树皮煤显微组分分离研究

陈小栋

（山西省煤炭地质勘查研究院， 山西 太原 030006）

我国华南晚二叠世含煤地层中蕴藏着富树皮体的特种煤——树皮煤，此种煤以隶属于壳质组的树皮体为主要亚显微组分而通常被称为“树皮残植煤”，简称树皮煤。因树皮煤具有独特的煤岩、煤质特征而历来备受国内外诸多学者的重视，而将显微组分从树皮煤中分离出来是一切研究的前提。

1 样品的采集和实验

煤样取自江西乐平矿务局。对样品进行了工业分析和元素分析。分离实验设备为HITACHI公司的himac-CR22GⅡ型高速离心机，实验条件为低温4℃，转速为18 000 r/min，产生的离心力为39 100 g。

1.1 实验流程

手选煤样主要依据宏观煤岩组成特征，一般暗煤中树皮体含量较高，而镜煤中镜质组含量较高为依据进行手选，辅以干物镜用镊子将煤样挑出。手选煤样是整个分离工作的重要环节，手选的效果好坏直接影响分离样品的效果。

将手选煤样破碎磨制200目以下化学脱灰一般使用盐酸和氢氟酸，因为矿物对分离效果影响很大，因此本研究采用深度脱灰的化学方法，另加入高氯酸结合盐酸和氢氟酸进行脱矿工作。

1.2 实验结果与讨论

分析性预分离实验的主要目的是绘制煤中各有机物质的密度分布曲线，同时对各密度区间所包含的显微组分通过油浸显微镜进行识别区分，为最后的分离工作提供依据。

分析性预分离实验选取经化学深度脱矿后的煤粉样品8 g，分置于8个50 mL的分离管中，由低到高配比比重液进行密度梯度离心分离，相邻显微组分的密度差异一般为0.007~0.01g/cm3，为了避免遗漏误差，分析性预分离实验密度间隔设为0.004 g/cm3。由于煤粉亲水性较差，为避免由于煤粉未能充分溶入比重液而导致达不到预期的分离效果，需在比重液中添加表面活性剂Brij-35。

图1为分析性预分离各比重下分离出的煤样质量分布曲线，分离实验的温度为低温4℃。Y轴为分离显微组分的质量，X轴为分离比重。尽管前期显微定量已确定，但是由于其他显微组分的混合出现，致使此时数据并不能精确地反映显微组分含量。分析性预分离工作的重点是为整个分离流程进行前瞻，并对各显微组分的密度分离界限进行界定。整个比重区间可以划分为3组，通过油浸显微镜下定性分析，第Ⅰ组主要为壳质组，第Ⅱ组为镜质组，而第Ⅲ组则主要是惰质组和镜质组的混合组分，第Ⅰ组和第Ⅱ组详细密度区间范围如见图3所示。一般煤中惰质组的密度分布应在1.4 g/cm3附近。从图中曲线分析，似乎惰质组的含量较少，并且分布并没有完全符合此规律。

图1 分析性预分离结果曲线

图2 分离结果显微组分定量

整个分离实验按照比重为由低至高的顺序完成，由图2可知，树皮煤中密度低于1.156g/cm3几乎不可得，在密度为1.16 g/cm3开始出现向上的趋势，并在1.168 g/cm3和1.172 g/cm3出现两个尖值峰，通过油浸显微镜观察，此曲间分离出的显微组分主要为壳质组（树皮体），还有之后1.192 g/cm3出现的一个小峰值。镜质组出现的密度区间为1.228~1.292 g/cm3，期间出现两个峰值分别为1.26 g/cm3和1.276 g/cm3，出现两个峰值的原因将在后续讨论中加以论述。

图2为分析性预分离实验的显微组分定量曲线图，图中表明壳质组含量在1.204 g/cm3之前，壳质组的含量均在95%以上，从1.204 g/cm3之后开始陡然下降，迅速衰减到4%以下。而镜质组含量在1.208 g/cm3开始增加，最高达到98%，但是在1.280 g/cm3之后开始骤降，之后基本稳定于40%左右，此时壳质组基本消失，其余的均为惰质组，但是惰质组的含量并不高。此现象表明，在-200目粒径条件下，惰质组和镜质组相互混杂和干扰，密度范围存在重叠，很难将其完全分离。

分析性预分离实验结果是分离各显微组分的主要依据，根据此依据对树皮煤中的树皮体和镜质组进行密度梯度离心分离实验，分离液密度分别为1.204 g/cm3和1.2 g/cm3，得到的树皮体含量为≥97%，镜质组含量≥96%（见图4）。

图3 分析性预分离结果分组曲线

图3 分别显示了树皮煤分离的壳质组和镜质组的密度曲线分布特征。相比之下，壳质组在粒径为-200目颗粒的密度分布范围较为集中，而镜质组的分布则较宽。同时壳质组颗粒主要分布在1.16~1.18 g/cm3之间，之后1.192 g/cm3出现的一个弱峰。通过镜下观察，分析其原因是由于煤中各显微组分间的边界结合特征不同，而造成破碎煤样时，显微组分颗粒边界断裂的情况存在差别，在大部分颗粒完全按照不同显微组分边界破碎的同时，一少部分颗粒则没有完全按照显微组分颗粒结合的边界断裂。在镜下观测可知，1.192 g/cm3密度左右所分离出的壳质组颗粒边缘结合着部分镜质组碎屑（微量的惰质组碎屑，如微粒体），虽然数量不大，但是仍然较少地改变了整个颗粒的比重特征，使得单一颗粒的密度向高密度方向进行了较小的偏离，最终导致了1.192 g/cm3密度范围的弱尖峰的存在。在破碎-200目的前期客观条件下不可避免，为了保证分离的效果和纯度，可以在特定壳质组分离实验中，将密度范围定在1.18/cm3以下，从而保证分离实验效果。

图3-II为镜质组的密度曲线分布特征，镜下观测和定量可明显发现与壳质组不同。镜质组颗粒密度分布范围在1.228~1.292 g/cm3之间，并且存在两个峰。在成煤过程中，有些镜质组赋存形式较为均一，而有些则掺杂了部分惰质组显微组分，使得镜质组的均一性较为复杂，实际分离实验过程中也无法完全剔除此影响。密度区间为1.228~1.264 g/cm3的范围内所分离出的镜质组颗粒较为均一，而1.272~1.292 g/cm3范围内所分离出的镜质组颗粒中掺杂了少量的惰质组碎屑，从而对镜质组颗粒的密度产生了放大的效果。镜质组特定分离的工作主要集中在1.228~1.264 g/cm3范围，可保证分离出的镜质组颗粒纯度较高，并且分离的镜质组颗粒显微组分单一。

图4 分离出的树皮体

2 结束语

在此实验条件下(-200目)，采用密度梯度离心方法，能够对树皮煤进行有效的分离，壳质组和镜质组的密度分布区间分界线清晰，且分离纯度均达到96%以上，其取得的几点认识如下：①树皮煤中壳质组的密度分布在1.16~1.18 g/cm3之间，其中主要是镜质组碎屑的存在对分离工作有部分影响，但影响不大，在-200目的情况下壳质组的分离纯度可达到97%以上。②树皮煤中镜质组的密度分布在1.228~1.292 g/cm3之间，造成密度分布范围加宽的主要原因是惰质组碎屑的影响。若在1.228~1.264 g/cm3范围进行镜质组分离可将此影响降至最低，分离纯度可达96%以上。③树皮煤中惰质组和镜质组的密度区间相互重叠，分离效果不理想，煤粉颗粒中出现镜质组和惰质组混杂的现象，影响了煤粉颗粒的密度，-200目的条件下此问题似乎不可避免。

[1]国家质量技术监督局.GB/T 15588—2001 烟煤显微组分分类[S].北京:中国质检出版社，2001：1-7.

[2]国家质量技术监督局.GB/T 19222—2003 煤岩样品采取方法[S].北京：中国质检出版社，2003.

[3]肖仁贵.煤的深度除灰处理[J].贵州化工，2005（02）.

[4]孙旭光.煤显微组分分离富集[J].中国煤田地质，1997（03）.