱解實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)用ZEISS Imager A2 m 偏光顯微鏡，物鏡為50 倍Epiplan 干物鏡；熱臺(tái)選用Linkam-HS1500V顯微熱臺(tái)，控溫精度可達(dá)1 ℃，顯微相機(jī)選擇PixeLink PL-B872 面陣CCD 相機(jī)。顯微鏡熱臺(tái)示意圖如文獻(xiàn)[13]所示。

1.4.1 樣品制備

在加熱過(guò)程中，鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組均可發(fā)生膨脹。如果樣品太大，在加熱過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)樣品因膨脹邊緣翹起的現(xiàn)象，對(duì)觀測(cè)造成困難；如果樣品太小，樣品可能會(huì)發(fā)生無(wú)規(guī)律移動(dòng)而影響觀測(cè)。熱臺(tái)坩堝的直徑為7.0 mm，因而本實(shí)驗(yàn)樣品的直徑選為5.0 mm。選擇代表性塊狀樣品置于直徑為5.0 mm 圓柱體模具中，用砂紙研磨至厚度小于1 mm后拋光備用。

1.4.2 溫度校準(zhǔn)

樣品的厚度和導(dǎo)熱性能對(duì)顯微鏡熱臺(tái)的測(cè)溫精度均產(chǎn)生影響。為保證熱臺(tái)實(shí)驗(yàn)與其他實(shí)驗(yàn)具有可對(duì)比性，本文選擇五種純凈物質(zhì)校準(zhǔn)顯微鏡熱臺(tái)，實(shí)驗(yàn)用固體粉末壓制成Φ5.0 mm×1.0 mm的圓柱體塊，與實(shí)驗(yàn)樣品的尺寸一致。以顯微鏡中可明顯看出物質(zhì)熔解（初熔）的溫度作為熔點(diǎn)的實(shí)測(cè)值，對(duì)物質(zhì)的理論熔點(diǎn)與實(shí)際熔點(diǎn)建立校準(zhǔn)公式（式(4)）及校正曲線(xiàn)（圖2）。

圖2 顯微鏡熱臺(tái)溫度校準(zhǔn)曲線(xiàn)Figure 2 Calibration curve of temperature of the heating stage microscope

顯微鏡熱臺(tái)的溫度校準(zhǔn)公式：

式中，tM為實(shí)測(cè)溫度；tT為理論溫度。

1.4.3 熱臺(tái)實(shí)驗(yàn)

油浸物鏡比干物鏡對(duì)煤中有機(jī)顯微組分的觀測(cè)效果要好，但是顯微鏡熱臺(tái)無(wú)法與油浸物鏡聯(lián)用。為了易于辨認(rèn)顯微組分，尤其是煤中的過(guò)渡組分，將制備好的樣品置于顯微鏡油浸物鏡下觀察，找到要觀察的組分并作標(biāo)記；然后擦去浸油，將樣品放入顯微熱臺(tái)，在干物鏡下觀察需要測(cè)定的組分。

在顯微熱臺(tái)實(shí)驗(yàn)時(shí)，通入流量低的氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣，氮?dú)饬髁繛?0 mL/min。從室溫開(kāi)始以3 ℃/min的速率升溫至850 ℃，用顯微相機(jī)實(shí)時(shí)記錄樣品表面的變化特征，以20 ℃/min 的速率降溫至室溫。

2 結(jié)果與討論

2.1 顯微組分分離結(jié)果及性質(zhì)

黃陵煤的煤巖分析結(jié)果如表2 所示。黃陵煤中顯微組分以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主，含少量的殼質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，礦物質(zhì)含量低。顯微鏡下觀察，鏡質(zhì)組以均質(zhì)鏡質(zhì)體和基質(zhì)鏡質(zhì)體為主，含少量碎屑鏡質(zhì)體和結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體；均質(zhì)鏡質(zhì)體呈較寬的條帶狀分布，基質(zhì)鏡質(zhì)體中常見(jiàn)沿層理方向分布的碎屑惰質(zhì)體和碎屑?xì)べ|(zhì)體。惰質(zhì)組以絲質(zhì)體為主，可見(jiàn)較多半絲質(zhì)體和碎屑惰質(zhì)體，少量的粗粒體和微粒體；絲質(zhì)體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)保存完好，以較厚的分層單獨(dú)分布，或以較薄的線(xiàn)理狀與基質(zhì)鏡質(zhì)體、均質(zhì)鏡質(zhì)體、半絲質(zhì)體密切共生。殼質(zhì)組以孢粉體、樹(shù)脂體和角質(zhì)體為主，常沿煤層層理方向分布于基質(zhì)鏡質(zhì)體中。煤中礦物含量低，以黏土礦物、石英和細(xì)粒浸染狀黃鐵礦為主。

表2 黃陵煤的煤巖分析Table 2 Petrographic composition of Huangling coal

離心分離獲取的顯微組分富集物的顯微組成見(jiàn)表3。不同顯微組分富集物的純度不同，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的解離程度均較高（圖3(a)，圖3(b)），富集物的純度分別在90%和80%以上。煤中的角質(zhì)體、孢粉體、樹(shù)脂體等殼質(zhì)組分一般與鏡質(zhì)組緊密共生且比較分散，較難實(shí)現(xiàn)充分解離（圖3(c)）。但是黃陵煤中有少量腐泥基質(zhì)，一般呈單獨(dú)顆粒狀出現(xiàn)，油浸反射光下為灰黑色，反射熒光下呈黃褐色熒光（圖3(e)）。因腐泥基質(zhì)相對(duì)容易富集，因而殼質(zhì)組（含腐泥基質(zhì)）富集物的純度可接近70%。煤中的半鏡質(zhì)組與鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組緊密共生，較難實(shí)現(xiàn)解離（圖3(d)），因而純度并不高。

圖3 各顯微組分富集物的解離特征Figure 3 Liberation characteristics of the enriched macerals

表3 顯微組分富集物的分離密度及純度Table 3 Separation density and petrographic composition of the enriched macerals

各顯微組分富集物的工業(yè)分析、元素分析、真相對(duì)密度、全硫及黏結(jié)指數(shù)測(cè)試結(jié)果如表4 所示，根據(jù)煤質(zhì)加和性計(jì)算的純顯微組分的理論煤質(zhì)特征如表5 所示。其中，芳香度（fa）根據(jù)文獻(xiàn)[21]中公式進(jìn)行計(jì)算：

表4 各顯微組分富集物的煤質(zhì)特征Table 4 Characteristics of the enriched macerals

表5 純顯微組分的理論煤質(zhì)特征Table 5 Characteristics of the pure macerals

黃陵煤中顯微組分的性質(zhì)具有很好的規(guī)律性。揮發(fā)分產(chǎn)率、氫含量和H/C 比均呈現(xiàn)殼質(zhì)組>鏡質(zhì)組 >半鏡質(zhì)組 >惰質(zhì)組的規(guī)律。各顯微組分的揮發(fā)分產(chǎn)率差別較大，殼質(zhì)組的揮發(fā)分產(chǎn)率為惰質(zhì)組的2.6 倍，鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組的揮發(fā)分產(chǎn)率接近。真密度、碳含量和芳香度均呈現(xiàn)惰質(zhì)組 >半鏡質(zhì)組 >鏡質(zhì)組 >殼質(zhì)組的規(guī)律。而煤中的氮含量卻呈現(xiàn)鏡質(zhì)組 >半鏡質(zhì)組 >殼質(zhì)組 >惰質(zhì)組的規(guī)律，這與細(xì)菌、真菌等參與凝膠化作用過(guò)程有關(guān)[22]。顯微組分的芳香度與H/C 比基本呈線(xiàn)性關(guān)系，如圖4 所示。

圖4 顯微組分芳香度和H/C 比的關(guān)系Figure 4 Relationship between aromaticity and H/C(atomic ratio) of macerals

2.2 熱解失重及紅外分析

顯微組分富集物的熱重?zé)峤馓匦郧€(xiàn)見(jiàn)圖5。由圖5 可知，黃陵煤中各顯微組分的熱解失重曲線(xiàn)相似，在熱解過(guò)程中經(jīng)歷三個(gè)較大的失重階段：在100?350 ℃，由于在顯微組分富集過(guò)程中進(jìn)行脫水干燥處理，因而基本沒(méi)有水分逸出峰，主要是脫除吸附在孔隙中的氣體；在350?550 ℃，所有顯微組分均經(jīng)歷強(qiáng)烈的熱分解反應(yīng)，失重速率近似以直線(xiàn)上升，又以直線(xiàn)下降；在600?700 ℃，半焦分解釋放H2等二次氣體，因而DTG 曲線(xiàn)出現(xiàn)一個(gè)小峰。雖然各顯微組分富集物的熱解規(guī)律一致，但是熱解特征參數(shù)存在較大差別，如表6 所示。

圖5 顯微組分富集物的熱重?zé)峤馇€(xiàn)Figure 5 Thermogravimetric curves of pyrolysis of the enriched macerals

表6 顯微組分富集物的熱解失重特征Table 6 Characteristic parameters of pyrolysis of the enriched macerals

殼質(zhì)組富集物（殼質(zhì)組含量接近70%）的初始熱解溫度（ta）較低，而其他三種顯微組分富集物中幾乎不含殼質(zhì)組，而鏡質(zhì)組含量至少在10%以上，因而這三個(gè)樣品的初始熱解溫度均在410 ℃左右，主要取決于鏡質(zhì)組的軟化溫度。這四種顯微組分的最大熱解溫度（tb）均在470?480 ℃，最大失重速率和熱解總失重率均以殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的次序降低。

殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的紅外光譜數(shù)據(jù)如圖6 所示。殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的芳香度依次增大，而H/C 原子比依次降低。芳香C?C 鍵非常牢固，因而惰質(zhì)組在熱解過(guò)程中芳香結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，而殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組的基本結(jié)構(gòu)單元中側(cè)鏈和官能團(tuán)較多，相對(duì)容易分解，因而最大失重速率和熱解總失重率均呈規(guī)律性變化。

圖6 殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的紅外光譜譜圖Figure 6 FT-IR spectrograms of liptinite,vitrinite,semivitrinite and inertinite

2.3 顯微組分的原位熱解特征

2.3.1 殼質(zhì)組

黃陵煤中的樹(shù)脂體在350 ℃左右時(shí)顆粒邊緣開(kāi)始變黑（圖7(b)），此為樹(shù)脂體的軟化溫度；隨著溫度升高，黑色邊緣快速向中心擴(kuò)展，直至樹(shù)脂體完全變黑（圖7(c)），并快速變形（圖7(e)），周?chē)溺R質(zhì)組也出現(xiàn)輕微的軟化（圖7(d)）。孢粉體和腐泥基質(zhì)的變化與樹(shù)脂體非常類(lèi)似，軟化溫度均在370 ℃左右，并快速發(fā)生變形（圖7(g)、7(i)）。顯微鏡熱臺(tái)觀察到的殼質(zhì)組的軟化溫度與熱重實(shí)驗(yàn)中殼質(zhì)組開(kāi)始強(qiáng)烈分解溫度385 ℃非常接近，但殼質(zhì)組的軟化溫度比同一煤中鏡質(zhì)組要低。

圖7 熱解過(guò)程中殼質(zhì)組的變化特征（反射光，干物鏡，×500）Figure 7 Optical changes of liptinite during pyrolysis (reflected light,air,×500)

2.3.2 鏡質(zhì)組

從室溫到400 ℃時(shí)，鏡質(zhì)組的形態(tài)及光學(xué)性質(zhì)未見(jiàn)明顯變化；415 ℃左右，鏡質(zhì)組邊緣開(kāi)始發(fā)生鈍化（圖8(b)），顯微熱臺(tái)的石英蓋片上出現(xiàn)冷凝的焦油滴。這與熱重實(shí)驗(yàn)中鏡質(zhì)組軟化溫度為405 ℃極為接近。隨著溫度繼續(xù)升高，鏡質(zhì)組表面逐漸有氣孔形成，并產(chǎn)生溝槽狀結(jié)構(gòu)（圖8(c)）；溝槽狀結(jié)構(gòu)逐漸變大（圖8(d)），至550 ℃左右時(shí)有氣泡狀液相生成（圖8(e)），因膠質(zhì)體數(shù)量少，并未呈現(xiàn)熔融流動(dòng)狀態(tài)。隨溫度進(jìn)一步升高，樣品表面未見(jiàn)明顯變化。

圖8 熱解過(guò)程中鏡質(zhì)組的變化特征（反射光，干物鏡，×500）Figure 8 Optical changes of vitrinite during pyrolysis (reflected light,air,×500)

2.3.3 半鏡質(zhì)組

半鏡質(zhì)組的成煤原始物質(zhì)與鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組均相同，但是在氧化和還原交替的成煤環(huán)境中形成，因而半鏡質(zhì)組是鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組之間的過(guò)渡組分，反射率比共生的鏡質(zhì)組反射率高0.2%左右[23]。在加熱過(guò)程中半鏡質(zhì)組僅表現(xiàn)出微小的形態(tài)變化，顆粒邊緣發(fā)生鈍化，表面氣孔略有增大，表面變得不均勻，并有小裂紋產(chǎn)生（圖9(a)）。

圖9 熱解過(guò)程中半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的變化特征（反射光，干物鏡，×500 ）Figure 9 Optical changes of semi-vitrinite and inertinite during pyrolysis (reflected light,air,×500)

2.3.4 惰質(zhì)組

在熱解過(guò)程中惰質(zhì)組的形態(tài)、結(jié)構(gòu)均不發(fā)生變化（圖9(b)）。煤中惰質(zhì)組在熱解過(guò)程中沒(méi)有塑性，是完全惰性的組分。

2.4 黃陵煤中顯微組分的成焦特性

根據(jù)煤中有機(jī)組分在加熱過(guò)程中的軟化熔融特性，可以將煤劃分為活性組分和惰性組分，這是煤巖配煤的理論基礎(chǔ)。前蘇聯(lián)阿莫索夫?qū)㈢R質(zhì)組、殼質(zhì)組和1/3 半鏡質(zhì)組劃分為活性組分，而美國(guó)Stach 等根據(jù)反射率將半絲質(zhì)體的1/3 或1/5 劃分為活性組分[24]。加拿大西部某些半鏡質(zhì)組含量超過(guò)20%的煉焦煤中1/2 的半鏡質(zhì)組被劃分為活性組分[25]，而澳大利亞部分煤中的惰質(zhì)組在成焦過(guò)程中具有黏結(jié)性[26]。葉道敏等[27]利用顯微鏡熱臺(tái)對(duì)中國(guó)西南地區(qū)煤的研究發(fā)現(xiàn)，在加熱過(guò)程中中等變質(zhì)程度煤中的半鏡質(zhì)組僅生成微量的、不能流動(dòng)的液態(tài)產(chǎn)物，活性不及鏡質(zhì)組的1/3。

雖然黃陵煤中半鏡質(zhì)組的工業(yè)分析、元素分析及熱解失重分析結(jié)果更接近鏡質(zhì)組，但是半鏡質(zhì)組在熱解過(guò)程中不呈現(xiàn)塑性狀態(tài)，也不能促進(jìn)其他顯微組分的黏結(jié)，成焦特性更接近于惰質(zhì)組，應(yīng)將其歸為惰性組分。即認(rèn)為黃陵煤中的活性組分為鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組（含腐泥基質(zhì)）。

煤中殼質(zhì)組與其他組分的結(jié)合狀態(tài)對(duì)成焦過(guò)程產(chǎn)生影響[28]。黃陵煤中殼質(zhì)組的氫含量高，當(dāng)其與鏡質(zhì)組共生時(shí)，殼質(zhì)組的軟化溫度低，分解產(chǎn)物作為軟化劑，可以增強(qiáng)鏡質(zhì)組的軟化能力，使殼質(zhì)組周?chē)溺R質(zhì)組提前發(fā)生反應(yīng)（圖7(d)）。而當(dāng)殼質(zhì)組與惰質(zhì)組共生時(shí)，殼質(zhì)組分解并不會(huì)對(duì)共生的惰質(zhì)組產(chǎn)生影響。這對(duì)煉焦配煤過(guò)程中活性組分的選擇具有啟示作用。

3 結(jié)論

本文詳細(xì)研究了離心分離獲得的黃陵煤顯微組分富集物的煤質(zhì)及熱解特性，并利用顯微鏡熱臺(tái)原位觀測(cè)各顯微組分熱解過(guò)程的演變特征，主要研究結(jié)論如下：

超細(xì)研磨和離心分離可使黃陵煤中的鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組充分解離，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組富集物的純度分別可達(dá)90%和80%以上，殼質(zhì)組富集物的純度接近70%，而半鏡質(zhì)組較難解離。

黃陵煤中殼質(zhì)組的初始熱解溫度在385 ℃左右，其他三種顯微組分的初始熱解溫度在410 ℃左右；四種顯微組分的最大熱解速率均在470?480 ℃，最大失重速率和熱解總失重率均以殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的次序降低。

顯微鏡熱臺(tái)原位熱解實(shí)驗(yàn)表明，殼質(zhì)組（含腐泥基質(zhì)）的軟化溫度為350?370 ℃，軟化溫度比同一煤中鏡質(zhì)組要低。鏡質(zhì)組的軟化溫度為410?420 ℃，熱解過(guò)程經(jīng)歷邊緣鈍化、產(chǎn)生氣孔、表面軟化、液相生成和冷卻固化等階段，因膠質(zhì)體數(shù)量少，并未呈現(xiàn)熔融流動(dòng)狀態(tài)。半鏡質(zhì)組僅表現(xiàn)出微小的形態(tài)變化，而惰質(zhì)組的形態(tài)、結(jié)構(gòu)均不發(fā)生變化。

雖然半鏡質(zhì)組的煤質(zhì)特征及熱解失重特征更接近鏡質(zhì)組，但是成焦特性接近惰質(zhì)組。黃陵煤中的活性組分為鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組，殼質(zhì)組對(duì)共生鏡質(zhì)組的軟化具有促進(jìn)作用。