典型块状煤的可见-近红外光谱特征研究

摘要：

因可见-近红外波段反射光谱测试方便,仪器成本较低,适用于在线分析,为此针对煤在可见-近红外波段的反射光谱曲线特征规律及其产生机理进行了研究分析.从晋、鲁、宁、吉地区煤矿收集了无烟煤、烟煤、褐煤三大类型中的 12 种典型煤样,按煤阶从高到低具体包括无烟煤一号、无烟煤二号、贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1／3 焦煤、气肥煤、气煤、褐煤一号、褐煤二号,在实验室利用地物光谱仪采集了块状煤样在可见-近红外波段的反射光谱曲线.通过对光谱曲线特征分析,发现无烟煤的反射光谱曲线整体上趋于水平方向,吸收谷特征不明显,随煤阶的降低,光谱反射率、近红外波段光谱斜率整体上呈增加趋势,较明显的吸收谷特征增多且吸收强度增加,有 1 3 个较明显的吸收谷特征波段.通过 X射线衍射分析(XRD)测定了煤样的碳材料结构和矿物成分,煤非晶质性分子结构的芳构化趋势对煤阶升高时光谱反射率降低、反射曲线趋于平缓起到主要作用.当煤阶降低时,以脂肪侧链为主的有机吸收基团的中红外波段基频在近红外波段的倍频和合频产生众多吸收叠加,绝大多数吸收谷特征不明显,相对较为明显的吸收谷产生在1 700和2 300 nm附近.同时含Fe等过渡金属的矿物、H2 O、粘土矿物等无机物成分也是煤反射光谱曲线吸收谷特征增多的因素.通过对实验煤样 X射线荧光分析(XRF)和工业分析测定了煤样中 Fe 和 Al 等矿物元素成分含量和空气干燥基水分、灰分、挥发分、固定碳含量,得出煤反射光谱曲线的近红外波段光谱斜率与挥发分产率、固定碳含量分别呈正、负相关性.H2 O谱带吸收深度之和与内在水分含量线性相关性较好,Fe和 Al 含量与相关波段吸收谷深度之和基本呈线性关系,而主要由有机基团倍频和合频所产生的1 700和2 300 nm附近两处吸收谷深度之和与挥发分产率线性相关性较差.获得典型块状煤种的可见-近红外波段反射光谱特征,为煤矿区高光谱遥感以及煤光谱数据库的建立提供依据,也为直接利用可见-近红外波段的反射光谱曲线波形特征快速、低成本、定性地识别煤种类提供参考;同时对煤矿用煤炭探测光谱传感器的研制具有重要意义.

关键词：煤类、可见-近红外光谱、反射率、光谱特征、成分分析

所属期刊栏目：39

分类号：TP79(遥感技术)

资助基金：国家自然科学基金联合基金项目;国家重点基础研究发展计划973项目;江苏省高校优势学科建设工程项目PAPD资助

在线出版日期：2020-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：1717-1723