JP4593369B2 - Method for estimating the chemical form of inorganic minerals in coal. - Google Patents

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Description

本発明は、石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法に関する。更に詳しくは、核磁気共鳴(以下、NMRと略称することもある)スペクトル測定法を利用して、高炉などの冶金炉やボイラーなどの燃焼炉で利用される石炭中の無機鉱物の化学形態を簡便に推定する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for estimating the chemical form of inorganic minerals in coal. More specifically, the chemical form of inorganic minerals in coal used in metallurgical furnaces such as blast furnaces and combustion furnaces such as boilers is measured using a nuclear magnetic resonance (hereinafter sometimes abbreviated as NMR) spectrum measurement method. The present invention relates to a simple estimation method.

製鉄プロセスにおける冶金炉、例えば高炉の操業において、一般に鉄鉱石などの鉄含有原料と、石炭を乾留して得られるコークスなどの還元剤を炉頂から交互に装入することが行なわれる。また、近年、高炉炉頂から装入するコークスの一部をより安価な石炭に代替し、高炉の羽口から熱風とともに吹き込む方法が盛んに行われている。   In the operation of a metallurgical furnace such as a blast furnace in an iron making process, an iron-containing raw material such as iron ore and a reducing agent such as coke obtained by carbonizing coal are alternately charged from the top of the furnace. Further, in recent years, a method of replacing a part of coke charged from the top of the blast furnace with a cheaper coal and blowing it with hot air from the tuyere of the blast furnace has been actively performed.

また、発電プロセスにおけるボイラー等の燃焼炉の運転においても、従来から使用されている重油の代替燃料として石炭が見直され、微粉炭吹込み法が特に注目されている。   Also, in the operation of a combustion furnace such as a boiler in a power generation process, coal is reviewed as an alternative fuel for heavy oil that has been used conventionally, and the pulverized coal injection method is particularly attracting attention.

このように、鉄鋼業や発電事業等の幅広い分野において石炭が多量に用いられており、各設備の安定操業や稼働率向上などの観点から、使用する石炭の成分組成や特性などの品質を管理することが重要となってきている。   In this way, a large amount of coal is used in a wide range of fields such as the steel industry and the power generation business, and the quality of the composition and characteristics of the coal used is controlled from the viewpoint of stable operation and improvement of operating rate of each facility. It has become important to do.

従来、鉄鋼業や発電事業等の用途では、石炭中の炭素や水素などの有機成分の管理はされていたものの、石炭中の無機成分についてはほとんど注目されていなかった。   Conventionally, in applications such as the steel industry and power generation business, organic components such as carbon and hydrogen in coal have been managed, but little attention has been paid to inorganic components in coal.

しかし、近年、例えば、コークス化における石炭中の無機成分の粘結性および膨張性発現への関与、さらには、高炉で使用する際のコークス反応粉化への関与、無機成分の除去による石炭の有機成分の有効利用促進などの点から、石炭中の無機鉱物の含有量のみならず、その化学形態を評価することの重要性が高まりつつある。   However, in recent years, for example, it has been involved in the cohesiveness and expansion of inorganic components in coal in coking, and further in the coke reaction pulverization when used in blast furnaces. From the standpoint of promoting the effective use of organic components, the importance of evaluating not only the content of inorganic minerals in coal but also its chemical form is increasing.

また、高炉の微粉炭吹き込み操業や自家発電やIPP等の発電事業での微粉炭利用技術において、微粉炭を吹き込み口まで気体搬送する過程で石炭中の無機成分が配管内に固着し、吹き込み量が低下するという問題も出てきている。   In addition, in the pulverized coal utilization technology in the blast furnace incineration operation of blast furnace and power generation business such as in-house power generation and IPP, inorganic components in the coal are fixed in the pipe in the process of gas conveyance to the injection port, There has also been a problem of lowering.

この原因は、微粉炭の石炭銘柄、粒度、水分などの他に、石炭中の無機鉱物種も原因となっていることを本発明者は確認しており、微粉炭利用技術において、設備の安定操業と稼働率向上のために、石炭中の無機成分の正確な評価が求められる。   The present inventor confirmed that this cause is caused by the coal brand, particle size, moisture, etc. of pulverized coal, as well as inorganic mineral species in the coal. Accurate evaluation of inorganic components in coal is required to improve operation and availability.

従来の石炭中の無機成分の化学形態を評価する手法として、石炭中のAl量やSi量を化学分析法や蛍光X線分析(以下、XRFと略称する)法を用いて測定し、Al量が全てカオリン鉱物に由来するものと見なし、Si量からカオリン鉱物の理想化学組成から算出したSi量を差し引いた残りを、石炭中に含有するカオリン鉱物以外のSi化合物(SiO2等)とする石炭中の無機物の化学形態推定方法が知られている。 As a conventional method for evaluating the chemical form of inorganic components in coal, the amount of Al in the coal and the amount of Si are measured using a chemical analysis method or a fluorescent X-ray analysis (hereinafter abbreviated as XRF) method. Are all derived from kaolin minerals, and the remainder obtained by subtracting the amount of Si calculated from the ideal chemical composition of the kaolin mineral from the amount of Si is used as the Si compound (SiO 2 etc.) other than the kaolin mineral contained in the coal. Methods for estimating the chemical form of inorganic substances are known.

しかしながら、実際の石炭中のAl量は全てカオリン鉱物として存在しているのではなく、カオリン鉱物以外に、アルミノケイ酸塩(粘土鉱物)や、Al23等の化合物として存在しており、石炭によってカオリン鉱物の定量結果に大きな誤差が生じる可能性がある。 However, the actual amount of Al in coal does not exist as kaolin minerals, but in addition to kaolin minerals, it exists as compounds such as aluminosilicates (clay minerals) and Al 2 O 3. May cause a large error in the quantitative results of kaolin minerals.

また、X線回折(以下、XRDと略称する)法を用いて、回折線の位置および強度から、石炭中の無機化合物の同定および定量を行う方法も知られている。   Also known is a method for identifying and quantifying inorganic compounds in coal from the position and intensity of diffraction lines using an X-ray diffraction (hereinafter abbreviated as XRD) method.

しかし、このXRD法では、無機化合物の結晶格子からの回折像を測定するという性質上、粘土鉱物などの結晶性の低い無機化合物に対しては回折線が極端に広幅化し、高い精度の形態評価は困難である。また、XRD法では特定元素のみの情報を抽出することができないため、カオリン鉱物の回折線が他の無機鉱物に由来する回折線と重なり合い、同定が困難になる場合も多い。   However, in this XRD method, diffraction lines are extremely widened for inorganic compounds with low crystallinity such as clay minerals due to the property of measuring diffraction images from the crystal lattice of inorganic compounds, and highly accurate morphological evaluation is possible. It is difficult. In addition, since the XRD method cannot extract information on only specific elements, the diffraction lines of kaolin minerals often overlap with diffraction lines derived from other inorganic minerals, making identification difficult.

一方、近年、核磁気共鳴(NMR)法を用いて石炭中の無機化合物を推定する方法が提案されている。   On the other hand, in recent years, a method for estimating an inorganic compound in coal using a nuclear magnetic resonance (NMR) method has been proposed.

Thompsonらは、27Al−MAS NMRスペクトルから得られる全アルミニウム量に対する4配位型アルミニウムの比率から、石炭中の無機鉱物の種類を推定している(例えば、非特許文献1、参照)。 Thompson et al. Estimated the type of inorganic mineral in coal from the ratio of tetracoordinated aluminum to the total amount of aluminum obtained from 27 Al-MAS NMR spectrum (see Non-Patent Document 1, for example).

この方法によれば、各産地から産出された数種の無機鉱物について、27Al−MAS NMRスペクトルを測定し、4配位型アルミニウムが存在しないものをカオリン鉱物、4配位型アルミニウムが0〜10%含有するものをモンモリロナイト、配位型アルミニウムが24〜29%含有するものをイライトあるいは雲母−モンモリロナイト混合層鉱物と特定する。 According to this method, 27 Al-MAS NMR spectra of several types of inorganic minerals produced from each production area were measured, and kaolin minerals in which tetracoordinated aluminum did not exist were converted to 0-coordinated aluminum. Those containing 10% are specified as montmorillonite, and those containing 24 to 29% of coordination type aluminum are specified as illite or mica-montmorillonite mixed layer mineral.

この27Al−MAS NMRスペクトルから同定した4配位型アルミニウムの割合から無機鉱物種を推定する方法は、単独で存在する無機鉱物の種類を特定することはできるが、石炭中には複数の種類の無機鉱物が存在することが多いため、この方法により石炭中の各無機鉱物の種類を推定することは不可能である。 Although the method of estimating the inorganic mineral species from the ratio of the four-coordinated aluminum identified from the 27 Al-MAS NMR spectrum can identify the type of inorganic mineral present alone, there are a plurality of types in the coal. It is impossible to estimate the type of each inorganic mineral in coal by this method.

しかしながら、複数の種類の無機鉱物が存在している場合は、4配位型アルミニウムの比率だけから推定した無機鉱物の種類の精度はかなり低くなってしまうという問題がある。   However, when there are a plurality of types of inorganic minerals, there is a problem that the accuracy of the types of inorganic minerals estimated from only the ratio of the four-coordinated aluminum is considerably lowered.

実際、長年に渡る複雑な続成作用や風化作用、熱水変質により石炭が形成されていることを鑑みると、石炭中の無機鉱物は様々な変質を受けており、単一の無機鉱物しか存在しないということは非常に考えにくく、この方法で石炭中の無機成分の正確な化学構造を捉えることは困難である。   In fact, in view of the many years of complex diagenesis, weathering, and hydrothermal alteration, coal has undergone various alterations, and only a single inorganic mineral exists. It is very difficult to think of it, and it is difficult to capture the exact chemical structure of inorganic components in coal by this method.

石炭の27Al−NMRスペクトルを測定し、4配位Alではなく、6配位Alピークの全Alピークの積算値に対する比率から、石炭中のカオリン類を定量する方法が提案されている(例えば、特許文献1、参照)。しかし、この方法は、石炭中に存在するカオリン類以外の複数種類の無機鉱物を無機鉱物の化学形態を特定することはできない。 A 27 Al-NMR spectrum of coal has been measured, and a method for quantifying kaolins in coal based on the ratio of the 6-coordinated Al peak to the integrated value of all Al peaks instead of 4-coordinated Al is proposed (for example, , Patent Document 1). However, this method cannot identify the chemical form of inorganic minerals of a plurality of types of inorganic minerals other than kaolins present in coal.

この方法によれば、予め各無機鉱物試料から特定したの石炭の27Al−NMRスペクトルにおけるピークの位置(化学シフト値)から石炭中の複数の無機鉱物の化学形態を特定することができ、上記方法と異なり、無機鉱物の種類やその数を問わずに適用できる。 According to this method, the chemical form of a plurality of inorganic minerals in coal can be identified from the peak position (chemical shift value) in the 27 Al-NMR spectrum of the coal previously identified from each inorganic mineral sample, Unlike the method, it can be applied regardless of the type and number of inorganic minerals.

しかしながら、これらのNMRスペクトルの測定には、一般的に長時間が必要であり、測定すべき炭種が今後増加した場合、その化学形態の評価を行うのに長期の期間を必要とすることが予想される。   However, measurement of these NMR spectra generally requires a long time. If the number of coal types to be measured increases in the future, it may take a long time to evaluate the chemical form. is expected.

さらに、固体NMRスペクトルの測定条件の設定は一般に煩雑であり、専門の測定および解析担当者を必要とすることから、各製鉄所等の現場において、NMR法による無機鉱物の化学形態の評価を積極的に行うことは容易ではないのが現実である。   Furthermore, since the setting of measurement conditions for solid NMR spectra is generally complicated and requires specialized measurement and analysis personnel, active evaluation of the chemical form of inorganic minerals by NMR methods at each steelworks site The reality is that it is not easy to do.

Energy & Fuels,15(2001)176Energy & Fuels, 15 (2001) 176 特開2004−317423号公報JP 2004-317423 A

しかしながら、上記評価方法はいくつかの問題点を有している。まず、AlおよびSiを化学分析法やXRF法で定量して評価する方法であるが、実際の製鉄現場においては、各無機成分の存在量がほとんど同じ炭種でも、石炭加熱過程の無機化合物からの脱水挙動や、微粉炭吹き込み時の高炉内での無機成分の挙動に違いが見られており、成分分析だけでは石炭中の無機成分の実体管理ができないという問題がある。   However, the evaluation method has several problems. First, Al and Si are quantified and evaluated by chemical analysis and XRF methods. However, in actual steelmaking sites, even if the coal abundance is almost the same, the inorganic components in the coal heating process are used. There is a difference in the dehydration behavior of the coal and the behavior of the inorganic components in the blast furnace when pulverized coal is blown, and there is a problem that the inorganic components in the coal cannot be managed by component analysis alone.

このような従来技術の現状に鑑み、本発明は、数種類の石炭に対して、AlおよびSiの存在量を測定し、NMR法による特定した石炭中の無機鉱物の化学形態との相関を示すマップを用いることによって、無機鉱物の化学形態が未知である石炭中のAlおよびSiの存在量のみから、前記石炭中の無機鉱物の化学形態を簡便に推定する方法を提供することを目的とする。   In view of the current state of the prior art, the present invention measures the abundance of Al and Si for several types of coal, and shows a correlation with the chemical form of inorganic minerals in the coal specified by the NMR method. It is an object of the present invention to provide a method for simply estimating the chemical form of an inorganic mineral in coal from only the abundance of Al and Si in the coal whose chemical form of the inorganic mineral is unknown.

即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。   That is, the gist of the present invention is as follows.

(1)予め各銘柄を代表する複数種の石炭について、該石炭中に存在する各無機鉱物の化学形態を27Al−NMRスペクトル測定法により特定するともに、該石炭中のAl量およびSi量を成分分析法により測定し、該石炭中のAl量およびSi量と無機鉱物の化学形態との関係を示す無機鉱物推定マップを作成した後、評価対象である石炭について、該石炭中のAl量およびSi量を成分分析法により測定し、該石炭中のAl量およびSi量から前記無機鉱物推定マップに基づいて、該石炭中に存在する無機鉱物の化学形態を推定することを特徴とする石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。 (1) For a plurality of types of coal representing each brand in advance, the chemical form of each inorganic mineral present in the coal is specified by 27 Al-NMR spectroscopy, and the amount of Al and Si in the coal is determined. After preparing an inorganic mineral estimation map measured by a component analysis method and showing the relationship between the amount of Al and Si in the coal and the chemical form of the inorganic mineral, for the coal to be evaluated, the amount of Al in the coal and The amount of Si is measured by component analysis, and the chemical form of the inorganic mineral present in the coal is estimated based on the inorganic mineral estimation map from the amount of Al and the amount of Si in the coal. Of estimating the chemical form of inorganic minerals.

(2)前記無機鉱物がAl主成分とする粘土鉱物および酸化物であることを特徴とする上記(1)に記載の石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。   (2) The method for estimating a chemical form of an inorganic mineral in coal as described in (1) above, wherein the inorganic mineral is a clay mineral and an oxide containing Al as a main component.

(3)石炭の27Al−NMRスペクトルを測定し、該測定スペクトルのピーク位置と、予め測定したカオリン鉱物、スメクタイト、雲母粘土鉱物またはAl2327Al−NMRスペクトルにおけるピーク位置との関係に基づいて、前記石炭中に存在する各無機鉱物の化学形態を特定することを特徴とする上記(1)または(2)に記載の石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。 (3) measuring the 27 Al-NMR spectrum of the coal, the relation between the peak position of the measured spectrum, premeasured kaolin minerals, smectites, and peak positions in 27 Al-NMR spectrum of mica clay minerals or Al 2 O 3 The method for estimating the chemical form of an inorganic mineral in coal according to (1) or (2) above, wherein the chemical form of each inorganic mineral present in the coal is specified based on the above.

(4)石炭中のAl量およびSi量を2次元グラフにプロットし、該グラフ上の各プロットに対応する石炭中に存在する無機鉱物の化学形態を分類し、該化学形態別にグループ化することによって、前記無機鉱物推定マップを作成することを特徴とする上記(1)〜(3)の何れかに記載の石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。   (4) Plot the amount of Al and Si in coal in a two-dimensional graph, classify the chemical forms of inorganic minerals present in the coal corresponding to each plot on the graph, and group them by chemical form The method for estimating a chemical form of an inorganic mineral in coal according to any one of the above (1) to (3), wherein the inorganic mineral estimation map is created by:

(5)前記27Al−NMRスペクトル測定法として、27Al−マジック角回転(MAS)法、または、27Al−多量子マジック角回転(MQMAS)法を用いることを特徴とする上記(1)〜(4)の何れかに記載の石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。 (5) The above 27 Al-NMR spectrum measurement method uses a 27 Al-magic angle rotation (MAS) method or a 27 Al-multi-quantum magic angle rotation (MQMAS) method. (4) The estimation method of the chemical form of the inorganic mineral in coal in any one of.

(6)前記成分分析法として、化学分析法、または、蛍光X線分析法を用いることを特徴とする上記(1)〜(5)の何れかに記載の石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。   (6) The chemical form of the inorganic mineral in coal according to any one of (1) to (5) above, wherein a chemical analysis method or a fluorescent X-ray analysis method is used as the component analysis method. Estimation method.

本発明によれば、石炭中の無機鉱物の化学形態を迅速かつ簡便に推定することが可能となり、電力業および製鉄業等、石炭を使用する産業における利用価値は極めて高いものである。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to estimate the chemical form of the inorganic mineral in coal quickly and simply, and its utility value in the industry using coal, such as electric power industry and steel industry, is very high.

本発明の実施形態について以下に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本発明は、従来の成分化学分析法、蛍光X線分析法、X線回折法などでは不可能であった石炭中の無機鉱物の化学形態を27Al−NMRスペクトル測定法により予め特定しておき、実際の評価対象である石炭中の無機鉱物の化学形態の推定は、簡便な測定方法でありかつ測定時間が短い成分分析法を用いて、石炭中のAl量およびSi量の測定結果を基に迅速かつ確実に行うことを技術思想とする。 In the present invention, chemical forms of inorganic minerals in coal, which were impossible by conventional component chemical analysis methods, X-ray fluorescence analysis methods, X-ray diffraction methods, etc., were previously identified by 27 Al-NMR spectrum measurement methods. The estimation of the chemical form of inorganic minerals in coal, which is the object of actual evaluation, is a simple measurement method and uses a component analysis method with a short measurement time, and is based on the measurement results of the amount of Al and Si in coal. The technical philosophy is to quickly and surely carry out.

つまり、本発明は、予め各銘柄を代表する複数の石炭について、これらの石炭中に存在する各無機鉱物の化学形態を27Al−NMRスペクトル測定法により特定するともに、これらの石炭中のAl量およびSi量を成分分析法により測定し、石炭中のAl量およびSi量と無機鉱物の化学形態との関係を示す無機鉱物推定マップを作成した後、評価対象である石炭について、該石炭中のAl量およびSi量を成分分析法により測定し、該石炭中のAl量およびSi量から前記無機鉱物推定マップに基づいて、該石炭中に存在する無機鉱物の化学形態を推定するものである。 That is, the present invention specifies the chemical form of each inorganic mineral present in a plurality of coals representing each brand in advance by 27 Al-NMR spectrum measurement, and the amount of Al in these coals. And Si content are measured by component analysis, and after preparing an inorganic mineral estimation map showing the relationship between the amount of Al and Si content in the coal and the chemical form of the inorganic mineral, the coal to be evaluated The amount of Al and the amount of Si are measured by a component analysis method, and the chemical form of the inorganic mineral present in the coal is estimated from the amount of Al and the amount of Si in the coal based on the inorganic mineral estimation map.

図1に、石炭中のAlとSiを主成分とする無機鉱物の代表例としてカオリン鉱物、スメクタイト、雲母粘土鉱物の化学形態を示す。   FIG. 1 shows chemical forms of kaolin mineral, smectite, and mica clay mineral as representative examples of inorganic minerals mainly composed of Al and Si in coal.

一般に、石炭中には、それぞれ化学構造の異なるAlとSiを主成分とする無機鉱物として、図1に示すようなカオリン鉱物(Al2Si25(OH)4)、スメクタイト(X(=Na,1/2Ca)0.33(Al1.67Mg0.33)Si410(OH)2・nH2O)、雲母粘土鉱物(K0.75(Al1.75R(=2価金属)0.25.)(Si3.50Al0.50)O10(OH)2・nH2O)等のアルミノケイ酸塩の粘土鉱物、さらに、アルミナ(Al23)、シリカ(SiO2)等が含有される。 Generally, in coal, kaolin minerals (Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ) and smectites (X (==) as shown in FIG. 1 are used as inorganic minerals mainly composed of Al and Si having different chemical structures. Na, 1 / 2Ca) 0.33 (Al 1.67 Mg 0.33 ) Si 4 O 10 (OH) 2 .nH 2 O), mica clay mineral (K 0.75 (Al 1.75 R (= divalent metal) 0.25. )) (Si 3.50 Al 0.50 ) clay minerals of aluminosilicate such as O 10 (OH) 2 .nH 2 O), alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ) and the like.

カオリン鉱物は、Al3+イオンを中心とした8面体(6配位型Al)構造およびSi4+イオンを中心とした4面体(6配位型Si)構造が1:1で層を形成した構造をとっている。 The kaolin mineral formed a layer with an octahedral (6-coordinated Al) structure centered on Al 3+ ions and a tetrahedral (6-coordinated Si) structure centered on Si 4+ ions in a 1: 1 ratio. It has a structure.

スメクタイトは、Si4+イオンを中心とした4面体(4配位型Si)構造がAl3+イオンを中心とした8面体(6配位型Al)構造を上下から挟み込んだような、2:1の層構造を形成しており、4配位型Si4+イオンの一部をAl3+イオンが置換した構造をとっていることから、4配位型Alも存在している。 Smectite is a tetrahedron (tetracoordinated Si) structure centered on Si 4+ ions that sandwiches an octahedral (6-coordinated Al) structure centered on Al 3+ ions from above and below. 1 layer structure is formed and Al 3+ ions are substituted for a part of tetracoordinate Si 4+ ions, so that tetracoordinate Al is also present.

雲母粘土鉱物も、スメクタイトと同様に、SiO4の4面体構造とAlO6の8面体構造構造が2:1で層を形成した構造をとっており、SiO4のSi4+イオンの一部がAl3+イオンで置き換わっている。4配位型Alの量はスメクタイトよりも多いのが特徴である。 Like the smectite, the mica clay mineral also has a structure in which a SiO 4 tetrahedral structure and an AlO 6 octahedral structure are formed in a 2: 1 layer, and a part of the Si 4+ ions of SiO 4 is formed. Al 3+ ions are replaced. The amount of tetracoordinate Al is characteristically larger than that of smectite.

アルミナ中のAlは6配位型構造をとっており、シリカは4配位型Siで、Q4(SiO4ユニット中の酸素が全て隣接するSiO4ユニットと共有されている)の構造をとっている。 Al in alumina takes the six-coordinate structure, the silica is in the 4 coordinated Si, taking the structure of Q 4 (oxygen in SiO 4 units are shared with all neighboring SiO 4 units) ing.

本発明では、石炭中に存在する各無機鉱物の化学形態を特定するための方法として、27Al−NMRスペクトル測定法を用いる。 In the present invention, a 27 Al-NMR spectrum measurement method is used as a method for specifying the chemical form of each inorganic mineral present in coal.

27Al−NMRスペクトル測定法によりアルミノケイ酸塩やアルミナ等、アルミニウムを含む化合物の化学形態を特定することができる。 27 The chemical form of a compound containing aluminum, such as aluminosilicate or alumina, can be specified by Al-NMR spectrum measurement.

27Al核は核スピンが2/5であり、核四極子相互作用を有することから、27Al−NMR測定においては、27Al−マジック角回転(Magic Angle Spinning、以下、MASと略称する)法に比べてより核四極子相互作用を平均化できる27Al−多量子マジック角回転(Multiple Quantum Magic Angle Spinning、以下、MQMASと略称する)法の方が、測定精度を向上させるために好ましい。 Since 27 Al nuclei have a nuclear spin of 2/5 and have nuclear quadrupole interaction, 27 Al-NMR measurement uses the 27 Al-magic angle spinning (hereinafter abbreviated as MAS) method. The 27 Al-Multiple Quantum Magic Angle Spinning (hereinafter abbreviated as MQMAS) method, which can average the nuclear quadrupole interaction, is preferable in order to improve measurement accuracy.

MQMASスペクトルは、MASスペクトルの線形を示すF2軸と、核四極子相互作用が平均化された線形を示すF1軸の両軸から成る2次元スペクトルとして表され、F2軸上での見かけの化学シフト値(以後、MASシフト値と表記する)が同じ化合物でも、四極子結合定数(核四極子相互作用の大きさを表すパラメータ)が異なれば、F1軸上のシフト値(以後、Isotropicシフト値と表記する)が異なってくるので、2次元スペクトル上でこれらの化合物を区別することが可能となる。   The MQMAS spectrum is expressed as a two-dimensional spectrum composed of both the F2 axis indicating the linearity of the MAS spectrum and the F1 axis indicating the linearity in which the nuclear quadrupole interaction is averaged, and the apparent chemical shift on the F2 axis. Even for compounds having the same value (hereinafter referred to as MAS shift value), if the quadrupole coupling constant (parameter indicating the magnitude of the nuclear quadrupole interaction) is different, the shift value on the F1 axis (hereinafter referred to as Isotropic shift value) (Notation) are different, so that these compounds can be distinguished on the two-dimensional spectrum.

27Al−NMRスペクトルの他に、29Si−NMRスペクトルを用いて、石炭中の無機鉱物の化学形態を同定することも、原理的には可能である。 In principle, it is also possible to identify the chemical form of inorganic minerals in coal using the 29 Si-NMR spectrum in addition to the 27 Al-NMR spectrum.

しかし、29Si−NMRスペクトル測定では、一般的に化学シフトの異方性が強いため、線幅が広幅化しやすく、測定対象となる石炭中に化学構造が類似した複数種の無機鉱物が存在すると、それらの分離が困難となる場合がある。 However, in 29 Si-NMR spectrum measurement, since the chemical shift anisotropy is generally strong, the line width is likely to be widened, and if there are multiple types of inorganic minerals with similar chemical structures in the coal to be measured. , Separating them may be difficult.

また、29Si−NMRスペクトル測定では、29Si核のスピン−格子緩和時間(以下、T1と略称する)が一般に長く、そのため長時間の測定時間を要する。 In 29 Si-NMR spectrum measurement, the spin-lattice relaxation time (hereinafter abbreviated as T1) of 29 Si nuclei is generally long, and therefore a long measurement time is required.

これらの理由から、本発明では、測定精度および測定時間などの実用面から27Al−NMRスペクトル測定を用いることが好ましい。 For these reasons, in the present invention, it is preferable to use 27 Al-NMR spectrum measurement from the practical aspects such as measurement accuracy and measurement time.

本発明では、予め各銘柄を代表する複数の石炭中に存在する各無機鉱物の化学形態を、上記27Al−NMRスペクトル測定法を用いて以下のように特定する。 In the present invention, the chemical form of each inorganic mineral present in a plurality of coals representing each brand in advance is specified as follows using the 27 Al-NMR spectrum measurement method.

まず、測定対象となる石炭の27Al−NMRスペクトルを測定する前に、予め上記カオリン鉱物、スメクタイト、雲母粘土鉱物、アルミナ(Al23)などのAlとSiを主成分とする無機鉱物の標準試料を用いて、各無機鉱物の27Al−NMRスペクトルを測定し、各無機鉱物のピーク位置を特定しておく。 First, before measuring the 27 Al-NMR spectrum of the coal to be measured, an inorganic mineral mainly composed of Al and Si such as the kaolin mineral, smectite, mica clay mineral, alumina (Al 2 O 3 ) A 27 Al-NMR spectrum of each inorganic mineral is measured using a standard sample, and a peak position of each inorganic mineral is specified.

図2は、27Al−多量子マジック角回転(MQMAS)法を用いて各無機鉱物(カオリン鉱物、スメクタイト、雲母粘土鉱物またはアルミナ)の標準試料の27Al−NMRスペクトルを測定した結果の一例を示す。 FIG. 2 shows an example of the result of measuring the 27 Al-NMR spectrum of a standard sample of each inorganic mineral (kaolin mineral, smectite, mica clay mineral or alumina) using the 27 Al-multi-quantum magic angle rotation (MQMAS) method. Show.

なお、図2は、各無機鉱物の標準試料について、それぞれ、27Al−NMR2次元スペクトルを測定した結果を便宜上1つにまとめたものである。 FIG. 2 summarizes the result of measuring the 27 Al-NMR two-dimensional spectrum for each inorganic mineral standard sample for convenience.

例えば、図2の2次元スペクトルから、スメクタイトの6配位型Alに相当するピークは、F2=3.4ppm,F1=7.6ppm、雲母粘土鉱物の6配位型Alに相当するピークは、F2=4.2ppm,F1=9.0ppm、カオリン鉱物の6配位型Alに相当するピークは、F2=5.7ppm,F1=9.3ppm、アルミナの6配位型Alに相当するピークは、F2=12.5ppm,F1=15.7ppm、とそれぞれ特定される。   For example, from the two-dimensional spectrum of FIG. 2, the peaks corresponding to smectite 6-coordinated Al are F2 = 3.4 ppm, F1 = 7.6 ppm, and the peaks corresponding to 6-coordinated Al of mica clay mineral are F2 = 4.2 ppm, F1 = 9.0 ppm, peaks corresponding to kaolin mineral 6-coordinated Al are F2 = 5.7 ppm, F1 = 9.3 ppm, peaks corresponding to 6-coordinated Al of alumina are F2 = 12.5 ppm and F1 = 15.7 ppm, respectively.

また、図2の2次元スペクトルには、各無機鉱物の6配位型Alに相当するピークの他に、スメクタイトおよび雲母粘土鉱物には4配位型Alに相当するピークも存在するが、これらのピークは重なって判別がし難いため、後述する石炭中の各無機鉱物の特定および定量には、標準無機鉱物のピークとして各無機鉱物のピークが判別しやすい6配位型Alに相当するピークを用いるのが好ましい。   In the two-dimensional spectrum of FIG. 2, there are peaks corresponding to tetracoordinate Al in smectite and mica clay minerals in addition to peaks corresponding to hexacoordinate Al in each inorganic mineral. The peaks of these minerals are difficult to discriminate, so the peaks corresponding to 6-coordinated Al, which are easy to distinguish the peak of each inorganic mineral as the standard inorganic mineral peak, are used for identification and quantification of each inorganic mineral in coal described later. Is preferably used.

なお、ppmは“part per million”の略称であり、各ピークに対して、(ピークの観測周波数/共鳴周波数×106)×106で定義され、NMRスペクトル測定に用いる装置の静磁場強度の大きさに依存しない無次元の単位である。 In addition, ppm is an abbreviation for “part per million”, and is defined as (peak observation frequency / resonance frequency × 10 6 ) × 10 6 for each peak, and represents the static magnetic field strength of the apparatus used for NMR spectrum measurement. It is a dimensionless unit that does not depend on size.

本発明では、上記のように予め測定した各無機鉱物の標準試料の27Al−NMRスペクトルにおける各無機鉱物のピークトップ位置と、測定対象である石炭の27Al−NMRスペクトルにおけるピーク位置とを照合することで、以下のように当該石炭中に存在する無機鉱物の化学形態を特定することができる。 In the present invention, the peak top position of each inorganic mineral in the 27 Al-NMR spectrum of each inorganic mineral standard sample measured in advance as described above is compared with the peak position in the 27 Al-NMR spectrum of the coal to be measured. By doing so, the chemical form of the inorganic mineral which exists in the said coal can be specified as follows.

図3は、27Al−多量子マジック角回転(MQMAS)法を用いて表1に示す測定対象である石炭Hの石炭の27Al−NMRスペクトルを測定した結果(2次元スペクトル)の一例を示す。 FIG. 3 shows an example of the result (two-dimensional spectrum) of the 27 Al-NMR spectrum of the coal of coal H, which is the measurement target shown in Table 1, using the 27 Al-multi-quantum magic angle rotation (MQMAS) method. .

図3から、測定対象である石炭Hの27Al−NMR2次元スペクトルには、F1=15.7ppm,F2=12.1ppmの位置およびF1=8.5ppm,F2=3.9ppmの位置にピークトップを示すピークが存在している。 From FIG. 3, the 27 Al-NMR two-dimensional spectrum of coal H, which is the object of measurement, has peak tops at the positions of F1 = 15.7 ppm, F2 = 12.1 ppm, and F1 = 8.5 ppm, F2 = 3.9 ppm. There is a peak showing.

これら2つのピークトップ位置は、上記図2に示される各無機鉱物の標準試料のピーク位置と照合すると、前者がアルミナに相当し、後者はスメクタイトと雲母粘土鉱物のピークの間にピークトップを示していることから、スメクタイトと雲母粘土鉱物の両方あるいは両者の混合層鉱物が存在していると特定できる。   When these two peak top positions are compared with the peak positions of the standard samples of each inorganic mineral shown in FIG. 2 above, the former corresponds to alumina, and the latter shows the peak top between the smectite and mica clay mineral peaks. Therefore, it can be specified that both a smectite and a mica clay mineral or a mixed layer mineral of both exist.

本発明では、予め各銘柄を代表する複数の石炭を選定し、これらについて、上記の要領でNMRスペクトル測定を行うことにより、当該石炭中に存在する各無機鉱物の化学形態を特定するともに、石炭の成分分析により、当該石炭中のAl量およびSi量を測定し、Al量およびSi量と無機鉱物の化学形態別グループの関係を示す無機鉱物推定マップを作成する。   In the present invention, a plurality of coals representing each brand are selected in advance, and for these, by performing NMR spectrum measurement as described above, the chemical form of each inorganic mineral present in the coal is specified, In this component analysis, the amount of Al and Si in the coal is measured, and an inorganic mineral estimation map showing the relationship between the group of Al and Si and the chemical form of the inorganic mineral is created.

本発明において、石炭の成分分析法は特に制限する必要はないが、一般に、ICP法等を用いた化学分析および蛍光X線分析(XRF)法が用いられる。なお、化学分析法は、石炭中のAlおよびSiを精度良く定量することが可能であるが、石炭試料を溶解する等の煩雑な手順を要する。   In the present invention, the component analysis method for coal does not need to be particularly limited, but in general, chemical analysis using an ICP method or the like and fluorescent X-ray analysis (XRF) method are used. In addition, although the chemical analysis method can accurately quantify Al and Si in coal, it requires complicated procedures such as dissolving a coal sample.

一方、XRF法は、各元素に由来する特性X線のピーク強度から定量する手法であり、特別の前処理を必要とせず、ペレット化した固体試料を直接測定に用いることができる。さらに、同時に多元素の自動分析が可能であることから、化学分析と比較して短時間で定量が可能である。   On the other hand, the XRF method is a method of quantifying from the peak intensity of characteristic X-rays derived from each element, and does not require special pretreatment, and a pelletized solid sample can be directly used for measurement. Furthermore, since multi-element automatic analysis is possible at the same time, quantitative analysis is possible in a shorter time than chemical analysis.

これらの得失を考慮して、化学分析法またはXRF法のいずれかを選択し、石炭の成分分析法を行うことが好ましい。   In consideration of these advantages and disadvantages, it is preferable to select either the chemical analysis method or the XRF method and perform the component analysis method of coal.

表1に、無機鉱物評価マップの作成のために用いた15種類の石炭(A〜O)について、蛍光X線分析(XRF)法によって測定したAlおよびSiの質量%を示す。   Table 1 shows the mass% of Al and Si measured by a fluorescent X-ray analysis (XRF) method for 15 types of coal (A to O) used for preparing the inorganic mineral evaluation map.

Figure 0004593369
Figure 0004593369

本発明では、表1に示した15種類の石炭(A〜O)について、上記27Al−NMRスペクトル測定を行い、上述した要領で、当該石炭中に存在している無機鉱物の化学形態を特定し、15種類の石炭中のAl量およびSi量と、当該石炭中の無機鉱物の化学形態の関係から無機鉱物評価マップを作成する。 In the present invention, the 27 Al-NMR spectrum measurement is performed on the 15 types of coal (A to O) shown in Table 1, and the chemical form of the inorganic mineral present in the coal is specified as described above. Then, an inorganic mineral evaluation map is created from the relationship between the amounts of Al and Si in the 15 types of coal and the chemical form of the inorganic mineral in the coal.

図7は、表1に示した15種類の石炭(A〜O)について、上記27Al−NMRスペクトル測定および成分分析の測定結果を基に、石炭中のAl量およびSi量を両軸とした2次元グラフを作成し、それぞれのプロットに対応する石炭中に存在する無機鉱物の化学形態を分類し、グループ化することによって、石炭中のAl量およびSi量と当該石炭中の無機鉱物の化学形態別グループとの関係を示した無機鉱物推定マップの一例である。 FIG. 7 shows the 15 types of coal (A to O) shown in Table 1, based on the measurement results of the 27 Al-NMR spectrum and the component analysis, with the amounts of Al and Si in the coal as both axes. By creating a two-dimensional graph, classifying and grouping the chemical forms of inorganic minerals present in the coal corresponding to each plot, the amount of Al and Si in the coal and the inorganic mineral chemistry in the coal It is an example of the inorganic mineral estimation map which showed the relationship with the group according to form.

無機鉱物推定マップを作成するために用いられる石炭の個数および石炭銘柄の種類は、測定対象となる石炭銘柄を代表する石炭から適宜選定することができ、特に限定されるものではない。   The number of coals used for creating the inorganic mineral estimation map and the type of coal brand can be appropriately selected from coals representing the coal brand to be measured, and are not particularly limited.

本発明者の検討によれば、石炭中に存在している無機成分の化学形態は、石炭中のAlおよびSiの存在量に応じて、大きく5つのグループに分類されることを確認しているため、少なくともこれらの各グループで1種類以上、合計5種類以上、さらに好ましくは、各グループ2種類以上、合計10種類以上を選定することが好ましい。   According to the study of the present inventors, it has been confirmed that the chemical forms of inorganic components present in coal are roughly classified into five groups depending on the amount of Al and Si present in the coal. Therefore, it is preferable to select at least one kind in each of these groups and a total of five kinds or more, more preferably two or more kinds in each group and a total of ten kinds or more.

これにより、無機鉱物推定マップを基に、成分分析により測定した石炭中のAlおよびSi量のみから石炭中の無機鉱物の化学形態を特定するための精度が向上する。   Thereby, the precision for specifying the chemical form of the inorganic mineral in coal from only the amount of Al and Si in coal measured by component analysis based on an inorganic mineral estimation map improves.

本発明では、予め各銘柄を代表する複数の石炭を選定し、これらについて、上記の要領でNMRスペクトル測定を行うことにより、当該石炭中に存在する各無機鉱物の化学形態を特定するともに、石炭の成分分析により当該石炭中のAl量およびSi量を測定し、例えば、図7に示すような、Al量およびSi量と無機鉱物の化学形態別グループの関係を示す無機鉱物推定マップを作成する。   In the present invention, a plurality of coals representing each brand are selected in advance, and for these, by performing NMR spectrum measurement as described above, the chemical form of each inorganic mineral present in the coal is specified, The amount of Al and Si in the coal is measured by component analysis of, and for example, an inorganic mineral estimation map showing the relationship between the amount of Al and Si and the group of inorganic minerals as shown in FIG. 7 is created. .

そして、石炭中の無機物の化学形態が未知であるような測定・評価すべき石炭について、化学分析法または蛍光X線分析(XRF)法などを用いた成分分析により石炭中のAl量およびSi量を測定し、これらの測定値から、上記無機鉱物推定マップを基に当該石炭中に存在する無機鉱物の化学形態を迅速かつ確実に推定することが可能となる。   And about the coal which should be measured and evaluated that the chemical form of the inorganic substance in the coal is unknown, the amount of Al and the amount of Si in the coal by chemical analysis or component analysis using a fluorescent X-ray analysis (XRF) method, etc. From these measured values, it becomes possible to quickly and reliably estimate the chemical form of the inorganic mineral present in the coal based on the inorganic mineral estimation map.

本発明によれば、予め無機鉱物推定マップを作成し、該マップを基に、NMR法のような専門的技術を必要としない簡便な成分分析のみより測定された石炭中のAl量およびSi量のみから、測定対象とする石炭中の無機鉱物の化学形態を迅速かつ確実に推定することが可能となる。   According to the present invention, an inorganic mineral estimation map is prepared in advance, and based on the map, the amount of Al and the amount of Si in coal measured only by simple component analysis that does not require specialized techniques such as NMR method. Therefore, it is possible to quickly and reliably estimate the chemical form of the inorganic mineral in the coal to be measured.

以下に本発明を実施例を用いて説明するが、本発明の目的および技術思想を逸脱しない限り、本発明の実施形態は以下の条件のみに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. However, embodiments of the present invention are not limited to the following conditions without departing from the object and technical idea of the present invention.

(実施例1)
銘柄の異なる15種類(A〜O)の石炭を直径4mmのNMR固体用試料管に均一になるように各々充填した後、700MHz固体専用NMR装置(測定磁場強度16.4T)にセットし、外部磁場に対してマジック角(54.7°)で18kHzの高速で回転させた。
Example 1
After 15 types (A to O) of different brands of coal were packed uniformly into a 4 mm diameter NMR solid sample tube, they were set in a 700 MHz solid dedicated NMR device (measured magnetic field strength of 16.4 T), and external It was rotated at a high speed of 18 kHz at a magic angle (54.7 °) with respect to the magnetic field.

このときの27Al共鳴周波数は182.4MHzであった。27Al−NMRの化学シフト基準として、1mol/l AlCl3水溶液を−0.1ppmとした。 The 27 Al resonance frequency at this time was 182.4 MHz. 27 As a chemical shift standard for Al-NMR, 1 mol / l AlCl 3 aqueous solution was set to -0.1 ppm.

上記条件下で、石炭A〜Oについてそれぞれ27Al−MQMASスペクトル(27Al−多量子マジック角回転(MQMAS)法によるNMRスペクトル)を測定した。一例として、石炭A,H,J,Nの27Al−MQMASスペクトルを、それぞれ、図4、3、5、6に示す。 Under the above-mentioned conditions, 27 Al-MQMAS spectra (NMR spectra by 27 Al-multi-quantum magic angle rotation (MQMAS) method) were measured for coals A to O, respectively. As an example, 27 Al-MQMAS spectra of coals A, H, J, and N are shown in FIGS.

本発明法を用いて測定した石炭A〜Oの27Al−MQMASスペクトルにおける各ピーク位置と、予め各無機鉱物の標準試料を用いて測定したカオリン鉱物、スメクタイト、雲母粘土鉱物またはアルミナ(Al23)の27Al−MQMASスペクトル(図2、参照)における各無機鉱物のピークトップ位置とを照合することにより、石炭A〜O中に存在する各無機鉱物の化学形態を特定した。 Each peak position in 27 Al-MQMAS spectrum of coals A to O measured using the method of the present invention, and kaolin mineral, smectite, mica clay mineral or alumina (Al 2 O measured beforehand using a standard sample of each inorganic mineral) The chemical form of each inorganic mineral present in coals A to O was identified by comparing the peak top position of each inorganic mineral in the 27 Al-MQMAS spectrum of 3 ) (see FIG. 2).

次に、蛍光X線分析(XRF)法によって石炭A〜O中のAl量およびSi量(質量%)を測定した。その結果を表1に示す。   Next, the amount of Al and the amount of Si (% by mass) in the coals A to O were measured by a fluorescent X-ray analysis (XRF) method. The results are shown in Table 1.

石炭A〜Oの上記27Al−NMRスペクトル測定およびXRF法による成分分析の測定結果を基に、横軸に石炭中のAl量(質量%)、縦軸にSi量(質量%)をそれぞれとって、2次元グラフを作成し、それぞれのプロットに対応する石炭中に存在する無機鉱物の化学形態を分類し、グループ化することによって、石炭中のAl量およびSi量と当該石炭中の無機鉱物の化学形態別グループとの関係を示した図7に示すような無機鉱物推定マップを作成した。 Based on the measurement results of the above 27 Al-NMR spectrum of coal A to O and component analysis by XRF method, the horizontal axis represents the amount of Al in the coal (% by mass) and the vertical axis represents the amount of Si (% by mass). By creating a two-dimensional graph, classifying and grouping the chemical forms of inorganic minerals present in the coal corresponding to each plot, the amount of Al and Si in the coal and the inorganic mineral in the coal An inorganic mineral estimation map as shown in FIG. 7 showing the relationship with each chemical form group was prepared.

図7に示す無機鉱物推定マップから、石炭A〜O中のAl量およびSi量から、当該石炭中の無機鉱物の化学形態を大きく5種類にグループ分けできることが明らかとなった。   From the inorganic mineral estimation map shown in FIG. 7, it became clear that the chemical form of the inorganic mineral in the coal can be roughly classified into five types from the Al amount and the Si amount in the coals A to O.

なお、図7中に示された無機鉱物の化学形態の分類で、括弧内で示された無機鉱物種はその存在量比が少ないことを意味する。   In addition, in the classification | category of the chemical form of the inorganic mineral shown in FIG. 7, the inorganic mineral species shown in the parenthesis means that the abundance ratio is small.

図7に示す石炭中の無機鉱物推定マップを用い、測定対象の新規石炭種のAl量およびSi量を成分分析により測定し、その測定値から無機鉱物推定マップを基に、当該石炭中に存在する無機鉱物の化学形態を簡便に、かつ精度良く推定することが可能となる。   Using the mineral mineral estimation map shown in Fig. 7 and measuring the amount of Al and Si of the new coal species to be measured by component analysis, based on the inorganic mineral estimation map from the measured values, present in the coal It is possible to easily and accurately estimate the chemical form of the inorganic mineral.

続いて、4種類の新規石炭(P,Q,R,S)について、XRF法の成分分析により、石炭中のAl量およびSi量(質量%)を測定し、図7に示す石炭中の無機鉱物推定マップを用いて、新規石炭(P,Q,R,S)中に存在する無機鉱物の化学形態の推定を行った。   Then, about four types of new coal (P, Q, R, S), the amount of Al in coal and Si amount (mass%) were measured by the component analysis of XRF method, and the inorganic in coal shown in FIG. Using the mineral estimation map, the chemical form of the inorganic mineral present in the new coal (P, Q, R, S) was estimated.

表2に、新規石炭(P,Q,R,S)の成分化学分析によって測定したAlおよびSiの質量%の値を示す。   Table 2 shows the mass% values of Al and Si measured by component chemical analysis of the new coal (P, Q, R, S).

Figure 0004593369
Figure 0004593369

図7に示す石炭中の無機鉱物推定マップ中に示した石炭P,Q,R,SのAl量およびSi量の測定値から、石炭P,Q,R,Sの石炭中には、それぞれ、カオリン鉱物グループ、スメクタイト+雲母粘土鉱物+アルミナグループ、スメクタイト+(カオリン鉱物)グループ、カオリン鉱物+5配位Alグループの化学形態に属する無機鉱物が存在することがわかった。   From the measured values of Al amount and Si amount of coal P, Q, R, and S shown in the inorganic mineral estimation map in coal shown in FIG. It was found that there are inorganic minerals belonging to the chemical forms of kaolin mineral group, smectite + mica clay mineral + alumina group, smectite + (kaolin mineral) group, kaolin mineral + 5-coordinated Al group.

次に、石炭P,Q,R,Sについて、27Al−MQMASスペクトル測定を用いて各石炭中に存在する無機鉱物の化学形態を確認したところ、それぞれ、図8,9,10,11に示すように、これらのMQMASスペクトル測定による特定された各石炭中に含まれる無機鉱物の化学形態は、図7に示す石炭中の無機鉱物推定マップを基に、成分分析による石炭P,Q,R,SのAl量およびSi量の測定値から推定した無機鉱物の化学形態と一致し、本発明による推定評価の有効性が実証された。 Next, regarding the coals P, Q, R, and S, the chemical forms of the inorganic minerals present in each coal were confirmed using 27 Al-MQMAS spectrum measurement, and the results are shown in FIGS. Thus, the chemical form of the inorganic mineral contained in each coal specified by the MQMAS spectrum measurement is based on the inorganic mineral estimation map in the coal shown in FIG. In agreement with the chemical form of the inorganic mineral estimated from the measured values of the Al content and the Si content of S, the effectiveness of the estimation evaluation according to the present invention was demonstrated.

また、石炭P,Q,R,Sの27Al−MQMASスペクトル測定に要する時間は、石炭1種当たりの平均で約25時間であったが、XRF法の成分分析による石炭中のAlおよびSiの定量分析時間は、1時間程度しか必要としなかった。 The average time required for measuring 27 Al-MQMAS spectra of coal P, Q, R, and S was about 25 hours per one type of coal, but Al and Si in the coal were analyzed by XRF component analysis. The quantitative analysis time required only about 1 hour.

これらの測定時間の比較から、本発明は、従来のNMRによる石炭中の無機物化学形態の推定方法と比較して、飛躍的に短い時間で石炭中の無機鉱物の化学形態を確実に推定することができることが証明された。   From the comparison of these measurement times, the present invention reliably estimates the chemical form of inorganic minerals in coal in a significantly shorter time than conventional methods for estimating inorganic chemical forms in coal by NMR. Proved to be possible.

層状アルミノケイ酸塩の粘土鉱物の結晶構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the crystal structure of the clay mineral of a layered aluminosilicate. 各無機鉱物標準試料の27Al−MQMASスペクトルのピーク位置の分類図である。It is a classification diagram of the peak position of the 27 Al-MQMAS spectrum of each inorganic mineral standard sample. 石炭Hの27Al−MQMASスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the 27 Al-MQMAS spectrum of coal H. 石炭Aの27Al−MQMASスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the 27 Al-MQMAS spectrum of coal A. 石炭Jの27Al−MQMASスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the 27 Al-MQMAS spectrum of coal J. 石炭Nの27Al−MQMASスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the 27 Al-MQMAS spectrum of coal N. 石炭中のAlおよびSiの存在量と石炭中の無機鉱物の化学形態との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with the abundance of Al and Si in coal, and the chemical form of the inorganic mineral in coal. 石炭Pの27Al−MQMASスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the 27 Al-MQMAS spectrum of coal P. 石炭Qの27Al−MQMASスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the 27 Al-MQMAS spectrum of coal Q. 石炭Rの27Al−MQMASスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the 27 Al-MQMAS spectrum of coal R. 石炭Sの27Al−MQMASスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the 27 Al-MQMAS spectrum of coal S.

Claims (6)

予め各銘柄を代表する複数種の石炭について、該石炭中に存在する各無機鉱物の化学形態を27Al−NMRスペクトル測定法により特定するともに、該石炭中のAl量およびSi量を成分分析法により測定し、該石炭中のAl量およびSi量と無機鉱物の化学形態との関係を示す無機鉱物推定マップを作成した後、評価対象である石炭について、該石炭中のAl量およびSi量を成分分析法により測定し、該石炭中のAl量およびSi量から前記無機鉱物推定マップに基づいて、該石炭中に存在する無機鉱物の化学形態を推定することを特徴とする石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。 For a plurality of types of coal representing each brand in advance, the chemical form of each inorganic mineral present in the coal is specified by 27 Al-NMR spectrum measurement, and the amount of Al and Si in the coal is determined by component analysis. After preparing an inorganic mineral estimation map showing the relationship between the amount of Al and Si in the coal and the chemical form of the inorganic mineral, for the coal to be evaluated, the amount of Al and Si in the coal An inorganic mineral in coal characterized by measuring by component analysis and estimating a chemical form of the inorganic mineral present in the coal based on the inorganic mineral estimation map from the amount of Al and Si in the coal Of estimating the chemical form. 前記無機鉱物がAl主成分とする粘土鉱物および酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。   The said inorganic mineral is the clay mineral and oxide which have Al as a main component, The estimation method of the chemical form of the inorganic mineral in coal of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 石炭の27Al−NMRスペクトルを測定し、該測定スペクトルのピーク位置と、予め測定したカオリン鉱物、スメクタイト、雲母粘土鉱物またはAl2327Al−NMRスペクトルにおけるピーク位置との関係に基づいて、前記石炭中に存在する各無機鉱物の化学形態を特定することを特徴とする請求項1または2に記載の石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。 Measured 27 Al-NMR spectrum of coal, based on the relationship between the peak position of the measured spectrum, premeasured kaolin minerals, smectites, and peak positions in 27 Al-NMR spectrum of mica clay minerals or Al 2 O 3 The method for estimating the chemical form of an inorganic mineral in coal according to claim 1 or 2, wherein the chemical form of each inorganic mineral present in the coal is specified. 石炭中のAl量およびSi量を2次元グラフにプロットし、該グラフ上の各プロットに対応する石炭中に存在する無機鉱物の化学形態を分類し、該化学形態別にグループ化することによって、前記無機鉱物推定マップを作成することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。   By plotting the amount of Al and Si in the coal in a two-dimensional graph, classifying the chemical forms of inorganic minerals present in the coal corresponding to each plot on the graph, and grouping them by the chemical form, An inorganic mineral estimation map is created, The estimation method of the chemical form of the inorganic mineral in coal of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記27Al−NMRスペクトル測定法として、27Al−マジック角回転(MAS)法、または、27Al−多量子マジック角回転(MQMAS)法を用いることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。 The 27 Al-NMR spectrum measurement method uses a 27 Al-magic angle rotation (MAS) method or a 27 Al-multi-quantum magic angle rotation (MQMAS) method. The estimation method of the chemical form of the inorganic mineral in coal of Claim 1. 前記成分分析法として、化学分析法、または、蛍光X線分析法を用いることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の石炭中の無機鉱物の化学形態の推定方法。   The method for estimating the chemical form of an inorganic mineral in coal according to any one of claims 1 to 5, wherein a chemical analysis method or a fluorescent X-ray analysis method is used as the component analysis method.
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JP4181059B2 (en) * 2004-01-21 2008-11-12 新日本製鐵株式会社 Method for evaluating the transportability of pulverized coal

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