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  中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在一次能源消费的所占比例高达70%，大量褐煤、次烟煤等低阶煤已大规模开采，用于燃烧和化学生产等^[1]。随着世界能源供给形式的变化，褐煤的潜在价值及其相关技术越来越受到能源界的重视^[2]。胜利煤田褐煤的储量为2.42×10¹⁰ t，是中国最大的褐煤煤田，胜利褐煤的开发利用对其所在的“蒙东地区”的经济发展具有重大的意义。

  褐煤具有较高的挥发分、含氧量以及化学反应性^{[3, 4]}，其反应性受到煤化程度、煤岩组成以及煤中矿物质的影响^[5-14]。煤在作为燃料加工转化时，几乎都是利用煤中的有机质，研究中，为了消除煤中矿物质对其转化过程的影响，常利用盐酸和氢氟酸等对煤进行脱灰处理^{[3, 13-16]}。矿物质对煤的反应性能及其转化过程中结构影响有许多文献报道，但结论并不一致^{[8, 17-22]}。Mendez等^[8]研究不同密度级别煤的反应性能时，发现矿物质促进煤粉燃烧，而晏蓉等^[17]在对比了煤粉脱灰前后燃烧速率的变化，得出矿物质对燃烧有抑制作用的结论。Tekely等^[18]研究认为，酸洗脱灰对煤的有机结构没有明显影响，而Rubiera等^[19]对煤进行化学脱灰后，发现矿物质脱除使煤的结构发生变化。本课题组在研究胜利褐煤矿物质脱除过程中，发现盐酸洗脱部分矿物质后，胜利褐煤的反应性显著下降，从而推测其所含的一些矿物质对其反应性具有促进作用^{[1, 20, 21]}，但对胜利褐煤表面形貌以及晶体结构影响不大^[22]。在盐酸处理胜利褐煤后的煤样中添加一些金属组分的研究结果表明^[20]，铁元素可以降低胜利褐煤的着火温度，对燃烧反应起到促进作用。

  胜利褐煤不宜远距离运输，目前，直接燃烧发电是胜利褐煤最主要利用途径^[23]。添加合适的催化剂可以降低煤粉的起燃温度，提高燃烧速率和燃烧效率，从而促进煤粉的完全燃烧，同时起到减少烟尘的作用，从节能和环保的角度而言，均具有现实意义^{[15, 24]}。某些金属成分对煤燃烧具有催化作用，最显著的特征是导致着火温度的显著降低^[25]。公旭中等^{[25, 26]}认为，Fe₂O₃在煤样燃烧的过程中能够促进煤样的比表面积增大，并对固定碳的燃烧有较强的催化作用。刘艳华等^[27]发现，含铁化合物能够改变煤的燃烧特性，其中，FeCl₃能够降低煤燃烧过程中挥发分及焦炭的着火温度，提高低温燃烧过程的燃烧速率，使煤的着火与燃烧更加容易。陈晟等^[28]研究发现，添加硝酸铁降低了煤样的着火温度、最大燃烧速率点温度和燃尽点温度以及煤样燃烧反应活化能，提高了最大燃烧速率和燃烧稳定性。电子转移说^[24]认为，燃烧反应过程中金属离子嵌入碳晶格的内部使碳的微观结构发生变化，金属离子自身的电子发生转移形成空穴，使碳的表面棱、角、缺陷等活性部位增加，加快了氧气的吸附速率，使反应活化能降低，从而提高了整个燃烧反应的速率。然而，关于研究煤/褐煤添Fe后固相结构的转化特性的报道较少。因此，本研究利用TGA技术考察添加Fe对脱灰胜利褐煤着火温度的影响，并利用FT-IR、XPS、XRD和Raman技术考察脱灰胜利褐煤在着火温度燃烧反应一定时间后未反应残留物的结构，以确定Fe对胜利褐煤燃烧反应过程中固相结构转化特性的影响。

  1   实验部分

  1.1   煤样的制备

  实验用煤取自内蒙古胜利煤田2号矿的褐煤。将粒径为0.18-0.42mm胜利褐煤在105℃下干燥4h作为原煤(SL)。将SL与盐酸(18%)按照1g∶6mL比例混合，在室温下搅拌24h后去离子水洗至无Cl^-(AgNO₃检验)，过滤后105℃下干燥4h得到盐酸处理煤样(SL⁺)^{[1, 20]}。将FeCl₃·6H₂O溶于水中，以Fe元素所占煤样质量分别为0.5%、1.0%、2.0%、5.0%以及10.0%与SL⁺混合浸渍，搅拌2h，在105℃干燥4h，得到五种填加Fe煤样，分别记作SL⁺-0.5 Fe、SL⁺-1 Fe、SL⁺-2 Fe、SL⁺-5 Fe和SL⁺-10 Fe。按照GB212—91对胜利褐煤、脱灰煤样以及添加铁煤样进行工业分析，结果见表 1。采用XRF (ZSX Primus II，Rigaku)对煤样中主要金属成分进行分析，具体见表 2。由表 1和表 2中煤样灰分含量及Fe组分所占比例的变化可知，实验采用的浸渍法可将铁组分添加到煤样中，SL⁺-0.5 Fe、SL⁺-1 Fe、SL⁺-2 Fe、SL⁺-5 Fe和SL⁺-10 Fe中Fe添加量分别为0.38%、0.94%、2.31%、3.50%和 8.14%。

  表 1  煤样的工业分析 Table 1.  Proximate analysis of coal samples

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  Sample Proximate analysis w/% M A V FC SL 4.22 12.3 33.5 49.9 SL⁺-10 Fe 5.38 12.5 32.2 49.9

  SL+	4.07	5.38	37.9	52.7
  SL+-0.5 Fe	1.37	5.21	34.3	59.1
  SL+-1 Fe	2.15	5.19	33.2	59.5
  SL+-2 Fe	1.43	7.14	34.0	57.4
  SL+-5 Fe	5.38	8.01	30.1	56.5
  note: M- moisture; A- ash content; V- volatile content; FC- fixed carbon

  表 1  煤样的工业分析
  Table 1.  Proximate analysis of coal samples
  表 2  煤样中金属组分的分布 Table 2.  Percentage of metal components in coal samples

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  Sample Content w/% Si Al Ca Na Mn K Fe SL 3.02 1.50 4.11 0.15 0.06 0.14 0.78 SL⁺-10 Fe 1.39 0.80 0.19 0.02 0.01 0.04 8.80

  SL+	2.96	1.23	0.24	0.09	0.01	0.13	0.66
  SL+-0.5 Fe	1.34	0.73	0.50	0.03	0.01	0.05	1.04
  SL+-1 Fe	1.30	0.74	0.44	0.04	0.01	0.05	1.60
  SL+-2 Fe	1.19	0.68	0.38	0.05	0.01	0.05	2.97
  SL+-5 Fe	1.07	0.66	0.27	0.04	0.01	0.04	4.16

  表 2  煤样中金属组分的分布
  Table 2.  Percentage of metal components in coal samples

  1.2   燃烧性能测试

  燃烧性能测试在Diamond TG/DTA 6300的热重分析仪进行。称取15-20mg煤样，置于热分析仪内，在流量为100mL/min空气气氛下，以10℃/min升温速率升温到950℃。在热重分析过程中，同时记录失重和温度。

  将200mg SL⁺或SL⁺-5 Fe装入石英管反应器。以10℃/min 速率升温到煤样的着火温度。在升温过程中，反应管放置在炉膛反应区外，当温度达到实验温度时，将反应管迅速插入炉膛反应区，反应5min后将反应管抽离炉膛反应区。待煤样降至室温，将其卸下，称量固态残余物重量，两种固态残余物分别命名为SL⁺-R和SL⁺-5 Fe-R。以干燥无灰基为基准计算其燃烧转化率，定义燃烧转化率公式：

  式中，m₀为反应前样品质量；m₁为反应后样品质量；A_d为干燥基灰分。三次重复实验结果相近，SL⁺和SL⁺-5 Fe的平均燃烧转化率分别为17.4%和18.0%，两者燃烧转化率相近，具有对比性。

  1.3   结构表征

  本实验采用NEXUS670红外分析仪分析胜利褐煤及燃烧残留物的有机官能团。于4000-400cm^-1采集红外光谱谱图，分辨率4cm^-1。利用美国PE公司PHI-5400型能谱仪表征胜利褐煤及燃烧残留物中表面元素组成及碳键合结构，扫描面积300μm×300μm，真空度3×10^-7Pa，利用C 1s(284.6eV)做内标对谱图进行校正。采用德国D8 Advance型X射线衍射仪分析胜利褐煤及燃烧残留物的微晶结构参数。测试条件为：Cu靶，Ni滤波，管电压和管电流分别为40kV和40mA，ω=5(°)/min，5°-80°扫描。采用美国ThermoFisher公司生产的DXR激光拉曼光谱仪对胜利褐煤及燃烧残留物进行表征，激光波长532nm，激光能量5mW，500-3500cm^-1扫描。

  2   结果与讨论

  2.1   铁添加量对着火温度的影响

  图 1为脱灰胜利褐煤及添加铁煤样燃烧反应曲线。从图 1(a)煤样的热失重(TG)曲线可以看出，添加铁组分使得脱灰胜利褐煤的主要失重温区向低温区移动。由图 1(b)中的失重速率(DTG)曲线可以看出，从室温到200℃附近为加热的初始阶段，在煤样TG曲线上有少许的失重，DTG曲线存在一个较小的峰值，且在200℃该峰变得比较平缓，认为该峰为煤样失水峰，并假设所有水分在200℃左右被完全脱除。当煤样被继续加热时，煤样TG曲线存在一个显著的失重过程，DTG曲线显示失重速率迅速增大，说明煤样开始着火燃烧，失重速率达到最大值后开始下降，直至TG-DTG曲线均达到几乎水平。在650-700℃样品的质量基本不再变化，TG曲线保持水平，煤样的燃烧反应进入燃尽阶段。为了进一步比较铁添加量对胜利褐煤燃烧性能的影响，对图 1(a)的数据按照无水无灰基基准进行换算处理后得到图 1(c)所示的结果(假定水分在第一失重阶段内全部脱除)。由图 1(c)可知，排除水分和灰分的影响，随着反应温度的升高，SL⁺的燃烧反应阶段的煤样转化率明显小于添加铁的胜利褐煤。结合转化速率(dx/dt)曲线也可以看出，添加不同含量铁的胜利褐煤燃烧反应速率也不相同。采用TG-DTG法确定煤样的着火温度(t_i)^[29]。添加铁后脱灰胜利褐煤着火温度和燃烧反应活化能的变化见图 2。由图 2可知，SL⁺的着火温度为371.68℃，燃烧反应活化能为110.57kJ/kg，添加铁后煤样的着火温度和燃烧反应活化能均有所降低。其中，SL⁺-5 Fe的着火温度和燃烧反应活化能最低。因此，本研究选择考察煤样SL⁺和SL⁺-5 Fe两个样品着火温度燃烧残留物的结构，以确定催化作用最明显时铁对燃烧残留物结构的影响。

  图 1  SL⁺及添加不同含量铁煤样燃烧反应曲线 Figure 1.  Combustion reaction curves of SL⁺ and Fe loaded samples

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  图 2  添加铁脱灰褐煤的着火温度和燃烧反应活化能 Figure 2.  Temperature and activation energy of demineralized lignite loaded with Fe

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  2.2   FT-IR分析

  图 3为胜利褐煤及燃烧残留物的红外光谱谱图。由图 3可知，盐酸处理对煤样的官能团的类型影响不大，煤样的红外光谱谱图中主要存在煤中三种类型的吸收峰，包括脂肪族基团吸收峰、芳香族吸收峰和含氧官能团吸收峰^[30-32]。由图 3还可知，1710cm^-1附近的吸收峰归属于为醇、酚和羧酸中的C=O伸缩振动^[20]，SL⁺在该范围的谱峰更为明显，可能是因为部分与含氧官能团结合的矿物质被盐酸脱除造成该峰的变化，这与梁虎珍等^[33]的实验结果一致。比较添加铁前后燃烧残留物和SL⁺的红外光谱谱图，除1710cm^-1处的谱峰外，其余主要谱峰大致归纳如下：2937和2875cm^-1分别对应着烷烃C-H的υ_as,C-H和υ_s,C-H(不对称和对称伸缩振动)^[34]；1600cm^-1附近归属于芳烃及多环芳香层的C=C骨架振动，υ_C=O伸缩振动，该吸收峰反映了煤的芳构化程度^[35]；1300-1000cm^-1：主要为C-O伸缩振动(υ_C-O)区域，1191cm^-1处为酚、醇、酯中的C-O伸缩振动，1038cm^-1处为脂肪醚的C-O伸缩振动^[35]；755cm^-1附近吸收带主要归属为多种取代芳烃的面外弯曲振动^[33]。通过比较发现，实验温度范围添加铁前后的燃烧反应对SL⁺的有机官能团影响较小，说明有机官能团不是影响煤样燃烧的主要因素。

  图 3  胜利褐煤及燃烧残留物的红外光谱谱图 Figure 3.  FT-IR spectra of Shengli lignite and unreacted residues

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  2.3   表面元素组成及碳键合结构

  图 4为胜利褐煤及燃烧残留物的XPS谱图。由图 4可知，位于283、1225eV附近的谱峰分别对应C 1s的特征峰和俄歇峰，531和976eV分别是O 1s的特征峰和俄歇峰，位于100和153eV附近非常微弱的峰则是Si 2p和Si 2s的特征峰，盐酸处理对胜利褐煤表面元素组成没有造成较大影响。比较添加铁前后未反应残留物的XPS谱图发现，在着火温度时的燃烧反应对煤样的表面元素组成影响不大，添加铁后燃烧残留物的XPS谱图中含有少量的铁峰，说明铁已进入煤样表面结构。

  图 4  胜利褐煤及燃烧残留物的XPS谱图 Figure 4.  XPS spectra of Shengli lignite and unreacted residues

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  图 5为煤样及燃烧残留物的XPS C 1s拟合图。

  图 5  胜利褐煤及燃烧残留物的XPS C 1s拟合图 Figure 5.  XPS C 1s fitting of Shengli lignite and unreacted residues

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  由图 5可以看出，通过拟合可将煤样及燃烧残留物中碳归属于四种键合结构，分别为芳香单元及其取代烷基(C-C/C-H，284.6eV)，酚碳或醚碳(C-O，286.3eV)，羰基(C=O，287.6eV)以及羧基(COO-，289.0eV)^[36-39]。图 6为胜利褐煤及燃烧残留物中碳元素四类键合结构的比例。由图 6可知，碳元素主要的键合结构为芳香单元及其取代烷基，少量以碳氧结构存在，其中,以C-O-键所占比例较大。这一结果与Shinn^[31]提出的观点一致，由于酚羟基氧上的孤对电子对能与芳环共轭形成稳定结构，造成酚羟基是煤中碳氧结构比较稳定的结合方式^[40]。通过比较发现，盐酸处理后煤样中碳氧结构所占比例增加，其中，C-O-和COO-的含量增加，C=O略有含量减小。燃烧反应使燃烧残留物中C-C/C-H和C=O所占比例略有增加，C-O-和COO-结构则呈现相反的规律，说明燃烧反应过程是煤样中碳氧结构损失的过程。添加铁燃烧使燃烧残留物中的碳氧结构损失增加，说明添加铁提高了煤样燃烧反应速度，与TGA实验结果一致。

  图 6  胜利褐煤及燃烧残留物中碳元素键合比例 Figure 6.  Content of carbon bonding forms in Shengli lignite and unreacted residues

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  2.4   XRD分析

  图 7为胜利褐煤及燃烧残留物的XRD谱图及其拟合方法示意图。

  图 7  胜利褐煤及燃烧残留物的XRD及拟合示意图 Figure 7.  XRD and fitting curves of Shengli lignite and unreacted residues

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  由图 7可知，XRD谱图存在较高宽的两个衍射峰，位于25°-27°的002峰较强，与天然石墨的002峰26.6°^[41]相近，表明胜利褐煤结构中既含有大量的高度无序的非晶碳，还含一定量的类石墨结构。位于43°-45°的100峰(天然石墨100峰 43.4°^[41])相对强度较低，说明胜利褐煤中芳香层片的有序度较差。此外，XRD谱图中显示26.7°较尖锐的衍射峰是由于煤中SiO₂引起的。盐酸处理以及添加铁前后的燃烧反应对胜利褐煤及燃烧残留物XRD谱图的影响不大。

  对胜利褐煤及其燃烧残留物的XRD谱进行拟合，γ峰位于10°-20°，002峰位于20°-35°，100峰位于40°左右。利用布拉格方程和谢乐方程可计算煤样的微晶结构参数，并根据公式:

  计算出煤样的芳香度，其中，A表示相关峰的面积。微晶参数的计算公式如下^{[41, 42]}:

  式中，d₀₀₂为芳香层片间的距离，nm；L_a为芳香层片直径，nm；L_c为芳香层片的堆垛高度，nm；λ为X射线的波长，其值为0.154nm；B₁₀₀和B₀₀₂分别为100和002峰的半峰宽；θ₁₀₀和θ₀₀₂是两峰对应的角度。所得相关参数见表 3。由表 3可知，胜利褐煤的晶面间距为0.359nm，大于纯石墨的晶面间距(0.336-0.337nm)^[42]，表明胜利褐煤石墨化程度低，微晶结构较少。胜利褐煤的芳香度(f_a)为0.308，大部分芳香族碳原子以低环(1或2)形式存在，且带有大量的脂肪族侧链，不能在002面处全部有序堆积，因此，这里所得煤样芳香度实质是可在002处发生衍射的芳香族碳原子所占百分比。盐酸处理使煤样的芳香度升高，晶面间距增大，芳香层片减小。未反应残留物的芳香度增加，添加铁燃烧使燃烧残留物芳香度下降，说明铁的添加，抑制了燃烧反应中未反应残留物芳香度的提高。与未添加铁的燃烧残余物相比，添加铁后燃烧残余物d₀₀₂相对增大，堆砌度L_c增加，说明在燃烧反应过程中，铁与煤样中的有机结构结合，使未反应残余物的d₀₀₂增加，降低了煤样的晶化程度。此外，在燃烧反应过程中，SL⁺的芳香环层片直径(L_a)增大，说明SL⁺的芳环簇在燃烧过程中因为缩聚而变大，添加铁后，芳环缩聚趋势减小，L_a降低，说明铁进入胜利褐煤微结构内部，使其微观结构发生变化。

  表 3  胜利褐煤及燃烧残留物的晶体结构参数 Table 3.  Crystalline structure parameters of Shengli lignite and unreacted residues

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  Sample f_a d₀₀₂ /nm L_c /nm L_a /nm N SL 0.308 0.359 0.982 0.893 2.737 SL⁺-5 Fe-R 0.309 0.376 0.728 0.592 1.934

  SL+	0.332	0.368	0.789	0.532	2.145
  SL+-R	0.345	0.365	0.855	0.613	2.343

  表 3  胜利褐煤及燃烧残留物的晶体结构参数
  Table 3.  Crystalline structure parameters of Shengli lignite and unreacted residues

  2.5   Raman分析

  为进一步验证添加铁对燃烧残留物碳微晶结构的影响，对胜利褐煤及燃烧未反应残留物进行拉曼光谱的测试分析，并采用10个高斯峰对1800-800cm^-1进行拟合处理^{[43, 44]}。图 8为胜利褐煤及燃烧残留物在1800-800cm^-1的Raman谱图及拟合图。

  图 8  胜利褐煤及燃烧残留物的Raman谱及拟合图 Figure 8.  Raman spectra and fitting method of Shengli lignite and unreacted residues

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  由图 8可知，胜利褐煤及燃烧残留物在1800-800cm^-1的Raman谱图内存在两个拉曼频率振动区域，分别归属于D峰(1340-1380cm^-1)和G峰(1580-1600cm^-1)^{[42, 45-47]}。对于煤炭样品而言，G峰主要是由于煤样中石墨化结构振动引起的，而D峰代表了煤样中非石墨化缺陷。Raman光谱参数，如两峰峰位差(P_G-P_D)，两峰峰面积比(I_D/I_G)，D峰和G峰的面积占两峰的峰面积和的比例I_D/(I_D+I_G)和I_G/(I_D+I_G)，脂肪族侧链与芳香族的相对比率(I_S/I_G)可以定量分析煤样燃烧残留物的微晶结构^[47]。以上参数计算结果见表 4。

  表 4  胜利褐煤及燃烧残留物的Raman谱图拟合参数 Table 4.  Raman spectra fitting parameters of Shengli lignite and unreacted residues

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  Sample P_G-P_D (cm^-1) I_D/ I_G I_D/(I_D+I_G) I_G/(I_D+I_G) I_S/ I_G SL 218.77 1.462 0.594 0.406 0.393 SL⁺-5 Fe-R 230.79 0.939 0.484 0.516 0.426

  SL+	231.97	1.115	0.527	0.473	0.399
  SL+-R	227.05	0.882	0.469	0.531	0.397

  表 4  胜利褐煤及燃烧残留物的Raman谱图拟合参数
  Table 4.  Raman spectra fitting parameters of Shengli lignite and unreacted residues

  表 4为胜利褐煤及燃烧残留物的Raman谱图拟合参数。由表 4可知，盐酸处理使胜利褐煤的I_D/I_G及I_D/(I_D+I_G)减小，I_G/(I_D+I_G)增加，说明矿物质的存在使煤样的石墨化程度降低，非石墨结构缺陷增多。未反应残留物的I_D/I_G和I_D/(I_D+I_G)均减小，I_G/(I_D+I_G)增加，由此可以推断，在燃烧反应过程，煤样的缺陷位减少，石墨化程度增加。添加铁后燃烧残留物的I_D/I_G和I_D/(I_D+I_G)的减小程度以及I_G/(I_D+I_G)的增加幅度降低，而I_S/I_G增加，说明添加铁使燃烧未反应残留含有更多的缺陷位和脂肪族侧链，并使得燃烧残留物石墨化程度降低，胜利褐煤的表面棱、角、缺陷等活性部位增加，加快了氧气的吸附速率，使反应活化能降低，从而降低了煤样的着火温度。

  3   结 论

  添加铁降低了脱灰胜利褐煤的着火温度，SL⁺-5 Fe的着火温度和燃烧反应活化能较SL⁺降低幅度最大。胜利褐煤中主要存在三类有机结构：脂肪族官能团、芳香族官能团以及含氧官能团。脱灰胜利褐煤红外光谱谱图在1700-1710cm^-1处出现C=O的吸收峰，说明其所含的某些矿物质成分可与煤中C=O等含氧官能团结合。添加铁前后燃烧反应对燃烧残留物官能团特性无明显影响，其对煤样燃烧性能不会产生很大影响。胜利褐煤所含碳元素可归属于四类键合结构：芳香单元及其取代烷基(C-C/C-H)、酚碳或醚碳(C-O-)、羰基(C=O)以及羧基(COO-)。盐酸处理对胜利褐煤中碳键合结构的影响很小，只是脱灰胜利褐煤中C-O-键合结构所占比例略高。胜利褐煤燃烧过程中碳氧结构减少，添加铁后燃烧过程碳氧结构所占比例下降更为迅速，说明铁促进了燃烧过程中碳氧结构的反应。添加铁后增加了燃烧残留物芳香度下降幅度，并使其晶面间距增大，缺陷位相对增加，石墨化程度降低，烷基侧链增多，即添加铁后燃烧残余物向石墨化转化的趋势受到抑制。据此推测，铁元素进入胜利褐煤晶格的内部使其微观结构中活性位增加，加快了氧气的吸附速率，从而降低煤样的起燃温度，促进了燃烧反应。

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  图 1  SL⁺及添加不同含量铁煤样燃烧反应曲线

  Figure 1  Combustion reaction curves of SL⁺ and Fe loaded samples

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  图 2  添加铁脱灰褐煤的着火温度和燃烧反应活化能

  Figure 2  Temperature and activation energy of demineralized lignite loaded with Fe

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  图 3  胜利褐煤及燃烧残留物的红外光谱谱图

  Figure 3  FT-IR spectra of Shengli lignite and unreacted residues

  a: SL; b: SL⁺; c: SL⁺-R; d: SL⁺-5 Fe-R

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  图 4  胜利褐煤及燃烧残留物的XPS谱图

  Figure 4  XPS spectra of Shengli lignite and unreacted residues

  a: SL; b: SL⁺; c: SL⁺-R; d: SL⁺-5 Fe-R

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  图 5  胜利褐煤及燃烧残留物的XPS C 1s拟合图

  Figure 5  XPS C 1s fitting of Shengli lignite and unreacted residues

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  图 6  胜利褐煤及燃烧残留物中碳元素键合比例

  Figure 6  Content of carbon bonding forms in Shengli lignite and unreacted residues

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  图 7  胜利褐煤及燃烧残留物的XRD及拟合示意图

  Figure 7  XRD and fitting curves of Shengli lignite and unreacted residues

  (a): XRD spectra; (b): fitted method a: SL; b: SL⁺; c: SL⁺-R; d: SL⁺-5 Fe-R

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  图 8  胜利褐煤及燃烧残留物的Raman谱及拟合图

  Figure 8  Raman spectra and fitting method of Shengli lignite and unreacted residues

  a: SL; b: SL⁺; c: SL⁺-R; d: SL⁺-5Fe-R

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  表 1  煤样的工业分析

  Table 1.  Proximate analysis of coal samples

  Sample Proximate analysis w/% M A V FC SL 4.22 12.3 33.5 49.9 SL⁺-10 Fe 5.38 12.5 32.2 49.9

  SL+	4.07	5.38	37.9	52.7
  SL+-0.5 Fe	1.37	5.21	34.3	59.1
  SL+-1 Fe	2.15	5.19	33.2	59.5
  SL+-2 Fe	1.43	7.14	34.0	57.4
  SL+-5 Fe	5.38	8.01	30.1	56.5
  note: M- moisture; A- ash content; V- volatile content; FC- fixed carbon

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  表 2  煤样中金属组分的分布

  Table 2.  Percentage of metal components in coal samples

  Sample Content w/% Si Al Ca Na Mn K Fe SL 3.02 1.50 4.11 0.15 0.06 0.14 0.78 SL⁺-10 Fe 1.39 0.80 0.19 0.02 0.01 0.04 8.80

  SL+	2.96	1.23	0.24	0.09	0.01	0.13	0.66
  SL+-0.5 Fe	1.34	0.73	0.50	0.03	0.01	0.05	1.04
  SL+-1 Fe	1.30	0.74	0.44	0.04	0.01	0.05	1.60
  SL+-2 Fe	1.19	0.68	0.38	0.05	0.01	0.05	2.97
  SL+-5 Fe	1.07	0.66	0.27	0.04	0.01	0.04	4.16

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  表 3  胜利褐煤及燃烧残留物的晶体结构参数

  Table 3.  Crystalline structure parameters of Shengli lignite and unreacted residues

  Sample f_a d₀₀₂ /nm L_c /nm L_a /nm N SL 0.308 0.359 0.982 0.893 2.737 SL⁺-5 Fe-R 0.309 0.376 0.728 0.592 1.934

  SL+	0.332	0.368	0.789	0.532	2.145
  SL+-R	0.345	0.365	0.855	0.613	2.343

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  表 4  胜利褐煤及燃烧残留物的Raman谱图拟合参数

  Table 4.  Raman spectra fitting parameters of Shengli lignite and unreacted residues

  Sample P_G-P_D (cm^-1) I_D/ I_G I_D/(I_D+I_G) I_G/(I_D+I_G) I_S/ I_G SL 218.77 1.462 0.594 0.406 0.393 SL⁺-5 Fe-R 230.79 0.939 0.484 0.516 0.426

  SL+	231.97	1.115	0.527	0.473	0.399
  SL+-R	227.05	0.882	0.469	0.531	0.397

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