|
Struktura chemiczna semifuzynitu i fuzynitu w węglu kamiennym z SW części GZW w świetle badań mikro-FTIR Autor: R. Morga
Spektroskopia w podczerwieni w mikroobszarze (mikro-FTIR) jest nowoczesną metodą umożliwiającą
szeroki wgląd w chemiczną strukturę poszczególnych macerałów węgla. Jednakże, w odniesieniu do
węgla kamiennego z polskich złóż jest ona stosowana od niedawna. Celem tej pracy była charakterystyka
struktury chemicznej semifuzynitu i fuzynitu, występujących w węglu kamiennym (głównie koksowym)
z SW części GZW. Jest to kontynuacja wcześniejszych badań cech chemiczno-strukturalnych tych
macerałów i ich zmian pod wpływem obróbki termicznej. Badania przeprowadzono na koncentratach
inertynitu, sporządzonych z 22 bruzdowych próbek węgla. Próbki zostały pobrane z pokładów od 358/1
to 707/1-2. Refleksyjność witrynitu (Rr) wynosiła w nich 0.87-1.42%. Koncentraty wykonano poprzez
wzbogacanie gęstościowe w mieszaninie toluenu i czterochloroetylenu. Zawierały od 75 do 84% inertynitu.
Pomiary mikro-FTIR przeprowadzono na pojedynczych ziarnach semifuzynitu i fuzynitu. Liczba takich
ziaren, w zależności od próbki, wynosiła od 26 do 35. W celu opisania struktury chemicznej macerałów
wykorzystano następujące ilorazy absorbancji pasm: C = O (1650-1800cm-1)/C = Car (1500-1650cm-1),
C = O/CH2 + CH3 (2800-3030cm-1), CHar (750-900cm-1)/CH2 + CH3, i CHar/C = Car.
We wszystkich badanych próbkach fuzynit odznacza się wyższym stopniem aromatyzacji (iloraz
CHar/CH2 + CH3) i kondensacji układów aromatycznych (iloraz CHar/C = Car), niż semifuzynit z tego
samego węgla, a w przypadku 15 z 22 próbek, także niższym ilorazem C = O/C = Car. Nie stwierdzono
istotnej różnicy pod względem ilorazu C = O/CH2 + CH3. Na podstawie analizy statystycznej uzyskanych
wyników badań (metoda dendrogramu, grupowanie metodą k-średnich) wyodrębniono dwa typy
semifuzynitu. Semifuzynit typu I charakteryzuje się wyższym stopniem aromatyzacji i kondensacji, lecz
niższymi ilorazami C = O/C = Car i C = O/CH2 + CH3. Wartości poszczególnych ilorazów absorbancji,
obliczonych dla semifuzynitu, jego obu typów, i fuzynitu mieszczą się w szerokich granicach, co jest
odzwierciedleniem różnorodnego chemizmu obu macerałów, obserwowanego zarówno w odniesieniu
do całej populacji, jak i pojedynczych próbek. Różnorodność ta wynika ze zróżnicowanych warunków
powstawania obu macerałów i determinuje ich zachowanie w procesach przetwórstwa chemicznego. Dla
wszystkich badanych składników petrograficznych najwyższe współczynniki zmienności dotyczą ilorazu
C = O/C = Car, a najniższe – ilorazu C = O/CH2 + CH3. Stwierdzono, że cechy chemiczne semifuzynitu
i fuzynitu, w badanej populacji, nie zależą od stopnia uwęglenia węgla wyjściowego. Różnica stopnia
aromatyzacji, jak również stopnia kondensacji układów aromatycznych obu składników nie zmienia się
ze wzrostem stopnia uwęglenia. Stwierdzono istnienie silnej korelacji pomiędzy wartościami ilorazu
C = O/C = Car obliczonymi dla semifuzynitu i fuzynitu. Podobne zależności występują też dla ilorazów
CHar/CH2 + CH3 i CHar/C = Car, a dla ilorazu C = O/CH2 + CH3 zależność ta jest słabsza. Występowanie
analogicznych korelacji stwierdzono także między poszczególnymi typami semifuzynitu. W przypadku
obu macerałów wartość ilorazu CHar/C = Car skorelowana jest z refleksyjnością (Rr). Rezultaty badań
wskazują na to, że fuzynit i semifuzynit z SW części GZW utworzyły pod wpływem tego samego czynnika
(pożary paleotorfowisk), lecz w różnej temperaturze. Semifuzynit powstał, przeciętnie, w ok. 350-
450°C, przy czym typ I w temperaturze wyższej, a typ II – w niższej. Fuzynit związany jest genetycznie
z temperaturą przekraczającą 500°C. Z analizy mikro-FTIR wynika, że semifuzynit z pokładów 403,
405, 404/9 i 505 powstał, na ogół, w wyższej temperaturze niźli semifuzynit z pokładów 358, 364/2, 502,
510, 703 i 707/1-2. Ta sama zależność istnieje dla fuzynitu. Powyższa konkluzja generalnie pokrywa się
z wnioskiem, jaki można w tej kwestii wyciągnąć na podstawie pomiarów refleksyjności średniej (Rr).
Wykazano, że na podstawie ilorazów absorbancji możliwe jest, pod względem wartości średnich, odróżnienie
semifuzynitu i fuzynitu pochodzącego z różnych próbek węgla. Dla badanej populacji taka linia
rozdziału przebiega od wartości ilorazu CHar/C = Car = 1.75 przy CHar/CH2 + CH3 = 0.90 do wartości
ilorazu CHar/C = Car = 0.75 przy CHar/CH2 + CH3 = 1.35.
Słowa kluczowe: GZW, węgiel kamienny, semifuzynit, fuzynit, mikro-FTIR |
2011
