Internal structure of vitrinite and sporinite in the view of micro-FTIR spectroscopy using the example of coal from the seam 405 of the Upper-Silesian Coal Basin (USCB)

• Autorzy: Komorek J.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2016-0050

Warianty tytułu

PL

Struktura wewnętrzna witrynitu i sporynitu w świetle badań mikro-FTIR na przykładzie węgla z pokładu 405 z Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to compare the internal structure of vitrinite and sporinite obtained from coal from the seam 405. The examinations were performed with the use of infrared spectroscopy in the micro-area (micro-FTIR). Studies have shown that vitrinite is characterized by lower content of aliphatic components and greater content of aromatic components than sporinite. Sporinite is characterized by longer and less branched aliphatic chains than vitrinite. It was found that vitrinite internal structure is characterized by a greater relative content of aromatic than aliphatic components. The degree of condensation of aromatic rings in structure of vitrinite increases, when the coal rank rises. Studies have shown that the transformation of the vitrinite internal structure towards a structure characterized by a greater degree condensation of aromatic components proceeds at the cost of restructuring the aliphatic groups and is related to the restructuring of the aromatic systems. The structure of sporinite is characterized by a greater participation of aliphatic bonds as compared to aromatic bonds. The relative content of the aliphatic components decreases together with increase of aromatic hydrogen functional group CHar content in the internal structure of sporinite when the coal rank rises. The aliphatic bonds in the sporinite are subject to restructuring. The aliphatic chains are getting increasingly shorter.

PL

Celem przeprowadzonych badań było porównanie struktury wewnętrznej witrynitu i sporynitu z węgla z pokładu 405 z GZW. Badania przeprowadzono metodą analizy spektralnej w podczerwieni w mikroobszarze (mikro-FTIR). Badania wykazały, że witrynit charakteryzuje się mniejszym udziałem składników alifatycznych i większym udziałem składników aromatycznych niż sporynit. Sporynit charakteryzuje dłuższymi słabiej rozgałęzionymi łańcuchami alifatycznymi niż witrynit. Stwierdzono, że struktura witrynitu charakteryzujesię większym względnym udziałem składników aromatycznych niż alifatycznych. Wraz ze wzrostem stopnia uwęglenia rośnie stopień kondensacji pierścieni aromatycznych w witrynicie. Badania wykazały, że przemiany struktury witrynitu w kierunku struktury charakteryzującej się większym stopniem kondensacji składników aromatycznych odbywają się kosztem przebudowy składników alifatycznych oraz związane są też z przebudową układów aromatycznych. Struktura sporynitu z charakteryzuje się większym udziałem wiązań alifatycznych niż aromatycznych. Wraz ze wzrostem stopnia uwęglenia w strukturze wewnętrznej sporynitu maleje udział wiązań alifatycznych przy jednoczesnym wzroście zawartości wiązań aromatycznych CHar. Wiązania alifatyczne w sporynicie ulegają przebudowie. Łańcuchy wiązań alifatycznych stają się coraz krótsze.

Słowa kluczowe

EN

vitrinite; sporinite; internal structure of vitrinite and sporinite; micro-FTIR

PL

witrynit; sporynit; struktura wewnętrzna; mikro-FTIR

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 61, no. 4
• Strony: 729--748
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Komorek J.

• Instytut Geologii Stosowanej, Politechnika Śląska, 44-100 Gliwice, Ul. Akademicka 2, Poland

Bibliografia

• [1] Adamczyk Z., Komorek J., Lewandowska M., 2014. Specific form of coal macerals from Orzesze and Ruda beds of coal mine „Pniówek” Upper Silesian Coal Basin – Poland) as a result of thermal metamorphism. Archives of Mining Science, Vol. 59, No 1.
• [2] Amijaya H., Littke R., 2006. Properties of thermally metamorphosed coal from Tajung Enim area South Sumatra Basin, Indonesia with special reference to the coalification path of macerals. Int. Journal of Coal Geology, 66, 271-295.
• [3] Chen Y., Mastalerz M., Schimmelmann A., 2012. Characterization of chemical functional groups in macerals across different coal ranks via micro-FTIR spectroscopy. Int. Journal of Coal Geology, 104, 22-33.
• [4] Chen Y., Caro L., D., Mastalerz M., Schimelmann A., Blandon A., 2013. Mapping the chemistry of resinite, funginite and associated vitrinite in coal with micro-FTIR. Journal of Microscopy, 249, 69-81.
• [5] Gabzdyl W., 1987. Petrografia węgla. Wyd. Pol. Śl., Gliwice.
• [6] Gabzdyl W., 1999. Geologia złóż. Wyd. Pol. Śl., Gliwice.
• [7] Guo Y. Bustin R.M., 1998. Micro-FTIR spectroscopy of liptinite macerals in coal. Int. Journal of Coal Geology, 36, 259-275.
• [8] Guo Y., Bustin R.M., 1998a. FTIR spectroscopy and reflectance of modern charcoals and fungal decayed woods: implication for studies of inertinite coals. Int. Journal of Coal Geology, 37, 29-53.
• [9] Guo Y., Renton J.J., Penn J.H., 1996. FTIR microspectroscopy of particular liptinite-(lopinite) rich, Late Permian coals from Southern China. Int. Journal of Coal Geology, 29, 187-197.
• [10] Hacura A., Wrzalik R., Matuszewska A., 2003. Application of reflectance micro-infrared spectroscopy in coal structure studies. Anal. Bioanal. Chem., 375, 324-326.
• [11] Ibarra J.V., Muñoz E., Moliner R., 1996. FTIR study of the evolution of coal structure during the coalification process. Organic Geochemistry, 24, 6/7, 725-735.
• [12] Iglesias M.J., Jimenez A., Laggoun Defarge F., Suárez Ruiz I., 1995. FTIR study of pure vitrains and associated coals. Energy & Fuels, 9, 458-466.
• [13] Jasieńko S., 1995. Chemia i fizyka węgla. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.
• [14] Komorek J., 2013. Zastosowanie analizy spektralnej w podczerwieni w mikroobszarze (mikro-FTIR) do charakterystyki struktury wewnętrznej witrynitu i liptynitu. Przegląd Górniczy, 1, 43-50.
• [15] Komorek J., 2013a. Zmiany struktury wewnętrznej witrynitu i liptynitu poddanych oddziaływaniu temperatury w zakresie 400-1200° C. Monografia. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• [16] Komorek J., Lewandowska M., Probierz K., 2010. Peculiarities of petrographic composition of cokink coals in southwest part Upper Silesian Coal Basin (Poland) as result of thermal metamorphism influence. Archives of Mining Science, Vol. 55, No 4, p. 783-798.
• [17] Kotas A., 1972. Ważniejsze cechy budowy geologicznej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego na tle pozycji tektonicznej i budowy głębokiego podłoża utworów produktywnych. Komitet Górnictwa PAN, Problemy Geodynamiki i Tąpań, Tom 1, Kraków, 1-54.
• [18] Kotas A., 1985. Uwagi o ewolucji strukturalnej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. U. Śl. Sosnowiec, 17-46.
• [19] Lis G.P., Mastalerz M., Schimmelmann A., Lewan M.D., Stankiewicz A. B., 2005. FTIR absorption indices for thermal maturity in comparison with vitrinite reflectance Ro in type-II kerogen from Devonian black shales. Organic Geochemistry, 36, 1533-1552.
• [20] Lu L., Sahajwalla V., Kong C. Harris D., 2001. Quantitative X-ray diffraction analysis and its application to various coals. Carbon, 39, 1821-1833.
• [21] Mastalerz M., Bustin R.M., 1993. Electron microprobe and micro-FTIR analyses applied to maceral chemistry. Int. Journal of Coal Geology, 24, 333-345.
• [22] Mastalerz M., Bustin R.M., 1995. Application of reflectance micro-Fourier transform infrared spectrometry in studying coal macerals: comparison with other Fourier transform infrared techniques. Fuel, 74, 4, 536-542.
• [23] Mastalerz M., Bustin R.M., 1996. Application of reflectance micro-Fourier transform infrared analysis to study of coal macerals: an example from the late Jurasic to early cretaceous coals of the Mist Mountains Formation, British Columbia, Canada. Int. Journal of Coal Geology, 32, 55-67.
• [24] Mastalerz M., Bustin R.M., 1997. Variation in chemistry of macerals in coals of the Mist Mountains Formation, Elk Valley coalfield, British Columbia, Canada. Int. Journal of Coal Geology, 33, 43-39.
• [25] Morga R., 2010. Zastosowanie spektroskopii FTIR i RAMANA w mikroobszarze do badań struktury wewnętrznej semifuzynitu i fuzynitu. Przegląd Górniczy, 1-2, 111-115.
• [26] Morga R., 2010a. Chemical structure of semifusinite and fusinite of steam and coking coal from the Upper Silesian Coal Basin (Poland) and its changes during heating as inferred from micro-FTIR analysis. International Journal of Coal Geology, 84, 1-15.
• [27] Morga R., 2011. Struktura chemiczna semifuzynitu i fuzynitu w węglu kamiennym z SW części GZW w świetle badań mikro-FTIR. Archives of Mining Science, Vol. 56, No 4.
• [28] Porzycki J., 1972. Seria mułowcowa piętra westfalu dolnego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Prace Instytutu Geologicznego: „Karbon Górnośląskiego Zagłębia Węglowego”, Tom LXI, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa, 467-508.
• [29] Probierz K., 1989. Wpływ metamorfizmu termalnego na stopień uwęglenia i skład petrograficzny pokładów węgla w obszarze Jastrzębia (GZW). Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, 176. Gliwice.
• [30] Probierz K., Marcisz M., Sobolewski A., 2012. Od torfu do węgli koksowych monokliny Zofiówki w obszarze Jastrzębia (południowo zachodnia część Górnośląskiego Zagłębia Węglowego). Wydawnictwo Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze.
• [31] Pozzi M., Probierz K., 1986. Zmienność zdolności odbicia światła witrynitu i sporynitu w złożu KWK „Moszczenica” (Rybnicki Okręg Węglowy). Mat. IV Konf. nt. „Petrologii węgla” AGH, Kraków, 21-24.
• [32] Stach E., Mackowsky M.-Th., Teichmüller M., Taylor G.H., Chandra D., Teichmüller R., 1982. Stach‘s Textbook of Coal Petrology. Gebr. Borntraeger, Berlin-Stuttgart.
• [33] Ward C.R., Li Z., Gurba L.W., 2005. Variations in coal maceral chemistry with rank advance in the German Creek and Moranbah Coal Measures of the Bowen Basin, Australia, using electron microprobe techniques. International Journal of Coal Geology, 63, 117-129.
• [34] Yule B.L., Roberts S., Marshall J.E.A., 2000. The thermal evolution of sporopollenin. Organic Geochemistry, 31, 859-870.