黃陵煤顯微組分性質(zhì)及原位熱解實驗研究

王 越，丁 華，武琳琳，張昀朋，周 琦，曲思建

（1.中國礦業(yè)大學(北京)化學與環(huán)境工程學院，北京 100013；2.煤炭科學技術(shù)研究院有限公司煤化工分院，北京 100013；3.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013）

深入研究煤中不同顯微組分在熱解過程中的演化行為，對揭示煤中不同組分的熱解特征和成焦規(guī)律具有重要意義。目前，多利用不同形式的反應器，對比反應前后樣品的變化特征來分析熱解過程中煤及顯微組分的演化特征，而不能連續(xù)觀察煤受熱過程的動態(tài)變化，無法實時呈現(xiàn)不同溫度下的熱演化行為。

在常規(guī)煤巖顯微鏡上安裝能夠連續(xù)加熱和精準控溫的顯微熱臺，可以實時觀測熱轉(zhuǎn)化過程中組分表面形貌的變化特征，克服間接研究方法的不足。目前，該方法廣泛用于研究煤瀝青中間相的熱轉(zhuǎn)化行為[1]、煤灰沉積及熔融特性[2,3]、煤焦氣化反應性[4-6]、非黏結(jié)性煤的顆粒收縮[7,8]及膨脹破碎特性[9]。沈寓韜等[10]利用顯微鏡熱臺原位觀測不同變質(zhì)程度煙煤熱解過程中軟化熔融特征變化，發(fā)現(xiàn)煤粒表面形成的膠質(zhì)體與變質(zhì)程度密切相關(guān)，中等變質(zhì)程度煤生成較多的膠質(zhì)體，而變質(zhì)程度較低或較高的煤生成膠質(zhì)體較少。煤中鏡質(zhì)組的熱解反應性還與成煤時代密切相關(guān)，羅俊文等[11]利用顯微鏡熱臺研究發(fā)現(xiàn)，中國西南地區(qū)晚二疊世煤中鏡質(zhì)組的熔融特性優(yōu)于相同變質(zhì)程度晚三疊世煤。煤中殼質(zhì)組的熱變化特征要比鏡質(zhì)組劇烈。孫翊博等[12]利用顯微鏡熱臺研究發(fā)現(xiàn)，煤中樹皮體的受熱變化特征比同一煤中的鏡質(zhì)組明顯；王越等[13]綜合利用顯微鏡熱臺、熒光顯微分析和顯微傅里葉紅外光譜（Micro-FTIR）研究發(fā)現(xiàn)，孢粉體、角質(zhì)體、樹脂體、木栓質(zhì)體、瀝青質(zhì)體、藻類體等殼質(zhì)組分的低溫熱轉(zhuǎn)化特性與熒光特性關(guān)系密切。

顯微鏡熱臺實驗結(jié)果與操作條件密切相關(guān)。當實驗溫度高于400 ℃后，由于熱解過程中熱應力、揮發(fā)性氣體逸出等影響，煤顆?？赡軙l(fā)生無規(guī)律移動，熱臺腔中的空氣也會影響膠質(zhì)體的轉(zhuǎn)化行為，因而宜在惰性氣體中進行實驗[14]。此外，實驗過程需要外加標準物質(zhì)進行溫度校正，以免出現(xiàn)特征溫度異常的現(xiàn)象[15]。

近年來，隨著中國優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源的消耗，低灰、低硫的煉焦煤越來越稀缺[16]。而中國西部侏羅紀煤普遍具有低灰、低硫的優(yōu)點，但是特殊的成煤環(huán)境導致煤的還原程度低[17]。本文以黃陵侏羅紀氣煤為研究對象，利用離心分離獲取顯微組分富集物，詳細研究顯微組分富集物的煤質(zhì)特征及熱解特性，并利用顯微鏡熱臺直接觀測各顯微組分受熱后的軟化熔融特征。本研究對揭示顯微組分的熱解反應活性差異，建立適用于弱還原煉焦煤的配煤煉焦機理具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

采集黃陵煤礦商品煤樣品，按照相應的國家標準測試樣品的工業(yè)分析、元素分析、全硫、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層指數(shù)和奧亞膨脹度，測試結(jié)果見表1。

表1 實驗樣品的基本煤質(zhì)特征Table 1 Basic characteristics of the coal sample

由表1 可知，實驗煤樣為典型的氣煤，灰分和全硫含量極低，黏結(jié)指數(shù)較高，膠質(zhì)層最大厚度可達11 mm，成焦過程中微膨脹，是非常優(yōu)良的煉焦配煤原料。在保證焦炭質(zhì)量的前提下，多配入該煤可降低冶金焦的灰分和硫分，實現(xiàn)煉焦煤資源的優(yōu)化利用。

目前，中國煙煤顯微組分分類（GB/T 15588—2013）已經(jīng)取消半鏡質(zhì)組，但是半鏡質(zhì)組可以很好地表征中國西部弱還原程度煤中的過渡組分[18]。此外，特殊的成煤環(huán)境導致黃陵氣煤中還存在少量腐泥基質(zhì)[19]，反射率和密度與殼質(zhì)組接近。因而本文將黃陵煤中顯微組分劃分為鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組、殼質(zhì)組（含腐泥基質(zhì)）和礦物，按照GB/T 6948—2008《煤的鏡質(zhì)體反射率顯微鏡測定方法》和GB/T 8899—2013《煤的顯微組分組和礦物測定方法》測試煤巖特征。

1.2 顯微組分分離及分析

按照GB/T 478—2008《煤炭浮沉實驗方法》，將原樣破碎并取0.5?1.0 mm 粒級的樣品，以氯化鋅（分析純）為浮沉介質(zhì)進行降灰實驗，密度級選擇1.80 g/cm3。將降灰后的樣品干燥后置入球磨機中研磨至小于<0.071 mm，參照MT/T 807—1999《煙煤鏡質(zhì)組密度離心分離方法》，利用LD4-2 型高速離心機進行離心分離。離心介質(zhì)為苯（分析純，密度ρ=0.871 g/cm3）和四氯化碳（分析純，密度ρ=1.592 g/cm3）。離心實驗選擇的密度級分別為1.26、1.30、1.32、1.35、1.40 和1.45 g/cm3。

對分離后的殼質(zhì)組富集物（L-R）、鏡質(zhì)組富集物（V-R）、半鏡質(zhì)組富集物（SV-R）、惰質(zhì)組富集物（I-R）按照相應的國家標準進行工業(yè)分析、元素分析、全硫、黏結(jié)指數(shù)、真相對密度和顯微組分含量等測試。

原煤與各顯微組分富集物的真相對密度（TRD）、揮發(fā)分產(chǎn)率、元素組成之間均具有加和性。根據(jù)真相對密度的加和性，可得方程：

式中，Vi、SVi、Ii、Li分別為第i種富集物中鏡質(zhì)組（V）、半鏡質(zhì)組（SV）、惰質(zhì)組（I）和殼質(zhì)組（L）的體積分數(shù)（測定值）；

dV、dSV、dI、dL分別為鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組的真相對密度；

Di為第i種顯微組分富集物的真相對密度。

由于煤及顯微組分富集物中的黃鐵礦含量較低，煤中礦物質(zhì)含量（MM）可由Parr 公式近似計算：

根據(jù)元素組成、揮發(fā)分產(chǎn)率的加和性可得方程：

式中，wVi、wSVi、wIi、wLi分別為第i種富集物中鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組的質(zhì)量分數(shù)，顯微組分的質(zhì)量分數(shù)由體積分數(shù)和真密度計算而得。

xV、xSV、xI、xL分別為鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組的某一符合加和性的指標；

Xi為第i種富集物中該指標的測定值。

元素組成、揮發(fā)分產(chǎn)率計算均采用無水無礦物基（dmmf）。

1.3 熱重熱解實驗和紅外光譜分析

利用NETZSCH STA 449 F3 熱重分析儀獲取顯微組分富集物的熱解特性曲線。實驗樣品粒度小于0.071 mm，每次實驗用量約為30 mg；通入氮氣保護氣，流量為20 mL/min；從室溫開始以3 ℃/min的速率升溫至850 ℃，記錄實驗過程中樣品的質(zhì)量變化。

初始熱解溫度（ta）與熱解活化能密切相關(guān)，表征煤的熱解反應性。最大失重溫度（tb）表征煤大分子結(jié)構(gòu)的平均穩(wěn)定程度：最大失重溫度越低，表明煤的活性越高，煤的大分子結(jié)構(gòu)易受熱斷裂；最大失重溫度越高，表明煤的大分子結(jié)構(gòu)結(jié)合緊密，在熱解過程中不易被破壞[20]。熱解特征參數(shù)如圖1所示。

圖1 熱解特征參數(shù)示意圖Figure 1 Diagram of characteristic parameters during pyrolysis

利用Nicolet 380 傅里葉變換紅外光譜儀測試顯微組分富集物的紅外光譜特征，采用KBr 壓片法制備樣品，光譜測量4000?400 cm?1，分辨率為4 cm?1。

1.4 顯微鏡熱臺原位熱解實驗

實驗用ZEISS Imager A2 m 偏光顯微鏡，物鏡為50 倍Epiplan 干物鏡；熱臺選用Linkam-HS1500V顯微熱臺，控溫精度可達1 ℃，顯微相機選擇PixeLink PL-B872 面陣CCD 相機。顯微鏡熱臺示意圖如文獻[13]所示。

1.4.1 樣品制備

在加熱過程中，鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組均可發(fā)生膨脹。如果樣品太大，在加熱過程中會出現(xiàn)樣品因膨脹邊緣翹起的現(xiàn)象，對觀測造成困難；如果樣品太小，樣品可能會發(fā)生無規(guī)律移動而影響觀測。熱臺坩堝的直徑為7.0 mm，因而本實驗樣品的直徑選為5.0 mm。選擇代表性塊狀樣品置于直徑為5.0 mm 圓柱體模具中，用砂紙研磨至厚度小于1 mm后拋光備用。

1.4.2 溫度校準

樣品的厚度和導熱性能對顯微鏡熱臺的測溫精度均產(chǎn)生影響。為保證熱臺實驗與其他實驗具有可對比性，本文選擇五種純凈物質(zhì)校準顯微鏡熱臺，實驗用固體粉末壓制成Φ5.0 mm×1.0 mm的圓柱體塊，與實驗樣品的尺寸一致。以顯微鏡中可明顯看出物質(zhì)熔解（初熔）的溫度作為熔點的實測值，對物質(zhì)的理論熔點與實際熔點建立校準公式（式(4)）及校正曲線（圖2）。

圖2 顯微鏡熱臺溫度校準曲線Figure 2 Calibration curve of temperature of the heating stage microscope

顯微鏡熱臺的溫度校準公式：

式中，tM為實測溫度；tT為理論溫度。

1.4.3 熱臺實驗

油浸物鏡比干物鏡對煤中有機顯微組分的觀測效果要好，但是顯微鏡熱臺無法與油浸物鏡聯(lián)用。為了易于辨認顯微組分，尤其是煤中的過渡組分，將制備好的樣品置于顯微鏡油浸物鏡下觀察，找到要觀察的組分并作標記；然后擦去浸油，將樣品放入顯微熱臺，在干物鏡下觀察需要測定的組分。

在顯微熱臺實驗時，通入流量低的氮氣作保護氣，氮氣流量為60 mL/min。從室溫開始以3 ℃/min的速率升溫至850 ℃，用顯微相機實時記錄樣品表面的變化特征，以20 ℃/min 的速率降溫至室溫。

2 結(jié)果與討論

2.1 顯微組分分離結(jié)果及性質(zhì)

黃陵煤的煤巖分析結(jié)果如表2 所示。黃陵煤中顯微組分以鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主，含少量的殼質(zhì)組和半鏡質(zhì)組，礦物質(zhì)含量低。顯微鏡下觀察，鏡質(zhì)組以均質(zhì)鏡質(zhì)體和基質(zhì)鏡質(zhì)體為主，含少量碎屑鏡質(zhì)體和結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體；均質(zhì)鏡質(zhì)體呈較寬的條帶狀分布，基質(zhì)鏡質(zhì)體中常見沿層理方向分布的碎屑惰質(zhì)體和碎屑殼質(zhì)體。惰質(zhì)組以絲質(zhì)體為主，可見較多半絲質(zhì)體和碎屑惰質(zhì)體，少量的粗粒體和微粒體；絲質(zhì)體的細胞結(jié)構(gòu)保存完好，以較厚的分層單獨分布，或以較薄的線理狀與基質(zhì)鏡質(zhì)體、均質(zhì)鏡質(zhì)體、半絲質(zhì)體密切共生。殼質(zhì)組以孢粉體、樹脂體和角質(zhì)體為主，常沿煤層層理方向分布于基質(zhì)鏡質(zhì)體中。煤中礦物含量低，以黏土礦物、石英和細粒浸染狀黃鐵礦為主。

表2 黃陵煤的煤巖分析Table 2 Petrographic composition of Huangling coal

離心分離獲取的顯微組分富集物的顯微組成見表3。不同顯微組分富集物的純度不同，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的解離程度均較高（圖3(a)，圖3(b)），富集物的純度分別在90%和80%以上。煤中的角質(zhì)體、孢粉體、樹脂體等殼質(zhì)組分一般與鏡質(zhì)組緊密共生且比較分散，較難實現(xiàn)充分解離（圖3(c)）。但是黃陵煤中有少量腐泥基質(zhì)，一般呈單獨顆粒狀出現(xiàn)，油浸反射光下為灰黑色，反射熒光下呈黃褐色熒光（圖3(e)）。因腐泥基質(zhì)相對容易富集，因而殼質(zhì)組（含腐泥基質(zhì)）富集物的純度可接近70%。煤中的半鏡質(zhì)組與鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組緊密共生，較難實現(xiàn)解離（圖3(d)），因而純度并不高。

圖3 各顯微組分富集物的解離特征Figure 3 Liberation characteristics of the enriched macerals

表3 顯微組分富集物的分離密度及純度Table 3 Separation density and petrographic composition of the enriched macerals

各顯微組分富集物的工業(yè)分析、元素分析、真相對密度、全硫及黏結(jié)指數(shù)測試結(jié)果如表4 所示，根據(jù)煤質(zhì)加和性計算的純顯微組分的理論煤質(zhì)特征如表5 所示。其中，芳香度（fa）根據(jù)文獻[21]中公式進行計算：

表4 各顯微組分富集物的煤質(zhì)特征Table 4 Characteristics of the enriched macerals

表5 純顯微組分的理論煤質(zhì)特征Table 5 Characteristics of the pure macerals

黃陵煤中顯微組分的性質(zhì)具有很好的規(guī)律性。揮發(fā)分產(chǎn)率、氫含量和H/C 比均呈現(xiàn)殼質(zhì)組>鏡質(zhì)組 >半鏡質(zhì)組 >惰質(zhì)組的規(guī)律。各顯微組分的揮發(fā)分產(chǎn)率差別較大，殼質(zhì)組的揮發(fā)分產(chǎn)率為惰質(zhì)組的2.6 倍，鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組的揮發(fā)分產(chǎn)率接近。真密度、碳含量和芳香度均呈現(xiàn)惰質(zhì)組 >半鏡質(zhì)組 >鏡質(zhì)組 >殼質(zhì)組的規(guī)律。而煤中的氮含量卻呈現(xiàn)鏡質(zhì)組 >半鏡質(zhì)組 >殼質(zhì)組 >惰質(zhì)組的規(guī)律，這與細菌、真菌等參與凝膠化作用過程有關(guān)[22]。顯微組分的芳香度與H/C 比基本呈線性關(guān)系，如圖4 所示。

圖4 顯微組分芳香度和H/C 比的關(guān)系Figure 4 Relationship between aromaticity and H/C(atomic ratio) of macerals

2.2 熱解失重及紅外分析

顯微組分富集物的熱重熱解特性曲線見圖5。由圖5 可知，黃陵煤中各顯微組分的熱解失重曲線相似，在熱解過程中經(jīng)歷三個較大的失重階段：在100?350 ℃，由于在顯微組分富集過程中進行脫水干燥處理，因而基本沒有水分逸出峰，主要是脫除吸附在孔隙中的氣體；在350?550 ℃，所有顯微組分均經(jīng)歷強烈的熱分解反應，失重速率近似以直線上升，又以直線下降；在600?700 ℃，半焦分解釋放H2等二次氣體，因而DTG 曲線出現(xiàn)一個小峰。雖然各顯微組分富集物的熱解規(guī)律一致，但是熱解特征參數(shù)存在較大差別，如表6 所示。

圖5 顯微組分富集物的熱重熱解曲線Figure 5 Thermogravimetric curves of pyrolysis of the enriched macerals

表6 顯微組分富集物的熱解失重特征Table 6 Characteristic parameters of pyrolysis of the enriched macerals

殼質(zhì)組富集物（殼質(zhì)組含量接近70%）的初始熱解溫度（ta）較低，而其他三種顯微組分富集物中幾乎不含殼質(zhì)組，而鏡質(zhì)組含量至少在10%以上，因而這三個樣品的初始熱解溫度均在410 ℃左右，主要取決于鏡質(zhì)組的軟化溫度。這四種顯微組分的最大熱解溫度（tb）均在470?480 ℃，最大失重速率和熱解總失重率均以殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的次序降低。

殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的紅外光譜數(shù)據(jù)如圖6 所示。殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的芳香度依次增大，而H/C 原子比依次降低。芳香C?C 鍵非常牢固，因而惰質(zhì)組在熱解過程中芳香結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，而殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組的基本結(jié)構(gòu)單元中側(cè)鏈和官能團較多，相對容易分解，因而最大失重速率和熱解總失重率均呈規(guī)律性變化。

圖6 殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的紅外光譜譜圖Figure 6 FT-IR spectrograms of liptinite,vitrinite,semivitrinite and inertinite

2.3 顯微組分的原位熱解特征

2.3.1 殼質(zhì)組

黃陵煤中的樹脂體在350 ℃左右時顆粒邊緣開始變黑（圖7(b)），此為樹脂體的軟化溫度；隨著溫度升高，黑色邊緣快速向中心擴展，直至樹脂體完全變黑（圖7(c)），并快速變形（圖7(e)），周圍的鏡質(zhì)組也出現(xiàn)輕微的軟化（圖7(d)）。孢粉體和腐泥基質(zhì)的變化與樹脂體非常類似，軟化溫度均在370 ℃左右，并快速發(fā)生變形（圖7(g)、7(i)）。顯微鏡熱臺觀察到的殼質(zhì)組的軟化溫度與熱重實驗中殼質(zhì)組開始強烈分解溫度385 ℃非常接近，但殼質(zhì)組的軟化溫度比同一煤中鏡質(zhì)組要低。

圖7 熱解過程中殼質(zhì)組的變化特征（反射光，干物鏡，×500）Figure 7 Optical changes of liptinite during pyrolysis (reflected light,air,×500)

2.3.2 鏡質(zhì)組

從室溫到400 ℃時，鏡質(zhì)組的形態(tài)及光學性質(zhì)未見明顯變化；415 ℃左右，鏡質(zhì)組邊緣開始發(fā)生鈍化（圖8(b)），顯微熱臺的石英蓋片上出現(xiàn)冷凝的焦油滴。這與熱重實驗中鏡質(zhì)組軟化溫度為405 ℃極為接近。隨著溫度繼續(xù)升高，鏡質(zhì)組表面逐漸有氣孔形成，并產(chǎn)生溝槽狀結(jié)構(gòu)（圖8(c)）；溝槽狀結(jié)構(gòu)逐漸變大（圖8(d)），至550 ℃左右時有氣泡狀液相生成（圖8(e)），因膠質(zhì)體數(shù)量少，并未呈現(xiàn)熔融流動狀態(tài)。隨溫度進一步升高，樣品表面未見明顯變化。

圖8 熱解過程中鏡質(zhì)組的變化特征（反射光，干物鏡，×500）Figure 8 Optical changes of vitrinite during pyrolysis (reflected light,air,×500)

2.3.3 半鏡質(zhì)組

半鏡質(zhì)組的成煤原始物質(zhì)與鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組均相同，但是在氧化和還原交替的成煤環(huán)境中形成，因而半鏡質(zhì)組是鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組之間的過渡組分，反射率比共生的鏡質(zhì)組反射率高0.2%左右[23]。在加熱過程中半鏡質(zhì)組僅表現(xiàn)出微小的形態(tài)變化，顆粒邊緣發(fā)生鈍化，表面氣孔略有增大，表面變得不均勻，并有小裂紋產(chǎn)生（圖9(a)）。

圖9 熱解過程中半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的變化特征（反射光，干物鏡，×500 ）Figure 9 Optical changes of semi-vitrinite and inertinite during pyrolysis (reflected light,air,×500)

2.3.4 惰質(zhì)組

在熱解過程中惰質(zhì)組的形態(tài)、結(jié)構(gòu)均不發(fā)生變化（圖9(b)）。煤中惰質(zhì)組在熱解過程中沒有塑性，是完全惰性的組分。

2.4 黃陵煤中顯微組分的成焦特性

根據(jù)煤中有機組分在加熱過程中的軟化熔融特性，可以將煤劃分為活性組分和惰性組分，這是煤巖配煤的理論基礎(chǔ)。前蘇聯(lián)阿莫索夫?qū)㈢R質(zhì)組、殼質(zhì)組和1/3 半鏡質(zhì)組劃分為活性組分，而美國Stach 等根據(jù)反射率將半絲質(zhì)體的1/3 或1/5 劃分為活性組分[24]。加拿大西部某些半鏡質(zhì)組含量超過20%的煉焦煤中1/2 的半鏡質(zhì)組被劃分為活性組分[25]，而澳大利亞部分煤中的惰質(zhì)組在成焦過程中具有黏結(jié)性[26]。葉道敏等[27]利用顯微鏡熱臺對中國西南地區(qū)煤的研究發(fā)現(xiàn)，在加熱過程中中等變質(zhì)程度煤中的半鏡質(zhì)組僅生成微量的、不能流動的液態(tài)產(chǎn)物，活性不及鏡質(zhì)組的1/3。

雖然黃陵煤中半鏡質(zhì)組的工業(yè)分析、元素分析及熱解失重分析結(jié)果更接近鏡質(zhì)組，但是半鏡質(zhì)組在熱解過程中不呈現(xiàn)塑性狀態(tài)，也不能促進其他顯微組分的黏結(jié)，成焦特性更接近于惰質(zhì)組，應將其歸為惰性組分。即認為黃陵煤中的活性組分為鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組（含腐泥基質(zhì)）。

煤中殼質(zhì)組與其他組分的結(jié)合狀態(tài)對成焦過程產(chǎn)生影響[28]。黃陵煤中殼質(zhì)組的氫含量高，當其與鏡質(zhì)組共生時，殼質(zhì)組的軟化溫度低，分解產(chǎn)物作為軟化劑，可以增強鏡質(zhì)組的軟化能力，使殼質(zhì)組周圍的鏡質(zhì)組提前發(fā)生反應（圖7(d)）。而當殼質(zhì)組與惰質(zhì)組共生時，殼質(zhì)組分解并不會對共生的惰質(zhì)組產(chǎn)生影響。這對煉焦配煤過程中活性組分的選擇具有啟示作用。

3 結(jié)論

本文詳細研究了離心分離獲得的黃陵煤顯微組分富集物的煤質(zhì)及熱解特性，并利用顯微鏡熱臺原位觀測各顯微組分熱解過程的演變特征，主要研究結(jié)論如下：

超細研磨和離心分離可使黃陵煤中的鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組充分解離，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組富集物的純度分別可達90%和80%以上，殼質(zhì)組富集物的純度接近70%，而半鏡質(zhì)組較難解離。

黃陵煤中殼質(zhì)組的初始熱解溫度在385 ℃左右，其他三種顯微組分的初始熱解溫度在410 ℃左右；四種顯微組分的最大熱解速率均在470?480 ℃，最大失重速率和熱解總失重率均以殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、半鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的次序降低。

顯微鏡熱臺原位熱解實驗表明，殼質(zhì)組（含腐泥基質(zhì)）的軟化溫度為350?370 ℃，軟化溫度比同一煤中鏡質(zhì)組要低。鏡質(zhì)組的軟化溫度為410?420 ℃，熱解過程經(jīng)歷邊緣鈍化、產(chǎn)生氣孔、表面軟化、液相生成和冷卻固化等階段，因膠質(zhì)體數(shù)量少，并未呈現(xiàn)熔融流動狀態(tài)。半鏡質(zhì)組僅表現(xiàn)出微小的形態(tài)變化，而惰質(zhì)組的形態(tài)、結(jié)構(gòu)均不發(fā)生變化。

雖然半鏡質(zhì)組的煤質(zhì)特征及熱解失重特征更接近鏡質(zhì)組，但是成焦特性接近惰質(zhì)組。黃陵煤中的活性組分為鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組，殼質(zhì)組對共生鏡質(zhì)組的軟化具有促進作用。