第36卷，第4期 2016年4月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
油页岩热解过程中的光谱学研究
兰新哲12，罗万江'，宋永辉'，张秋利'，周军1* 1.西安建筑科技大学，陕西省冶金工程技术研究中心，陕西西安710055 2陕西广播电视大学，陕西西安710068
Vol. 36 ,No. 4 ,pp1121-1126
April, 2016
摘要光谱学分析方法对分析物质结构及组成具有独特的优势。为了分析和认识油页岩及其干酪根的矿物结构特点，以及在不同热解温度下油页岩热解过程中矿物结构变化，分别采用偏光显微镜（POM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR)、X射线衍射光谱（XRD)和扫描电镜（SEM)等光学和光谱学手段，研究了甘肃窑街油页岩和酸洗脱灰干酪根的矿物形态结构和组成以及在不同热解温度下（温度300～1000℃，升温速率10 C·min-)矿物质和干酪根的形态结构演化特性及其机理。结果表明，甘肃窑街油页岩富含石英、粘土矿和黄铁矿等无机矿物，干酪根呈条块状不规则地镶嵌于无机矿物中；干酪根的变质程度高，富含芳香族和脂肪族结构；在实验温度范围内，随热解温度的升高，油页岩中矿物质开始分解，300C时高岭石因脱水转变成偏高岭石，在650℃时高岭石、蒙脱石等完全分解生成偏高岭石，当温度升高至1000℃时偏高岭石分解生成Si一A1尖晶石和无定型SiO2，SiO:与含铁矿物在半焦表面析出了（FeO一AO:一SiO:)低熔点共融物：干酪根随温度升高分解，半焦的芳香族和脂肪族C一H基团的强度降低，芳香碳的强度升高，分解后在半焦中形成“沟蜜"状残炭印记，研究结果对油页岩热解过程矿物结构演化研究和油页岩矿物的资源综合利用具有重要的现实意义。
关键词油页岩：热解：矿物：干酪根：光谱学分析
中图分类号：TE662.2
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964 /j. issn. 1000-0593 (2016 )04-1121-06
桦甸矿区油页岩在热解过程中矿物质发生细微变化，方解石和黏土等矿物发生分解和脱羟基作用，热解产生的氧化硅与金属矿物形成熔融态囊状共融物7]。研究发现3]，随热解温
近年来，随者全球原油资源消耗的不断增加，油页岩作
为非常规石油资源在提取油气产品和综合利用方面得到世界各国的高度重视13]。油页岩是一种高灰、富含溶剂不溶性有机质干酪根的可燃性细粒沉积岩石，通过热加工可提取燃料油或燃烧发电等，副产的页岩灰和渣可进一步综合利用2}。因油页岩随地质条件、生成年代和有机质变质程度等多方面因素的影响，油页岩的矿物和有机质的结构形态变化较大，对油页岩热解加工过程和产物组成影响显著。利用现代分析技术对油页岩及其热解过程中矿物结构和形态变化进行研究，对开发油页岩资源和油页岩矿物的综合利用具有指导意义。研究表明，在油页岩热加工过程中发生一系列氧化、水解、脱氢、缩合等反应，以实现干酪根的分解，支链和官能团的脱落形成气态、液态产物，同时伴随着无机矿物形态结构的变化3]。温度是影响油页岩热解的最主要因素[]。
收稿日期：2015-06-09，修订日期：2015-10-06
基金项目：国家高技术研究发展计划项目(2011AA05A202)资助
作者简介：兰新哲，1963年生，西安建筑科技大学特聘教投
*通讯联系人
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度升高，半焦中芳氢和芳环结构含量增加：450"C时，出现芳香质子的吸收峰；CH2，CH3，费基和羧基的振动峰减小，直到高温时消失；热解温度升高，焦油收率不再增加，二次裂解加剧，气态产物增加；在700C出现脂肪族的快速消失峰，说明碳酸盐开始分解；页岩油中脂肪烃结构增加，芳香结构减少，半焦的芳构化程度加剧。可见，不同热解温度下，油页岩的热解过程不司，热解的产物组成、分布和析出特性亦不同。
我国油页岩资源丰富，技术可采储量巨大，但是在地面干馏工艺开发油页岩过程中将会产生大量的半焦，这些半焦得不到合理的解决就会造成大量的资源浪费，还可能产生严重的环境问题"}，因此，对油页岩热解过程及其半焦的矿物组成和形态有全面的认识，对开发油页岩资源综合利用具有重要意义。前期研究表明，有关矿物结构和有机官能团随温
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