煤中水分结合状态分析-低场核磁共振技术

时间：2022-12-05

煤中水分结合状态分析-低场核磁共振技术

煤的水分是评价煤炭经济价值较基本的指标。因为煤中水分含量越多,煤的无用成分也就越多。同时,煤中有大量水分时,不仅煤的有用成分减少,而且大量水分在煤燃烧时,还要吸收大量的热成为水蒸气蒸发掉。所以煤的水分越低越好。但煤中水分特别是内在水分与煤的煤化程度有关:年轻煤内在水分较大,强黏结性煤内在水分较小,向年老煤过渡时内在水分又有所增加。外在水分与外界气候等多种因素有关。所以,煤的全水分既与煤的煤化程度有关,又与外界天气等各种因素有关。

煤中水分的存在形式,可根据其结合状态的不同而分为游离水和化合水两大类。游离水是以物理状态(如附着、吸附等形式)同煤结合;化合水是以化合方式同煤中的矿物质结合,即通常所说的结晶水和结合水,如钙中的结晶水和高岭土中的结合水。煤中的游离水,在105~110℃的温度下放置1~2h后一般即可全部蒸发掉。这是因为煤中游离水几乎玩荃是以吸附状态存在于煤的表面的缘故,而结晶水通常要在200℃以上才能分解析出。但煤中含量很少的钙二水化合物失水温度仅为163℃,而高岭土组分中的结合水的分解失水温度高达560℃。

根据水分存在的不同赋存状态,煤中的水分又可分为内在水分和外在水分两种。吸附或凝聚在煤粒内部毛细孔中的水,称为内在水分;附着在煤粒表面上的水,称为外在水分。由于毛细孔吸附力的作用,内在水分比外在水分较难蒸发。如外在水分在45~50℃的温度下放置一定时间后即能蒸发掉,而内在水分需要100℃以上的温度经过一定时间后才能蒸发。

煤粒内部毛细孔吸附的水分达到饱和状态时,内在水分达到较高值,这种水分称为煤的较高内在水分。由于煤的孔隙率与其煤化程度有一定的变化规律,所以煤的较高内在水分基本上反映了煤化程度、黏结性和发热量等煤质特征。如年轻褐煤的较高内在水分多在30%以上,而较高内在水分含量小于1%的烟煤,几乎都是强黏结性和高发热量的肥煤和主焦煤。用较高内在水分来区别各种年轻煤较为适宜。

煤中水分结合状态分析-低场核磁共振技术

水中所含有的1-H原子核磁矩不为零,在外加磁场下会产生核磁共振现象,因此理论上可以使用NMR方法对煤中水分进行实验研究.煤中水分分布于微孔、中孔、大孔以及煤样表面,不同位置的水受到不同程度的束缚作用,不同的束缚程度在核磁共振信号里表现为不同的横向弛豫时间T2,受束缚程度越大,T2越短.通过测量煤样中水分的核磁共振信号得到衰减图样,然后反演得到T2分布曲线,可获得不同煤样中的水分变化规律以及不同温度水热反应处理后锡林格勒盟褐煤中的水分变化规律。

横向弛豫时间T2反映了样品内部氢质子所处的化学环境,与氢质子所受的束缚力及自由度有关,而氢质子的束缚程度与样品的物理、化学结构有密不可分的关系.氢质子受束缚越大或自由度越小,T2越短,在T2谱上峰位置较靠左;反之则T2越长,在T2谱上峰位置较靠右。煤分子中所含的氢(不包括水中的氢)原子因直接与碳链或者苯环相连,自由度很小,T2很短,低于该仪器所能检测T2的较小值.水中所含的氢原子自由度较大,弛豫时间长,能够被仪器检测.可以认为该仪器出的T2分布是煤中所含水里面氢原子的T2分布。

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