朱亚明;唐帅;赵雪飞;赵春雷;袁霁;胡朝帅;闫立东
【摘 要】以众唯瘦煤作为主炼焦煤,大同长焰煤萃取物作为添加剂,进行共炭化处理制备坩埚焦.利用偏光显微镜法定量研究焦炭光学显微组分,获得焦炭的各向异性指数(DRAS);采用XRD及分峰拟合的方法研究了焦炭的微晶粒径(Lc)、芳香缩合度(Ia)、石墨化度(g);利用Raman光谱结合分峰拟合的方法研究了焦炭中理想石墨微晶含量(Ig).对所得焦炭的光学显微组分进行定量分析发现:大同长焰煤热解萃取产物的添加对共炭化焦炭的光学显微组分有显著的影响,利用偏光显微镜法计算出焦炭的DRAS与XRD和Raman计算的焦炭微晶参数呈现很好一致性.并且,焦炭的显微强度与其微观结构关联性极大. 【期刊名称】《燃料化学学报》
【年(卷),期】2018(046)009
【总页数】8页(P1036-1043)
【关键词】焦炭;微观结构;各向异性指数;微晶参数
课题结题报告怎么写
【作 者】朱亚明;唐帅;赵雪飞;赵春雷;袁霁;胡朝帅;闫立东陆虎自由人
【作者单位】巴塞杜氏病辽宁科技大学化工学院,辽宁省先进煤焦化及煤资源高效利用工程研究中心, 辽宁 鞍山 114051;辽宁科技大学 辽宁省化学冶金重点实验室,辽宁 鞍山 114051;中钢集团鞍山热能研究院有限公司,辽宁 鞍山 114044;辽宁科技大学化工学院,辽宁省先进煤焦化及煤资源高效利用工程研究中心, 辽宁 鞍山 114051;辽宁科技大学 辽宁省化学冶金重点实验室,辽宁 鞍山 114051;辽宁科技大学化工学院,辽宁省先进煤焦化及煤资源高效利用工程研究中心, 辽宁 鞍山 114051;辽宁科技大学 辽宁省化学冶金重点实验室,辽宁 鞍山 114051;辽宁科技大学化工学院,辽宁省先进煤焦化及煤资源高效利用工程研究中心, 辽宁 鞍山 114051;辽宁科技大学 辽宁省化学冶金重点实验室,辽宁 鞍山 114051;辽宁科技大学化工学院,辽宁省先进煤焦化及煤资源高效利用工程研究中心, 辽宁 鞍山 114051;辽宁科技大学 辽宁省化学冶金重点实验室,辽宁 鞍山 114051;辽宁科技大学化工学院,辽宁省先进煤焦化及煤资源高效利用工程研究中心, 辽宁 鞍山 114051
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ520
焦炭作为一种重要的工业燃料，在化工、铸造、尤其是冶金行业有着不可替代的地位[1,2]。然而，高质量的冶金焦只能由性质良好的炼焦煤制备得到。鉴于煤炭资源分布特征和优质炼焦煤资源的消耗，优质炼焦煤已不能满足炼焦行业的需求[3]。因此，高质量、低成本生产焦炭作为一个重要的研究要点而受到研究者的广泛关注[4,5]。炼焦煤的黏结性是影响焦炭质量的一个重要因素[1]，向炼焦煤中配入适量的热塑性较好的煤系衍生物对提高焦炭质量有显著作用[6-9]。
低阶煤的热萃取物作为一种低灰、高流动性、高黏结性，以及与煤炭结构高度相似等理化性质而被普遍认为是一种经济、高效的配煤炼焦添加剂[10-13]。目前，研究者们关注更多的是煤热溶物作为添加剂对焦炭的显微强度、反应后强度、机械强度、以及焦炭反应性等方面的影响[2,5,9]，对焦炭微观结构的影响及焦炭微观结构与焦炭显微强度之间的联系研究报道较少。
目前，研究焦炭微观结构常见的判定依据是光学组织指数[14-16]，XRD法[17]，Raman法[18,19]，XPS法[20]，TEM法[21]等。然而，利用传统的光学组织指数判定焦炭微观结构很多时候不能很好地关联焦炭的强度性能，通用的XRD法和Raman法因炼焦煤中无机矿物质
的影响而无法准确判定焦炭的微晶参数，XPS法和TEM法因测试过程中样品量太少，所得结果不具代表性。
方差分析法鉴于此，本研究利用偏光显微镜法对焦炭光学组织指数进行修正，提出“各向异性指数(DRAS)”作为焦炭微观结构的指标之一，利用XRD和Raman以及分峰拟合的方法消除炼焦煤中无机矿物质对焦炭微晶参数的影响，研究了大同长焰煤热萃取物与众唯瘦煤共炭化制得焦炭的微观结构，并且考察了焦炭的显微强度与其微观结构之间的联系。
1 实验部分
1.1 大同长焰煤热解萃取产物的制备
常乐康大同长焰煤热解萃取产物(DTLFPE)是将一定量大同长焰煤粉碎筛分后加入高压反应釜，然后按一定比例加入脱酚油作为萃取剂，在360 ℃条件下热解萃取获得。DTLFPE的具体制备方法和步骤参照作者前期研究[22]。DTLFPE的工业分析和元素分析见表1。
表 1 DTLFPE的工业分析和元素分析Table 1 Proximate and ultimate analyses of DTLFPEProximate analysis Vdaf /%SP/℃TI /%QI /%CV/%Ultimate analysis w/%C H N S
O∗76.0286.86.650.644.5484.205.350.41-10.04
Vdaf:volatile component;SP:softening point;TI:toluene insoluble;QI:quinoline insoluble;CV:coke value;*:by difference
1.2 坩埚焦的制备
取一定量80目筛以下的众唯瘦煤(LC)颗粒与DTLFPE混合均匀，放入50 mL坩埚中，压实处理，控制堆密度为0.77-0.80 g/cm3。然后将坩埚放入电阻炉中按照文献[23,24]中报道的条件进行坩埚焦的制备。实验中所用的主炼焦煤LC的具体指标见表2。
表 2 LC的指标分析Table 2 Parameters of LC sampleProximate analysis w/%MadAdVdafFCdafSt,dConventional index for coalYXGa/%b/%0.6711.1719.9580.050.248.421.14725.7-
St,d:total sulfur;X:plastometric shrinkage;Y:maximum thickness of colloidal matter layer;a:maximum contraction;b:maximum dilatation
1.3 坩埚焦的显微强度和微观结构表征媳妇你当家
实验所得坩埚焦的显微强度参照姚昭章介绍的检测方法[25]进行测试。焦炭的光学组织分布情况在德国Carl Zeiss公司生产的偏光显微镜(PM,Axioscop A1 pol)下进行观察。在分析之前将样品粉碎至粒径为0.2-1 mm，将粉碎后的样品用适量的环氧树脂混合后倒入磨具中。待样品凝固后用砂纸打磨，抛光后置于500 X油镜下观察其显微结构。焦炭的光学组织参照文献[16]介绍划分为八种光学组织结构，依次为：各向同性组织(I)、细粒镶嵌结构(Mf)、中粒镶嵌结构(Mm)、粗粒镶嵌结构(Mc)、不完全纤维(Fi)、纤维结构(F)、片状结构(L)以及碎屑与丝炭结构(FF)。利用偏光显微镜自带计数软件对样品中各光学异性组分含量进行统计，统计过程中有效点个数超过500个，以保证结果的准确性。各向异性指数(DRAS)的计算公式见式(1)。
(1)
焦炭的碳微晶结构分析在荷兰帕纳科公司生产的Axios型X射线单晶衍射仪，和法国生产的拉曼光谱仪(LabRAM HR Evolution,JOBIN YVON)上完成。对焦炭XRD衍射谱和Raman光谱的分峰拟合处理参照文献报道[26,27]和作者前期研究[28，29]为参考标准进行。
2 结果与讨论
2.1 DTLFPE对共炭化焦炭的显微强度的影响
为考察DTLFPE的添加量对共炭化焦炭显微强度的影响，本实验以LC为主炼焦煤，配入一定质量分数的DTLFPE(0%、1%、3%、5%和7%)进行坩埚焦的炼制，所得共炭化焦炭命名为LC-x%。其中，x代表添加DTLFPE的质量分数。例如，LC-3%代表LC主炼焦煤中配入3%的DTLFPE，共炭化制备的焦炭。DTLFPE的添加量对焦炭显微强度的影响见表3。
表 3 焦炭的显微强度Table 3 Micro-strength of each cokeSample No.LC-0LC-1%LC-3%LC-5%LC-7%MSa/%013.9528.2544.7942.84
a:means for micro-strength of coke
由表3可知，当以LC单独炼焦时，所得产物的显微强度为0，这主要是LC黏结性弱的原因造成的。向LC中配入一定量的DTLFPE后，随着添加量的增加，显微强度呈现明显增加，后出现下降的趋势。这主要是由于DTLFPE的流动性和黏结性造成的。适量的DTLFPE可以明显改善LC的成焦性。然而，由表1所示DTLFPE的工业分析可知，DTLFPE的挥发分极高，过量的配入DTLFPE将会使的焦炭的气孔增加，导致显微强度下降。因此，当向LC中配入其质量5%的DTLFPE，所得共炭化焦炭的显微强度最佳，为44.79%。
2.2 DTLFPE对共炭化焦炭的光学显微组分的影响
通常而言，焦炭的光学显微结构对焦炭的性能影响显著。例如，焦炭的各向异性组分中纤维组分和小片组分越多，其显微强度越高。为深入研究DTLFPE对共炭化焦炭显微强度的影响机制，对共炭化焦炭的光学显微组分进行了分析。不同配入量的共炭化焦炭偏光显微组分见图1，为进一步研究DTLFPE的配入量对共炭化焦炭偏光显微结构的影响，利用偏光显微镜对共炭化焦炭的各光学组织进行定量计算，相应的结果见表4。相关研究报道指出[16]，焦炭中各光学组分对焦炭的强度贡献力迥异。通常而言，焦炭中光学各向异性组分是更易石墨化的组分，其对焦炭的强度影响越大。但是，在各向异性组分中，镶嵌结构(细粒镶嵌、中粒镶嵌结构和粗粒镶嵌)同样是不易石墨化的结构，其对焦炭强度的贡献值较弱。因此，提出光学各向异性指数(DRAS)来表征焦炭各向异性程度。DTLFPE对共炭化焦炭各向异性指数的影响见图2。
图1 焦炭的偏光显微结构Figure 1 Optical structure of cokes(a):F+Fi+Mf+I;(b):L+Mf+Fi+Mm+Mm;(c):I+F+Mm+Mf;(d):L+F+Fi+I;(e):I+F+FF+Mc;(f):L+F
由图1可知，焦炭中混杂着各种消光现象迥异的光学组织。五种焦炭中，各光学组织的含量
见表4。由表4可知，随着DTLFPE配入量的增加，焦炭中各向同性炭的含量逐渐减小。LC中不配入DTLFPE时，焦炭中各向同性组织的含量为50.96%，当DTLFPE的配入量为7%时，焦炭的各项同性组织含量降低为32.52%。说明DTLFPE的配入促使焦炭的光学组织由各向同性组织向各向异性组织转化。进一步说明，DTLFPE在与LC共炭化的过程当中，存在协同作用，促使焦炭的光学组织向各向异性组织转变。但是，DTLFPE的挥发分和氧含量均较高(分别为76.02%，和10.04%)，在炭化的过程中易于生成镶嵌结构。因此，过多的配入DTLFPE会使得协同效应减弱，共炭化焦炭中出现更多的镶嵌结构(见表4)。
表 4 焦炭的光学组织分布Table 4 Optical structure parameters of cokesSampleOptical microstructure/%IMfMmMcFiFLFFLC-050.9611.137.026.8610.036.686.151.17LC-1%47.8310.478.636.3511.806.018.220.69LC-3%39.4912.669.646.6614.496.399.960.71LC-5%37.4813.578.925.4214.467.7911.430.93LC-7%32.5213.7410.446.0515.317.1413.151.65
图2 共炭化焦炭的各向异性指数(DRAS)Figure 2 DRAS of each co-carbonization cokes
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议