焙燒溫度與碳結(jié)構(gòu)對(duì)鈣碳球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響

李 強(qiáng)，由曉敏，佘雪峰，姜澤毅，薛慶國(guó)，王靜松

（1.北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.北京科技大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

電石（CaC2）是由焦炭和CaO 在2 200 ℃以上反 應(yīng)生成的。電石是生產(chǎn)乙炔和乙炔衍生產(chǎn)品所需的重要化學(xué)品，包括如氯乙烯、乙烯基乙酸和1，4-丁基乙二醇[1-6］。因此，電石曾被認(rèn)為是“有機(jī)合成之母”。中國(guó)是世界第一電石生產(chǎn)大國(guó)，2021 年電石年產(chǎn)能已增至約2 825萬(wàn)t。

目前，中國(guó)基本上使用電弧法作為電石生產(chǎn)的主要工藝。該工藝主要將塊狀（5～30 mm）焦炭和氧化鈣的混合物加入電爐，并在電弧產(chǎn)生高溫（2 000 ℃以上）條件下反應(yīng)，生成的CO 氣體從爐體上部排出，熔融態(tài)的CaC2由爐底排出，冷卻破碎后得到成品[2］。該方法的缺點(diǎn)：一是反應(yīng)需要極高的反應(yīng)溫度（2 200 ℃）；二是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；三是能耗高（每噸碳化鈣約耗電3 250 kW·h）[4］。因此，用散裝焦炭和散裝石灰制備電石的傳統(tǒng)工藝面臨巨大挑戰(zhàn)。

研究表明兩種材料充分接觸將提高兩種材料的接觸面積，提高CaO 的傳質(zhì)速率，從而提高反應(yīng)速率[7］。為了提高氧化鈣與炭的接觸面積，粉狀混合原料球團(tuán)被廣泛開(kāi)發(fā)。ZHANG 等[8］提出了一種基于回收電石渣和粉炭制備含CaO的鈣碳球團(tuán)新型電石生產(chǎn)工藝。GONG 等[5］通過(guò)煉焦煤和電石渣的共熱解，開(kāi)發(fā)了一種用于電石生產(chǎn)的氧熱工藝的鈣焦。YIN等[9］和YOU等[10-11］都提出了一種包括兩步法的電石生產(chǎn)新工藝，YIN 等[9］使用混合石灰粉和煤粉（焦炭粉）在添加黏結(jié)劑的情況下，造球并在預(yù)熱熱解爐中熱解含氧化鈣的鈣碳球團(tuán)，然后將鈣碳球團(tuán)置于電弧爐中以生產(chǎn)電石。YOU 等[10-11］提出直接以粉狀煉焦煤和氧化鈣為原料，制備含氧化鈣的鈣碳球團(tuán)。在電弧爐的移動(dòng)床反應(yīng)器中生成電石需要具有良好透氣性的高強(qiáng)度鈣碳球團(tuán)，保證反應(yīng)產(chǎn)生的CO 氣體能夠順利通過(guò)，避免“崩床”等問(wèn)題的出現(xiàn)[12］。在電石生產(chǎn)新工藝中，鈣碳球團(tuán)爐內(nèi)強(qiáng)度（電弧爐）主要取決于鈣碳球團(tuán)在預(yù)熱熱解爐中的熱解。目前，對(duì)預(yù)熱熱解爐中鈣碳球團(tuán)強(qiáng)度變化機(jī)理的研究很少，尤其是強(qiáng)度變化與煤焦結(jié)構(gòu)變化的相關(guān)性研究更少。因此，本文重點(diǎn)研究了鈣碳球團(tuán)在預(yù)熱熱解爐階段不同熱解溫度下碳結(jié)構(gòu)對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響，以確定獲得電石生產(chǎn)所需的高強(qiáng)度熱解鈣碳球團(tuán)的最佳焙燒溫度。

本文以混合均勻的貧瘦煤和氧化鈣（均為粉狀）為原料，通過(guò)嵌樣機(jī)制備了鈣碳球團(tuán)，并在不同溫度下進(jìn)行焙燒。其抗壓強(qiáng)度主要取決于焙燒溫度以及碳結(jié)構(gòu)的變化。因此，本文分析和比較了不同焙燒溫度下鈣碳球團(tuán)中煤的碳結(jié)構(gòu)變化，研究了碳結(jié)構(gòu)變化與抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)采用一鋼鐵廠收集的分析級(jí)CaO（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.0%）和貧瘦煤為原料，將其在105 ℃下干燥12 h，并置于密封袋中。貧瘦煤的元素分析和工業(yè)分析如表1 所示。貧瘦煤中灰分的化學(xué)成分如表2所示。

表1 煤樣的元素和工業(yè)分析Table 1 Result of elemental and proximate analysis of coal samples %

表2 貧瘦煤中灰分的化學(xué)成分Table 2 Chemical compositions of lean ash %

1.2 實(shí)驗(yàn)部分

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

采用WRT-124 型熱重分析儀，升溫速率為10 ℃/min，測(cè)定了鈣碳球團(tuán)在加熱過(guò)程中的失重率；采用D8 DISCOVER 型X 射線衍射儀，測(cè)試條件為40 kV、Cu靶、Kα輻射，在5°～85°的2θ范圍內(nèi)以3°/min的掃描速率對(duì)鈣碳球團(tuán)的物相組成進(jìn)行測(cè)量；采用VERTEX 70型傅里葉變換紅外光譜儀（ATR-FTIR），波數(shù)范圍為400～4 000 cm-1，分辨率為4 cm-1，將樣品（2 mg）和干燥的KBr（100 mg）一起研磨并混合均勻，對(duì)鈣碳球團(tuán)樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了表征；采用Thermo Scientific? DXR 型拉曼光譜（Raman）分析，掃描范圍為50～3 500 cm-1，對(duì)鈣碳球團(tuán)樣品的碳結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了表征。

1.2.2 鈣碳球團(tuán)的制備與焙燒

為了去除材料中的水分，煤在105 ℃下干燥12 h。本研究中材料（貧瘦煤和氧化鈣）的混合比例基于先前提出的技術(shù)，以確保在隨后的電石爐中形成足夠的電石反應(yīng)[2-3］。將混合物置于不銹鋼模具中，通過(guò)嵌樣機(jī)（XQ-5）在8 MPa 的壓力下單軸壓制1 min，制成鈣碳球團(tuán)；球團(tuán)直徑為15 mm、質(zhì)量為2.5 g，為保證生球的冷強(qiáng)度，綜合考慮前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定了鈣碳球團(tuán)的料粒度、壓塊壓力、壓塊時(shí)間和壓塊尺寸。

圖1 為鈣碳球團(tuán)熱解裝置示意圖，使用冷卻速率可控的管式爐及加熱直徑為8 cm、長(zhǎng)度為80 cm的剛玉管。均勻溫度區(qū)位于剛玉管35～45 cm 處。實(shí)驗(yàn)從室溫開(kāi)始，以10 ℃/min的速率升高到焙燒溫度（350、450、550、650、750 ℃）。將鈣碳球團(tuán)樣品置于剛玉坩堝后放入爐中，在均勻的溫度范圍內(nèi)保持30 min，并通入氬氣作為保護(hù)氣。焙燒后，樣品以22 ℃/min 的速率冷卻至100 ℃，并在氬氣氛下在該溫度下保持 5 min。在20 ℃下將球團(tuán)從爐中取出。根據(jù)焙燒溫度（350～750 ℃），鈣碳球團(tuán)樣品分為5種類。不同鈣碳球團(tuán)樣品的元素分析結(jié)果如表3所示。

圖1 鈣碳球團(tuán)熱解裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of calcium oxide-containing carbon pellets pyrolysis apparatus

表3 不同焙燒溫度下鈣碳球團(tuán)元素分析結(jié)果Table 3 Elemental analysis results of calcium oxidecontaining carbon pellets at different roasting temperatures

1.2.3 鈣碳球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的測(cè)量

圖2顯示了抗壓強(qiáng)度測(cè)量的原理示意圖。鈣碳球團(tuán)樣品（圓柱形）的位置使其長(zhǎng)度矢量垂直于載荷矢量。垂直壓力施加在樣品上，產(chǎn)生水平壓縮應(yīng)力，最終破壞鈣碳球團(tuán)樣品。因此，使用測(cè)量結(jié)果，根據(jù)式（1）確定鈣碳球團(tuán)的最大負(fù)載壓力[10］。

圖2 抗壓強(qiáng)度測(cè)試示意圖Fig.2 Schematic diagram of compressive strength tests

其中，σ為鈣碳球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度，Pa；P為荷載壓力，N；d、h分別是含碳球團(tuán)的直徑和高，m。

2 結(jié)果與討論

2.1 焙燒溫度對(duì)鈣碳球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響

圖3 為鈣碳球團(tuán)樣品的熱重分析曲線，分析實(shí)驗(yàn)以氬氣為保護(hù)氣在10 ℃/min的升溫速率下進(jìn)行。從圖3可知，鈣碳球團(tuán)出現(xiàn)兩個(gè)失重峰，第一個(gè)失重峰出現(xiàn)在385 ℃，該峰值的出現(xiàn)主要?dú)w因于Ca（OH）2的分解，樣品中出現(xiàn)的Ca（OH）2應(yīng)是CaO 和貧瘦煤低溫?zé)峤猱a(chǎn)生的水結(jié)合所生成的。第二個(gè)失重峰出現(xiàn)在687 ℃，該峰值的出現(xiàn)主要原因是CaCO3的分解，樣品中CaCO3應(yīng)是CaO 與貧瘦煤中熱解產(chǎn)生的CO2反應(yīng)所生成。

圖3 鈣碳球團(tuán)樣品的熱重分析Fig.3 Thermogravimetric analysis of calcium oxide-containing carbon pellets samples

圖4為不同焙燒溫度下預(yù)熱的鈣碳球團(tuán)樣品的XRD 譜圖。從圖4 可知，當(dāng)溫度從350 ℃升高到750 ℃時(shí)，鈣碳球團(tuán)中CaO 的晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化。樣品在350 ℃時(shí)出現(xiàn)的Ca（OH）2峰比450～750 ℃時(shí)的多，說(shuō)明在350～450 ℃時(shí)，Ca（OH）2出現(xiàn)了分解，對(duì)應(yīng)圖3 溫度在385 ℃時(shí)出現(xiàn)的一個(gè)失重峰。在350～650 ℃時(shí)，出現(xiàn)較多的CaCO3峰，750 ℃時(shí)CaCO3峰明顯有所減少，對(duì)應(yīng)圖3溫度在687 ℃時(shí)出現(xiàn)的CaCO3分解失重峰。XRD 譜圖中除了出現(xiàn)CaO、Ca（OH）2和CaCO3并未觀察到其他鈣化合物。因此經(jīng)過(guò)焙燒過(guò)程后，貧瘦煤熱解產(chǎn)生的氣體不會(huì)與CaO 形成其他反應(yīng)產(chǎn)物。因此，預(yù)熱熱解過(guò)程中鈣碳球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的變化可歸因于球團(tuán)本身結(jié)構(gòu)的變化。在本研究中，鈣碳球團(tuán)樣品中的CaO 初始含量相同，所以CaO 在不同焙燒溫度下對(duì)鈣碳球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響可以忽略。

圖4 不同焙燒溫度下預(yù)熱的鈣碳球團(tuán)樣品的XRD譜圖Fig 4 XRD patterns of preheated calcium oxide-containing carbon pellets at different calcination temperatures

圖5為不同焙燒溫度下鈣碳球團(tuán)樣品的抗壓強(qiáng)度。從圖5 可知，對(duì)于5 個(gè)鈣碳球團(tuán)樣品，在350～550 ℃時(shí)抗壓強(qiáng)度隨著焙燒溫度的升高而降低，而在650 ℃時(shí)抗壓強(qiáng)度為59.9 kPa，出現(xiàn)較大提升，750 ℃時(shí)抗壓強(qiáng)度相對(duì)于650 ℃較低，但是高于350～550 ℃時(shí)的抗壓強(qiáng)度。在350～550 ℃這一階段煤以解聚和分解反應(yīng)為主，生成和排出大量揮發(fā)物，在450 ℃左右焦油量排出最大，在450～550 ℃時(shí)氣體析出量最多，使鈣碳球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度先隨著溫度的升高而降低。焙燒溫度在550 ℃以上時(shí)，樣品中大分子的解聚和分解反應(yīng)基本完成，但是隨著溫度的升高，分子開(kāi)始發(fā)生縮聚反應(yīng)，并固化收縮成半焦，增大了鈣碳球團(tuán)的強(qiáng)度。750 ℃時(shí)鈣碳球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度有所下降，這將在第2.2.3節(jié)進(jìn)行討論。根據(jù)實(shí)驗(yàn)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，筆者將焙燒溫度設(shè)置為650 ℃，焙燒時(shí)間為30 min，獲得熱解后最大抗壓強(qiáng)度為59.9 kPa的鈣碳球團(tuán)。

圖5 不同焙燒溫度下鈣碳球團(tuán)樣品的抗壓強(qiáng)度Fig.5 Compressive strength of calcium oxide-containing carbon pellets samples at different calcination temperatures

2.2 碳結(jié)構(gòu)對(duì)鈣碳球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響

根據(jù)鈣碳球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度和形貌的結(jié)果，可以推斷由于在不同焙燒溫度下獲得的鈣碳球團(tuán)樣品中煤結(jié)構(gòu)變化，鈣碳球團(tuán)的性質(zhì)有所不同。一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)，粉煤中的灰分含量并不會(huì)顯著影響碳顆粒的微觀結(jié)構(gòu)[13-14］。因此，本文并未考慮煤灰分對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，而是著重研究了焙燒溫度對(duì)鈣碳球團(tuán)中碳結(jié)構(gòu)變化對(duì)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響。

2.2.1 傅里葉變換紅外光譜分析

采用傅里葉變換紅外光譜分析煤樣品復(fù)雜大分子中的官能團(tuán)[10，15-18］。圖6 為不同溫度下焙燒的鈣碳球團(tuán)樣品的紅外光譜。由圖6 可知，在波數(shù)為3 640 cm-1處時(shí)，吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低，這是因?yàn)殡S著焙燒溫度的升高，羥基發(fā)生了熱解導(dǎo)致其含量減少[19］。在1 613 cm-1處的峰是芳香環(huán)的C=C 的伸縮振動(dòng)，這是1 607、1 558、1 507 cm-1處3 種結(jié)構(gòu)的伸縮振動(dòng)吸收峰重疊的結(jié)果[20-21］。在350 ℃預(yù)熱的樣品光譜中，觀察到明顯的特征峰，其歸因于C—O鍵的振動(dòng)拉伸（在1 030 cm-1處的峰）。然而其他溫度焙燒下的鈣碳球團(tuán)樣品的紅外光譜中沒(méi)有看到這樣明顯的峰，這證實(shí)了在350 ℃以上焙燒的鈣碳球團(tuán)的樣品中，煤的部分橋鍵斷裂，并產(chǎn)生大量氣體和自由基碎片。此外，還觀察到芳香族C—H 拉伸振動(dòng)峰在875 cm-1處出現(xiàn)的一個(gè)變化趨勢(shì)，在350～＜650 ℃焙燒樣品的光譜中的峰值強(qiáng)度逐漸增加，而在650～750 ℃焙燒樣品的光譜強(qiáng)度略微降低，原因是當(dāng)焙燒溫度為650 ℃或更高時(shí)，脂肪族側(cè)鏈氫的斷裂導(dǎo)致氫濃度降低。當(dāng)溫度高于650 ℃時(shí)，大量芳烴進(jìn)一步裂解；芳香族化合物的焦油沉淀并揮發(fā)，半焦引發(fā)縮聚反應(yīng)，降低了芳烴的碳?xì)錆舛?；同時(shí)芳香族C—H 拉伸振動(dòng)峰的增加表明結(jié)合了大量的自由基，促進(jìn)了鈣碳球團(tuán)的膨脹。在1 414 cm-1處的C—C拉伸振動(dòng)峰峰值強(qiáng)度從350～650 ℃逐漸變強(qiáng)，表明C—C的芳香結(jié)構(gòu)化程度隨著溫度的升高而增加。

圖6 不同焙燒溫度下鈣碳球團(tuán)樣品的紅外光譜Fig.6 FT-IR spectra of calcined calcium oxide-containing carbon pellets at different temperatures

2.2.2 拉曼光譜分析

對(duì)拉曼光譜進(jìn)行去卷積后使用曲線擬合軟件Origin8.5 對(duì)每個(gè)光譜進(jìn)行峰值擬合，并將曲線分解為1 000～1 800 cm-1內(nèi)的一個(gè)高斯帶和4 個(gè)洛倫茲帶。煤的拉曼光譜的詳細(xì)波段分配見(jiàn)表5[22-23］，其中，G 峰指理想石墨晶格的拉伸振動(dòng)模式（E2g對(duì)稱性）；D1峰是指比較大的芳環(huán)結(jié)構(gòu)（C 原子數(shù)≥6），其與孤立sp2雜化鍵面內(nèi)振動(dòng)導(dǎo)致邊緣或其他缺陷（如邊緣碳原子或雜原子）相關(guān)；D2峰總是與D1峰一起出現(xiàn)；D3峰表示無(wú)定型碳；D4指交聯(lián)結(jié)構(gòu)。圖7顯示了在不同焙燒溫度下預(yù)熱的鈣碳球團(tuán)樣品的拉曼光譜擬合與實(shí)驗(yàn)峰。

圖7 不同焙燒溫度下鈣碳球團(tuán)樣品的拉曼光譜Fig.7 Raman spectra of calcium oxide-containing carbon pellets samples at different calcination temperatures

表5 鈣碳球團(tuán)拉曼光譜導(dǎo)出煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 5 Structural parameters of coal derived from Raman spectra of calcium oxide-containing carbon pellets

選擇D1峰強(qiáng)度（ID1）與G峰強(qiáng)度（IG）之比，以及G峰強(qiáng)度（IG）與所有峰強(qiáng)度之比，是因?yàn)閮烧叨即砹瞬煌旱奶假|(zhì)顯微結(jié)構(gòu)順序[13，24］；具體而言，ID1/IG和IG/Iall可分別反映半焦缺陷結(jié)構(gòu)的相對(duì)數(shù)量和煤的石墨化程度。鈣碳球團(tuán)樣品中煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表6所示。

表6 鈣碳球團(tuán)中煤的拉曼結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 6 Structural parameters derived Raman of coals in calcium oxide-containing carbon pellets

峰面積是組合峰強(qiáng)度和半峰寬的參數(shù)，由表6可知，溫度為350～550 ℃時(shí)，AD1、AD3的值隨著溫度的升高而增大。由于鈣碳球團(tuán)中的煤此時(shí)處于低溫?zé)峤怆A段，煤的分解和解聚導(dǎo)致無(wú)定型碳結(jié)構(gòu)的形成速率高于芳香結(jié)構(gòu)的形成速率，此時(shí)鈣碳球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低。溫度為550～750 ℃時(shí)，AD1、AD3的值隨著溫度的升高而減小，這是由于芳環(huán)的縮聚和甲基的斷裂。

從表6 可以看出，溫度為350～650 ℃時(shí)，鈣碳球團(tuán)中煤的ID1/IG值逐漸升高，這是由于當(dāng)溫度在350～550 ℃時(shí)，煤發(fā)生劇烈分解，以解聚和分解反應(yīng)為主，形成的小分子物質(zhì)在煤焦表面發(fā)生沉積現(xiàn)象所導(dǎo)致[25］，半焦缺陷碳結(jié)構(gòu)的相對(duì)數(shù)量增加；而在溫度為550～650 ℃時(shí)，芳香結(jié)構(gòu)發(fā)生縮合和雜環(huán)斷裂反應(yīng)，產(chǎn)生孤立的sp2碳原子與無(wú)定型的sp2碳原子；而在750 ℃時(shí)，ID1/IG值有所減小，說(shuō)明缺陷結(jié)構(gòu)向有序性發(fā)展，發(fā)生石墨化[26-28］；當(dāng)焙燒溫度從350 ℃增加到750 ℃時(shí)，鈣碳球團(tuán)中煤的IG/Iall值逐漸減小，這說(shuō)明煤在750 ℃前熱解產(chǎn)生一些無(wú)序結(jié)構(gòu)。

2.2.3 紅外光譜與拉曼光譜結(jié)合分析碳結(jié)構(gòu)對(duì)鈣碳球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響

根據(jù)拉曼光譜分析，鈣碳球團(tuán)中的拉曼參數(shù)ID1/IG在350～650 ℃內(nèi)隨熱解溫度的升高而增加，表明半焦缺陷碳結(jié)構(gòu)的增加。根據(jù)ATR-FTIR 分析，鈣碳球團(tuán)中的脂肪族化合物和含氧官能團(tuán)（1 800～1 000 cm-1）在≤550 ℃時(shí)的吸收峰的峰值強(qiáng)度比＞550 ℃時(shí)的峰值強(qiáng)度高，說(shuō)明鈣碳球團(tuán)在350～550 ℃時(shí)，主要發(fā)生較弱的大分子鍵斷裂分解、脂肪族化合物和含氧官能團(tuán)的分解，導(dǎo)致半焦缺陷結(jié)構(gòu)的相對(duì)數(shù)量增加[26］。而在550～650 ℃時(shí)，ID1/IG繼續(xù)增加，這是因?yàn)榉枷憬Y(jié)構(gòu)發(fā)生縮合，導(dǎo)致半焦缺陷碳結(jié)構(gòu)的相對(duì)數(shù)量繼續(xù)增加。

根據(jù)ATR-FTIR分析，鈣碳球團(tuán)中的C—C鍵峰值強(qiáng)度在350～650 ℃下逐漸增強(qiáng)，而在750 ℃時(shí)有所降低。根據(jù)拉曼光譜分析，在750 ℃時(shí)ID1/IG值有所下降，這是因?yàn)殡S著溫度繼續(xù)增加，半焦發(fā)生縮聚反應(yīng)?？s聚反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致更多自由基碳原子結(jié)合形成芳環(huán)和芳環(huán)大分子，以及由交聯(lián)鍵連接的較小芳環(huán)結(jié)構(gòu)縮聚成相對(duì)大的芳環(huán)系統(tǒng)，半焦缺陷碳結(jié)構(gòu)向有序晶體sp2碳原子轉(zhuǎn)變，同時(shí)也導(dǎo)致此溫度下的鈣碳球團(tuán)抗壓強(qiáng)度有所降低。

3 結(jié)論

本文利用混合均勻的氧化鈣和貧瘦煤粉末制備了鈣碳球團(tuán)，研究了在350～750 ℃的熱解溫度下預(yù)熱的鈣碳球團(tuán)樣品的抗壓強(qiáng)度?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果分析獲得了以下結(jié)論。

1）鈣碳球團(tuán)抗壓強(qiáng)度在350～＜550 ℃時(shí)隨著溫度的升高而降低，在550～＜650 ℃時(shí)隨著溫度的升高而增大，在650～750 ℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度有所下降。

2）通過(guò)傅里葉變換紅外光譜分析，發(fā)現(xiàn)在350～650 ℃時(shí)，1 414 cm-1處的C—C拉伸振動(dòng)峰峰值強(qiáng)度逐漸變強(qiáng)，表明鈣碳球團(tuán)的芳香結(jié)構(gòu)化程度隨著溫度的升高而增加。通過(guò)拉曼分析得出，溫度為350～＜650 ℃時(shí)，隨著的溫度升高，半焦缺陷碳結(jié)構(gòu)的相對(duì)數(shù)量增加；溫度為650～750 ℃時(shí)，較小芳環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)生縮合，生成新的大芳香環(huán)結(jié)構(gòu)。

3）溫度為350～＜550 ℃時(shí)，煤首先發(fā)生解聚和分解反應(yīng)導(dǎo)致鈣碳球團(tuán)抗壓強(qiáng)度降低；在溫度為550～＜650 ℃時(shí)，煤發(fā)生縮聚反應(yīng)，開(kāi)始固化收縮成半焦，導(dǎo)致鈣碳球團(tuán)強(qiáng)度增大；在溫度為650～750 ℃時(shí)，半焦繼續(xù)發(fā)生縮聚反應(yīng)，較小芳環(huán)結(jié)構(gòu)縮聚成相對(duì)大的芳環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)致鈣碳球團(tuán)抗壓強(qiáng)度降低。