【土木专栏】水分随煤阶及水热变化的核磁共振研究

选取实验用煤有锡盟褐煤、屯南三分烟煤、屯南四分烟煤和阳泉无烟煤四种煤。锡盟褐煤用于水热实验、水质量分数测量以及水分变化规律检测，其余３种煤只用于水分随煤阶的变化规律检测。备注：在核磁共振试验中，上述煤样均为粉状，且取样质量为0.73~0.80g。

NMR 的氢谱检测使用苏州纽迈分析仪器股份有限公司生产的 VTMR20-010V-I核磁共振成像分析仪，共振频率为21.306 MHz， 磁体产生的磁感应强度为0.5T，线圈直径为10mm， 磁体温度为35℃，产品外观如图1所示。

图1  VTMR20-010V-I

水热反应先后进行5次，反应温度分别为200、250、280、300、320℃，煤样依次分别编号为2、3、4、5、6，褐煤原煤编号为1。具体水热反应过程可参考文献[1]。

表1 原煤和水热反应后煤样的水质量分数

从上表可以看出，水热反应可以有效地降低褐煤中的水质量分数，而且水热反应温度越高，脱水干燥效果越好。

图2 煤样与标样溶液的横向弛豫时间分布图

图3  不同煤阶煤中水分的横向弛豫时间分布图

从上图可以看出，不同煤阶煤中水分T2分布曲线存在较大差异，说明水分束缚程度受煤阶的影响较大。随着煤阶的升高，T2的大峰呈左移趋势，意味着煤中水所受束缚程度随煤阶的升高而增大。

图4  水热实验后煤中水分的横向弛豫时间分布图

从图4中可以看出，经水热处理后的煤样中水的弛豫时间T2分布与原煤相比左移，且水热温度越高，弛豫时间左移越多。此外，煤中所含水的弛豫时间绝大部分低于1ms，说明水热实验后煤中束缚力弱的水分大幅下降，大部分被脱除，剩余水分受束缚程度较大。