煤中高活性含碳固体自由基与煤自燃反应性的相关关系

作     者：李金虎 黄珏洁 陆伟 徐天硕 汪洋 

作者机构：安徽理工大学安全科学与工程学院 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目（52104178） 博士后创新人才支持计划项目（BX2021001） 安徽省高校优秀青年科研项目（2022AH030084）资助 

主　　题：煤炭自燃 低温受热分解 自燃倾向性 自由基 机理 

摘      要：低温氧化后煤中的自由基演化规律被广泛研究，以探讨煤炭自燃的机理。然而受氧化的影响，煤在室温空气下测定的自由基偏向于不反应的固体自由基，其演化规律无法准确反应煤样的氧化过程。如何实现煤中高活性固体自由基的室温测试成为研究焦点。研究中，三种不同自燃倾向性的煤样被选择，结合宏观及微观手段对煤样低温氧化及低温受热分解过程气体产物、自由基参数进行分析，以建立煤中含碳固体自由基与煤自燃倾向性之间的相关关系。实验首先进行了煤样的自燃倾向性、氧化及受热分解气体产物对比，进而利用电子顺磁波谱技术进行煤样的自由基参数测试，并通过自由基图谱分峰拟合的方法比较了低温氧化和低温受热分解过程中自由基参数及各类自由基浓度的演化规律。研究发现，宏观上，低温氧化及低温受热分解过程中均会产生CO、CO2，但其气体产生浓度存在差异。受热分解后煤样在室温氧化中会立即产生大量CO、CO2等气体氧化产物，表明热分解过程会产生能够在氮气条件下累积的高活性固体产物，其在室温下就能迅速与空气发生氧化反应。微观上，煤样低温氧化过程的自由基受链式反应影响，自由基参数及各类自由基浓度变化与自燃倾向性关联性较弱，而受热分解过程产生的烷基自由基及自由基总增加量能够准确反应煤样的自燃倾向性。通过受热分解后室温氧化自由基测试证实煤中高活性含碳固体自由基归属于烷基自由基结构，其含量与煤自燃倾向性呈明显正相关。研究实现了煤中高反应活性含碳固体自由基的室温检测，提出了基于受热分解过程高活性含碳固体自由基增加量的煤自燃倾向性分析方法，研究对煤炭自燃机理的探讨和煤自燃高效抑制材料的研发具有指导意义。