一种利用XRD表征煤中碳的石墨化程度的方法与流程

本发明属于检测分析技术领域，具体涉及一种利用xrd表征煤中碳的石墨化程度的方法。

背景技术：

煤的组成和结构的研究是煤化学研究中最重要也是最复杂的基础性研究，同时，对煤分子结构的研究与认识也是改善现有煤炭利用技术，以及发展新的煤炭利用技术的前提和基础。为此，国内外煤化学工作者从不同角度利用各种方法对煤的结构进行了研究。

近年来，随着煤炭加工转化技术的不断发展，迫切需要全面深入地认识煤中分子结构特征和差异。x-射线衍射法是测定晶体结构的重要手段，近几十年来，它也被广泛应用于研究非晶态物质的物理结构。

煤中碳的石墨化程度主要受煤变质因素的影响，不同变质程度的煤样其微观孔隙结构和大分子结构特征也不一样，因此不同变质程度的煤对x-射线吸收光谱曲线反应也不相同。

国内外学者利用x-射线衍射技术对煤中碳的石墨化程度表征作了大量的研究工作，已有研究表明：x-射线衍射技术能够很好的反应煤样的微晶结构。因此，选择不同变质程度的煤样进行x-射线衍射分析，表征不同变质程度煤样与石墨化的关系非常有意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用xrd表征煤中碳的石墨化程度的方法。

为实现本发明的目的，具体技术方案如下：

(1)选取灰分小于10％，变质程度不同的三种煤a、b、c和一种石油焦样品d；

(2)为了减少水分对测量结果的影响，取2g左右样品放置在称量瓶中于100～110℃的烘箱中烘干两小时，取出在干燥箱中冷却至室温后用研钵将样品磨细过200目筛备用；

(3)利用xrd对研磨后的样品进行检测，分析得到的xrd谱图，找到其中的碳峰(002)晶面，利用软件对碳峰附近进行分峰，并对单峰拟合精修；

(4)将拟合精修后的碳峰(002)晶面进行对比，找出碳峰的出峰角度随煤的变质程度的变化规律，并利用bragg方程和scherrer公式对衍射图谱各微晶参数(层面间距d002、堆垛高度lc、石墨化程度g)进行求解。

2dsinθ002＝nλ(1)

式中式中，λ为x射线波长，实验选用cu靶，取θ002为002拟合峰对应衍射角的半角，(°)；β002为002衍射峰半峰宽，k为系数，取k＝0.94；n取常数1。

有益效果：由于采用了上述方法，该方法该方法为了降低煤中晶体矿物对实验的影响，选取的样品灰分小于10％；为了减少水分对实验的影响，使用烘箱烘干样品再进行实验；做xrd测试时，采用步进扫描方式，步长为0.02°，扫描速度为0.5°/min，减小了图谱拟合时的误差，提高了实验的准确度。利用bragg方程和scherrer公式求解煤中碳的微晶参数，将煤的变质程度和碳的石墨化度量化处理，可以直观有效地判断煤的变质程度和煤中碳的石墨化程度。

附图说明

图1为四种样品衍射图谱分峰拟合曲线图；

图2为四种样品碳峰(002)晶面拟合峰对比图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更详细的说明，步骤如下：

为了减少煤中晶体矿物对实验的影响，选取灰分小于10％的不同变质程度的三种煤样a、b、c和一种石油焦样d。四种样品的工业分析和元素分析如表1所示：

表1样品基础分析结果

从表1中可以看出，a煤样的变质程度最低，为褐煤，b煤样的挥发分为36.56％，应为烟煤，c煤样的挥发分小于10％为无烟煤，d样品为石油焦，其硫含量较高为6.43％；

(1)取大约2g样品放置在称量瓶中于100～110℃的烘箱中烘干两小时，取出在干燥箱中冷却至室温后用研钵将样品磨细过200目筛备用；

(2)利用xrd对研磨后的样品进行检测，分析得到的xrd谱图，找到其中的碳峰(002)晶面，利用软件对碳峰附近进行分峰，并对单峰拟合精修。测试条件为：cu靶，扫描电压为36kv，电流为40ma，扫描范围5°～65°。为了减小谱图拟合的误差，仪器测量步长为0.02°，扫描速度为0.5°/min；

(3)将拟合精修后的碳峰(002)晶面进行对比，发现随煤样变质程度的增高，002峰衍射角向高角度(天然石墨002峰衍射角26.6°)偏移，衍射峰峰形变窄，衍射强度增强。；

(4)利用bragg方程和scherrer公式对衍射图谱各微晶参数(层面间距d002、堆垛高度lc、石墨化程度g)进行求解，结果如表2所示：

表2002拟合峰微晶参数计算结果

从表2中可以看出，随着煤样变质程度的升高，衍射角逐渐增大，微晶层平均堆砌厚度lc也逐渐增大。在利用公式(3)进行石墨化程度计算时出现了负值，因此，为了更好的表征煤样石墨化程度，对公式进行调整，如公式(4)所示：

式中：g2为石墨化系数，当g2>1时，说明样品为非石墨化结构；当g2<1时，数值越小，代表其石墨化程度越高。从表2中可以看出，g2值均大于1，说明四种样品中的碳晶结构均未达到石墨化的程度，但c和d样品的g2值分别为1.189和1.577，说明这两种样品已接近石墨化。