關(guān)于煤系石墨鑒定標準的討論

曹代勇，王 路，朱文卿，吳國強，魏迎春，寧樹正，王桂香，肖金成，徐 祥，劉 亢

(1.中國礦業(yè)大學(北京) 地球科學與測繪工程學院，北京 100083；2.山西能源學院 地質(zhì)與測繪工程系，山西 晉中 030600；3.湖南省煤炭地質(zhì)勘查院，湖南 長沙 410000；4.中國煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京 100039；5.中化地質(zhì)礦山總局河南地質(zhì)局，河南 鄭州 450000)

煤系石墨(煤成石墨)是一種較常見的煤系非金屬礦產(chǎn)[1-2]，從礦產(chǎn)資源角度歸屬于石墨礦種。煤系石墨主要為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，不僅可以部分取代晶質(zhì)石墨應(yīng)用于冶金、電子、機械等領(lǐng)域，而且因其各向同性特征，在新能源材料、核工業(yè)、國防軍工應(yīng)用等方面具有獨特優(yōu)勢[3-4]。

由于煤系石墨與高變質(zhì)無煙煤存在連續(xù)過渡性質(zhì)，導致煤系石墨鑒別和類型劃分具有不同于晶質(zhì)石墨的特點和復(fù)雜性。由于過去對煤系石墨成礦機制和演化特征研究程度較低，缺乏煤系石墨鑒別和分類標準，難以可靠區(qū)分煤系石墨與高變質(zhì)無煙煤，嚴重影響煤系石墨的科學評價和合理開發(fā)利用[5]。在新時期國民經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的背景下，受實現(xiàn)碳達峰碳中和(“雙碳”)國家目標和煤炭綠色開發(fā)利用轉(zhuǎn)型升級驅(qū)動，煤系石墨逐漸受到各界關(guān)注，在近年來煤系石墨成礦機制研究和找礦工作取得重要發(fā)現(xiàn)[6-16]，但資源評價和地質(zhì)勘查也因受制于無鑒別標準而進展緩慢。

因此，制定煤系石墨鑒定標準，是當前煤系石墨礦產(chǎn)地質(zhì)勘查和開發(fā)利用工作亟待解決的技術(shù)瓶頸問題。筆者在前期提出的煤系石墨鑒別指標及分類分級體系框架[17]基礎(chǔ)上，結(jié)合作者團隊正在承擔的湖南省地方標準《煤系石墨鑒別》和能源行業(yè)標準《煤系石墨鑒定與質(zhì)量評價導則》的編制工作，進一步探討制定煤系石墨鑒定標準的幾個核心問題。

1 標準編制依據(jù)

1.1 煤系石墨成礦機制

由于煤物質(zhì)組成的特殊性和對地質(zhì)環(huán)境條件的敏感性，由富集型有機質(zhì)組成的煤的石墨化與區(qū)域變質(zhì)巖中分散型碳物質(zhì)的石墨化機制存在較大差異，其顯著特征表現(xiàn)在煤系石墨結(jié)構(gòu)演化的過渡性和物質(zhì)組成的復(fù)雜性。

煤作為一種有機巖，對溫度、構(gòu)造應(yīng)力(壓力)等地質(zhì)因素十分敏感，盆地沉降、巖漿侵位等構(gòu)造-熱事件必然導致煤有機組分發(fā)生一系列物理、化學、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造變化[18]，最終形成三維有序結(jié)構(gòu)的石墨礦物[19-22]。煤變質(zhì)作用可劃分為煤化作用階段和石墨化作用階段，煤巖成分和大分子結(jié)構(gòu)經(jīng)歷數(shù)次躍變，由非晶質(zhì)的有機混合物轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)碳石墨晶質(zhì)礦物，其間存在一系列的過渡狀態(tài)(圖1)[3,17]。

圖1 煤變質(zhì)作用階段劃分與大分子結(jié)構(gòu)演化[17]Fig.1 Stage division of coal metamorphism and evolution of macromolecular structure [17]

煤系石墨物質(zhì)組成的復(fù)雜性，在于其具有的礦物學和巖石學(礦石學)雙重屬性[17]。煤石墨化作用與煤化作用是連續(xù)遞進加躍變的演化過程[19,23]，對于特定煤巖組分而言，在微觀變化上表現(xiàn)為逐漸形成具有不同有序度的石墨結(jié)構(gòu)，由有機組分最終演變?yōu)榫哂腥S晶體結(jié)構(gòu)的石墨礦物。煤系石墨的巖石學屬性則是針對礦石(礦層)的研究，由于差異石墨化作用的存在[17,23-24]，煤系石墨是多種組分構(gòu)成的集合體，顯微組成包括新生的石墨組分、殘留的煤巖組分、過渡組分各向異性體和熱解炭等三大類[24-26]。隨著石墨化作用進行，新生石墨組分含量逐漸增多，導致礦石(礦層)總體石墨化程度不斷提高。

煤系石墨具有成礦演化階躍性和物質(zhì)組成非均質(zhì)性等特點，造成礦種鑒別的復(fù)雜性和資源評價的困難性[17]。

1.2 實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

中國大陸中生代以來的多期次構(gòu)造巖漿活動和煤盆地構(gòu)造-熱演化進程，導致含煤巖系變形-變質(zhì)作用強烈[27]、尤其是我國中東部地區(qū)巖漿異常熱疊加變質(zhì)作用顯著[28]，決定了煤系石墨成礦和賦存的時空差異性顯著，具有東多西少、南多北少，集中成帶展布的特點[3]。受區(qū)域地質(zhì)背景和賦煤構(gòu)造格局控制，我國煤系石墨成礦區(qū)帶可劃分為5 個成礦域和12 個成礦帶(圖2)。

作者團隊[17](2021)從煤系石墨成礦機制和相關(guān)測試技術(shù)方法適用性分析入手，以我國典型煤系石墨(隱晶質(zhì)石墨)礦區(qū)的樣品測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計為依據(jù)，開展煤系石墨分類分級研究，初步提出了煤系石墨鑒別指標體系。一年來，團隊繼續(xù)開展煤系石墨現(xiàn)場調(diào)研和采樣測試，補充110 多組實測數(shù)據(jù)，再次驗證了文獻[17]數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果?？傆嫵^500 組測試數(shù)據(jù)涵蓋了我國現(xiàn)有煤系石墨礦區(qū)或礦山(圖2)，實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果為煤系石墨鑒別指標體系提供了較充分的依據(jù)，表明制定煤系石墨鑒別標準的時機已經(jīng)成熟。

圖2 我國煤系石墨成礦區(qū)帶劃分及采樣點分布Fig.2 Metallogenic belts division of coal-measure graphite in China and distribution of sampling points

2 標準制定原則

煤系石墨鑒定標準制定應(yīng)遵循科學性、系統(tǒng)性、適用性和可操作性的原則。

2.1 科學性

科學性原則體現(xiàn)在以煤系石墨成礦機制研究為指導，合理地鑒別煤系石墨并劃分礦產(chǎn)類型。煤系石墨是由不同演化程度、不同數(shù)量的石墨化組分和殘留煤巖顯微組分組成的特殊巖石，導致煤系石墨鑒別和類型劃分具有不同于晶質(zhì)石墨的自身特點。深入了解煤系石墨成礦機制和演化規(guī)律，是科學劃分煤系石墨類別和確定鑒定指標的前提條件。

2.2 系統(tǒng)性

煤石墨化與煤化作用是一個連續(xù)漸進的過程，在無煙煤與礦物石墨之間，存在具有類似石墨物理化學特征和工藝性能的過渡成分，采用石墨化程度劃分煤系石墨類型，可以全面反映煤系石墨礦產(chǎn)資源特征。過去由于缺乏鑒定標準和煤系石墨類型劃分，其中石墨化程度較低的礦產(chǎn)資源往往被劃歸煤作為燃料使用，造成極大的資源浪費并帶來環(huán)境壓力。將變質(zhì)演化形成的石墨和發(fā)育不同程度石墨結(jié)構(gòu)的半石墨統(tǒng)一歸屬為煤系石墨礦產(chǎn)，劃分類型分級開發(fā)利用，可以最大程度地保護資源。

2.3 適用性

從煤系石墨成礦機制研究和相關(guān)測試技術(shù)方法適用性分析入手，匯集全國主要煤系石墨(隱晶質(zhì)石墨)礦區(qū)500 余組樣品的實測數(shù)據(jù)，開展統(tǒng)計分析處理，確定有效的測試分析技術(shù)方法，歸納總結(jié)測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分布規(guī)律，建立煤系石墨鑒別和級別劃分指標體系，使其滿足一般性煤系石墨礦床的資源評價需求。

2.4 可操作性

標準編制應(yīng)注重可操作性，以地質(zhì)勘查和資源開發(fā)利用工作為導向，以煤系石墨鑒定指標和類型劃分為核心，給出具體的分析測試技術(shù)方法流程并制定煤系石墨鑒定模板，以方便于指導生產(chǎn)單位開展煤系石墨資源評價和地質(zhì)勘查工作。

3 煤系石墨分類

3.1 煤系石墨類型

在作者前期工作[2,3,17]的基礎(chǔ)上，補充完善了煤系石墨的定義：煤系石墨又稱為煤成石墨，是煤和煤系有機質(zhì)經(jīng)受巖漿熱變質(zhì)及構(gòu)造應(yīng)力作用進入石墨化階段的產(chǎn)物，主要為隱晶質(zhì)或微晶結(jié)構(gòu)，由不同石墨化程度的新生組分和殘留煤巖組分混合組成，具有石墨或類似石墨的物理化學特征和工藝性能，可用作工業(yè)原料。從礦產(chǎn)資源管理角度，煤系石墨歸屬于石墨礦種的隱晶質(zhì)石墨大類。

煤系石墨類型是指礦石總體石墨化程度分類，煤的石墨化是一個連續(xù)遞進躍變演化過程，煤系石墨具有礦物學和巖石學(礦石學)雙重屬性，煤系石墨類型劃分也應(yīng)從這兩方面加以理解。隨著對煤系石墨成礦機制認識的不斷深化，有關(guān)煤系石墨類型劃分方案也在不斷完善。參考文獻[3]曾將煤系石墨劃分為石墨化無煙煤、半石墨、石墨3 種類型；參考文獻[17]把煤系石墨劃分為半石墨、石墨兩大基本類型，認為前期劃分的石墨化無煙煤從詞義上容易與煤混淆，故把石墨化無煙煤和半石墨合并，統(tǒng)稱為半石墨。然而，從實際操作角度，半石墨術(shù)語其實也存在歧義，“石墨”和“半石墨”與“煤系石墨”的關(guān)系不明確。在編制標準的調(diào)研過程中，根據(jù)地質(zhì)勘探單位和礦山企業(yè)的意見，將煤系石墨按總體石墨化程度(巖石學屬性)劃分為一號、二號、三號等3 種類型。

3.2 煤系石墨一號

煤系石墨一號即作者前期劃分煤系石墨中的石墨類型[3,17]，其礦物學意義是指石墨化高級階段的新生組分，發(fā)育較完善的三維晶體結(jié)構(gòu)，相當于A.Oberlin[29](1984)和鄭轍[30](1991)分類的平直石墨階段，對應(yīng)晶面間距d002為0.336 nm[30]，B.Kwiecinska等[20](2004)劃分石墨與半石墨的分界值晶面間距為0.337 nm。

煤系石墨一號的巖石(礦石)組成以新生石墨組分和半石墨組分為主，其中，石墨組分占比大于50%。顯然，煤系石墨一號d002所反映的巖石(礦石)平均結(jié)構(gòu)有序度應(yīng)低于礦物石墨，根據(jù)主要煤系石墨礦山樣品實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計規(guī)律，把煤系石墨一號的d002上限定為0.338 nm[17]。

3.3 煤系石墨二號和三號

煤系石墨二號和三號均屬于半石墨，其礦物學意義是石墨化中、低級階段的新生組分，發(fā)育不同程度的石墨結(jié)構(gòu)，大致相當于A.Oberlin[29](1984)和鄭轍[30](1991)劃分的柔縐石墨和微柱石墨。半石墨在煤變質(zhì)石墨化作用階段占據(jù)較長部分(圖1)，根據(jù)主要煤系石墨礦山樣品實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，按石墨化程度由高至低，以d002=0.340 nm 為界，劃分煤系石墨二號和三號，分別對應(yīng)柔縐石墨和微柱石墨。

煤系石墨鑒定針對礦石整體，而不是單一的石墨組分，因此，作為礦產(chǎn)的半石墨(煤系石墨二號和三號)應(yīng)理解為以新生半石墨組分和石墨組分為主的巖石(礦石)。半石墨樣品的Raman 參數(shù)(屬于微區(qū)分析技術(shù))離散程度較大[17]，也反映了半石墨礦石成分的多元性特征。

4 煤系石墨鑒別與分類指標

4.1 指標選取

煤系石墨組成的非均質(zhì)性、演化階段性和過渡性等特點，決定了煤系石墨鑒定標準不能簡單采用單一指標。參考文獻[17]從煤系石墨成礦演化機制出發(fā)，詳細分析了相關(guān)測試技術(shù)方法(表1)的適用性，在評述前人研究成果的基礎(chǔ)上，篩選揮發(fā)分產(chǎn)率Vdaf、最大反射率Rmax、XRD 參數(shù)d002、石墨化度G、Raman 參數(shù)G 峰位和R2(Raman 譜D 峰與G 峰面積之比)等6 個指標構(gòu)建煤系石墨鑒定指標體系；通過典型煤系石墨礦區(qū)實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，確定了各個指標的參數(shù)值[17]。

表1 煤系石墨測試分析方法Table 1 Testing and analysis methods of coal-measure graphite

通過作者團隊一年來編制標準過程中的多次研討和調(diào)研，以及新增110 余組實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，從實用性和易操作性出發(fā)，對之前提出的鑒別指標[17]進行以下2 處調(diào)整。

(1) 由于Raman 參數(shù)G 峰位位移和面積比R2在表征碳物質(zhì)結(jié)構(gòu)有序度方面具有相同意義，樣品實測數(shù)據(jù)表明R2的規(guī)律性更明顯。為減少重復(fù)和簡化鑒定指標體系，刪去G 峰位指標，僅保留R2指標。

(2) 根據(jù)煤系石墨Vdaf和Rmax實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，把初步劃分煤系石墨的門限值由累計頻率60%對應(yīng)的參數(shù)值提高到累計頻率曲線80%對應(yīng)的參數(shù)值(圖3)，使初步評價階段盡可能降低漏判。同時取消初步鑒定指標(Vdaf和Rmax)煤的門限值，避免與煤系石墨的門限值交叉，不利于理解和實際操作。

圖3 煤系石墨實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果Fig.3 Statistical analysis results of measured data of coal-measure graphite

4.2 指標體系與鑒定模版

修改完善的煤系石墨鑒定指標見表2，包括初步鑒定指標和精確鑒定指標兩大類。

表2 煤系石墨鑒定指標Table 2 Identification index of coal-measure graphite

初步鑒定指標有Vdaf和Rmax，這是煤炭分類和煤變質(zhì)階段劃分的2 個常用指標，在煤化作用階段的演變規(guī)律明顯，但煤系石墨樣品實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果表明，石墨化階段的規(guī)律性降低，且與無煙煤的參數(shù)有交叉[17]。由于上述指標是煤炭地質(zhì)勘查中基本測試分析項目，數(shù)據(jù)量豐富，在煤系石墨資源評價和地質(zhì)勘查階段，可充分利用原有煤炭地質(zhì)勘查成果，根據(jù)Vdaf和Rmax數(shù)據(jù)初步區(qū)分無煙煤與煤系石墨。當其中1 個指標或2 個滿足煤系石墨條件時，表明其屬于煤系石墨的可能性較大。

精確鑒定指標包括XRD 晶面間距d002(石墨化度G)和Raman 的峰面積比R2，這些參數(shù)反映石墨微晶結(jié)構(gòu)的生長和晶格缺陷的消亡，是國內(nèi)外學者研究石墨晶體結(jié)構(gòu)的主流參數(shù)。精確指標用于可靠地區(qū)分煤系石墨與煤，以及劃分煤系石墨類型。其中，晶面間距d002具有樣品平均值性質(zhì)，煤系石墨一號的閾值(0.338 0 nm)略高于單組分礦物石墨閾值(0.337 0 nm)。Raman 參數(shù)R2刻畫單組分的結(jié)構(gòu)缺陷特征，可以測定樣品的最大石墨化程度。實際應(yīng)用中，當Raman 參數(shù)與XRD 參數(shù)不一致時，應(yīng)以d002判定結(jié)果為準。

根據(jù)鑒定指標體系，編制了煤系石墨鑒別與類型劃分模板(圖4)。該模板橫坐標為d002和G，縱坐標為R2，圖中Ⅰ區(qū)為煤系石墨一號，Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)分別為煤系石墨二號和煤系石墨三號，Ⅳ區(qū)為煤(無煙煤)；Ⅰa 區(qū)屬于可能性較大的煤系石墨一號，Ⅱa 和Ⅲa 區(qū)屬于可能性較大的煤系石墨二號和三號，Ⅱb 和Ⅲb 區(qū)則屬于可能性較小的煤系石墨二號和煤系石墨三號。

圖4 煤系石墨類型鑒定分類模板Fig.4 Identification and classification template of coal-measure graphite

將我國典型煤系石墨礦(礦權(quán)為石墨)和鄰近煤礦(主要為無煙煤類)樣品實測數(shù)據(jù)投點到模板圖中，現(xiàn)有石墨礦山的樣品絕大部分落在煤系石墨區(qū)域(圖4)。表明該模板煤系石墨的識別符合度高，具有實用價值。

5 鑒定指標應(yīng)用

5.1 煤系石墨與煤的鑒別

煤系石墨成礦作用是一個以化學成分單一化、大分子結(jié)構(gòu)有序化為標志的連續(xù)遞進演化過程，煤系石墨與煤(尤其是高變質(zhì)無煙煤)在諸多性質(zhì)方面存在過渡性和相似性，從而造成鑒別上的難度。

從找礦和資源評價角度，本方案采用Vdaf和Rmax作為初步區(qū)分煤系石墨與煤的指標，為開展專門測試(獲取精確鑒定指標)提供依據(jù)。其中，Vdaf是煤炭分類的主要指標，根據(jù)GB/T 5751-2009《中國煤炭分類》，無煙煤一號、二號、三號的干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率(Vdaf)分別為≤3.5%、＞3.5%～6.5%和＞6.5%～10.0%[31]，實測煤系石墨的揮發(fā)分產(chǎn)率多在2.5%～6.5%(圖3a)，與無煙煤一、二號相當[17]。取煤系石墨實測數(shù)據(jù)累計頻率曲線的80%所對應(yīng)的揮發(fā)分產(chǎn)率5.0%，作為煤系石墨的上限，該數(shù)值與無煙煤揮發(fā)分產(chǎn)率存在交叉。這樣處理有利于對已有煤炭勘查地質(zhì)資料的分析，在地質(zhì)勘查工作中初步鑒別煤系石墨。即揮發(fā)分產(chǎn)率小于5.0%的樣品有可能屬于煤系石墨，應(yīng)開展進一步工作，從而更好地利用和保護煤系石墨礦產(chǎn)資源。

同樣，根據(jù)實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，煤系石墨與煤(高變質(zhì)無煙煤)的最大反射率數(shù)值分布也存在交叉重疊現(xiàn)象，前人提出區(qū)分煤(無煙煤)與半石墨(礦物)的Rmax參數(shù)的不同閾值，從6.5%～8.0%[19,28,32]。我國典型礦區(qū)煤系石墨Rmax實測值分布范圍較寬，本方案取實測數(shù)據(jù)累計頻率曲線的80%所對應(yīng)Rmax=6.0%為煤系石墨的下限，其意義與Vdaf類似，即Rmax＞6.0%的樣品有可能屬于煤系石墨。

需要說明的是，初步鑒定指標揮發(fā)分產(chǎn)率Vdaf和最大反射率Rmax是從實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計規(guī)律(80%的概率)角度，提出發(fā)育煤系石墨的可能性，從而有利于最大限度地保護煤系石墨礦產(chǎn)資源。事實上，高煤階無煙煤的Vdaf和Rmax均已超越上述閾值，與煤系石墨重疊交叉，國際煤分類標準ISO 11760:2018《Classification of coals》亦用加注方式指出，由于可能存在接觸變質(zhì)，Rmax可能高達10.5%，也屬于高階煤[32]。

煤的石墨化是有機大分子結(jié)構(gòu)逐步有序化、石墨微晶生長和晶格缺陷愈合的演化過程，因此，d002(以及根據(jù)d002換算的G)和R2等結(jié)構(gòu)參數(shù)是區(qū)分煤系石墨與煤的可靠指標[17]。其中，XRD 獲得的碳層面網(wǎng)間距(晶面間距)d002最常用，標準石墨礦物的d002為0.335 4 nm，B.Kwiecińska 等[20](2004)給出半石墨與變無煙煤的分界d002為0.338 nm，變無煙煤與無煙煤的分界d002為0.340 nm。由d002衍生的石墨化度G也常被用以評價石墨礦產(chǎn)，但目前鑒別煤系石墨的無明確G值，從湖南省隱晶質(zhì)石墨(煤系石墨)部分加工生產(chǎn)企業(yè)調(diào)研了解到，目前主要利用石墨化度G＞0.7(對應(yīng)d002為0.338 nm)的原礦，G＞0.5(對應(yīng)d002為0.340 nm)的原礦也可以部分利用。

我國典型煤系石墨礦區(qū)實測數(shù)據(jù)d002值分布范圍較大，但絕多數(shù)小于0.344 nm(圖4)?；趯γ合凳膸r石學特征的認識，d002具有平均值性質(zhì)，煤系石墨礦產(chǎn)的起始閾值應(yīng)略高于礦物石墨及礦物半石墨的閾值。R.E.Franklin[33](1951 年)認為d002為0.344 nm 是碳物質(zhì)由亂層結(jié)構(gòu)向有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵點，可以視為煤的石墨化作用起點，以此作為煤系石墨與煤(無煙煤)的分界值[17]。

拉曼光譜參數(shù)近年在煤系石墨(隱晶質(zhì)石墨)評價中得到廣泛應(yīng)用，前人評價碳結(jié)構(gòu)有序化程度的Raman 參數(shù)眾多，確定石墨或半石墨的閾值也不相同[17,34]。通過理論分析和實例研究，選定D 峰與G 峰面積比R2作為煤系石墨鑒別的精確指標，與d002指標配合使用。根據(jù)我國典型煤系石墨礦區(qū)實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果[17]，煤系石墨與無煙煤分界閾值R2取0.6。

5.2 煤系石墨分類

煤變質(zhì)的煤化作用階段與石墨化作用階段是一個連續(xù)遞進躍變過程，煤化作用階段大分子結(jié)構(gòu)演化機制主要為芳構(gòu)化和環(huán)聚合作用，以側(cè)鏈和官能團斷裂等化學變化為主，揮發(fā)分、H/C 等成分參數(shù)規(guī)律性明顯；石墨化階段以拼疊作用和秩理化作用為主，表現(xiàn)為BSUs 重組導致晶核增大和有序化為特征的物理變化，揮發(fā)分、H/C 等成分參數(shù)失去意義。此外，由于新生石墨組分的形態(tài)特征，煤系石墨反射率測值離散性大且普遍偏低[5,24,26]，利用反射率數(shù)據(jù)作為煤系石墨分類指標的準確性受限。因此，在根據(jù)前述指標鑒別煤系石墨之后，主要采用XRD 和Raman 兩類結(jié)構(gòu)參數(shù)進行煤系石墨類型劃分，考慮到生產(chǎn)企業(yè)的習慣，由d002計算的石墨化度G也可以等效使用。

(1) 煤系石墨一號：0.335 4 nm≤d002＜0.338 0 nm(G＞0.7)、R2＜0.50。我國典型煤系石墨礦區(qū)實測XRD 參數(shù)統(tǒng)計顯示，d002演化拐點位于0.338 0 nm 附近，當d002＜0.338 0 nm，基本結(jié)構(gòu)單元延展度La和堆砌度Lc突然增大到數(shù)十nm[17]，表明微晶快速生長，石墨三維晶體結(jié)構(gòu)形成。煤系石墨一號d002參數(shù)值上限略大于B.Kwiecińska 等[20](2004)劃分的石墨d002，這與煤系石墨的巖石學特征有關(guān)。在Raman 參數(shù)R2-d002相關(guān)分析圖上，大致以橫坐標(d002)0.338 nm 為界，R2隨d002減小迅速降低，表明結(jié)構(gòu)有序程度增加和結(jié)構(gòu)缺陷降低，其上限為R2=0.5[17]。煤系石墨一號具有較完善的石墨晶體結(jié)構(gòu)，從生產(chǎn)企業(yè)調(diào)研表明，已廣泛應(yīng)用于加工各類石墨產(chǎn)品。

(2) 煤系石墨二號：0.338 0 nm≤d002＜0.340 0 nm(G＞0.5～0.7)，R2值為0.50～0.60。煤系石墨二號相當于半石墨，與石墨比較，其微晶尺寸較小，結(jié)構(gòu)缺陷較多；延展度La、堆砌度Lc和R2結(jié)構(gòu)參數(shù)總體變化趨勢明顯，但散點圖中分布離散性較大，表明不同結(jié)構(gòu)有序度的組分共存[17]。鏡下觀察，顯微組分包括不同比例的顆粒狀石墨、片狀和絲狀石墨組分，殘留的煤巖有機組分，以及少量各向異性體和熱解炭等過渡組分[24]。調(diào)研表明，煤系石墨二號在部分石墨加工企業(yè)得到利用。

(3) 煤系石墨三號：晶面間距d002為0.340 0～0.344 0 nm(G為0～0.5)，與煤系石墨二號的區(qū)別是微晶尺寸更小、晶面間距d002較大，但反映結(jié)構(gòu)缺陷的R2沒有明顯差異，因此，煤系石墨三號的R2值范圍仍為0.50～0.60[17]。煤系石墨三號是煤石墨化早期階段的產(chǎn)物，劃歸半石墨，也有人稱為石墨化煤，屬于無煙煤與石墨之間的過渡產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)演化和理化特征也具有過渡性質(zhì)，具有類似石墨的工藝性能和加工利用潛力。煤系石墨三號若作為燃料使用是對資源的巨大浪費，將石墨化程度較低的此部分資源劃歸煤系石墨礦種，有利于資源保護，促進煤系共伴生礦產(chǎn)資源合理開發(fā)利用，也可以為煤系石墨分級分質(zhì)利用和提純提級技術(shù)創(chuàng)新留出足夠的發(fā)展空間。

6 結(jié)論

a.煤系石墨的科學評價和合理開發(fā)利用以煤系石墨鑒別和類型劃分為前提條件，制定煤系石墨鑒定標準，是當前煤系石墨礦產(chǎn)地質(zhì)勘查和開發(fā)利用領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)瓶頸問題。

b.制定煤系石墨鑒定標準的總體思路是以煤系石墨成礦機制研究為指導，以全國主要煤系石墨礦區(qū)實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果為依據(jù)，遵循科學性、系統(tǒng)性、適用性和可操作性的原則。

c.在前期工作的基礎(chǔ)上，修改完善了由初步鑒定指標和精確鑒定指標構(gòu)成的煤系石墨鑒定指標體系。前者包括揮發(fā)分產(chǎn)率Vdaf和最大反射率Rmax，用于資源評價和地質(zhì)勘查階段初步區(qū)分無煙煤與煤系石墨；后者包括晶面間距d002和石墨化度G(二者等效)、拉曼光譜參數(shù)R2，用以精確鑒別煤與煤系石墨，并劃分煤系石墨類型。

d.按礦石總體石墨化程度把煤系石墨劃分為一號、二號、三號等3 種類型，基于實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析所揭示的規(guī)律，確定了各個類型的劃分指標：煤系石墨一號，0.335 4 nm≤d002＜0.338 0 nm(G＞0.7)、R2＜0.50；煤系石墨二號，0.338 0 nm≤d002＜0.340 0 nm(G＞0.5～0.7)、R2=0.50～0.60；煤系石墨三號，0.340 0 nm≤d002＜0.344 0 nm(G＞0～0.5)，R2=0.50～0.60。

e.根據(jù)煤系石墨鑒定指標，建立了煤系石墨鑒別和類型劃分模板，我國主要煤系石墨礦區(qū)樣品實測數(shù)據(jù)的測試結(jié)果表明，該模版識別煤系石墨的符合度較高，具有實用性。