煤中矿物质成分复杂,不同变质程度的煤中各类矿物质的含量和赋存状态差异明显。煤焦化与焦炭气化过程中,多种矿物质混合在一起,导致矿物质转变难于分析。然而,煤中部分矿物质对焦炭的反应性、冷态强度和热态强度等冶金性能有重要影响,矿物质含量、种类和赋存状态也造成了碳素溶损反应及焦炭内气孔壁的巨大差别。所以分析煤和焦炭中矿物质种类、含量和赋存状态,整体研究煤中矿物质的物相转变规律具有十分重要的意义。首先,运用矿物质物相定量分析方法和Factsage研究了南桐煤和永混煤焦化过程中主要矿物质的含量及物相转变规律。研究结果表明:南桐煤中主要矿物质及含量:石英类矿物含量为19.57%,高岭土含量为46.03%,黄铁矿含量为7.83%,方解石含量为17.64%;南桐煤焦化所得的焦炭中,主要矿物质及含量:石英类矿物含量为35.48%、莫来石含量为30.03%、磁黄铁矿含量为7.01%和γ-Al2O3含量为10.12%。南桐煤焦化过程中,粘土矿物完全分解转变,65.24%高岭土分解产生莫来石,17.02%分解产生方石英和γ-Al2O3,剩余部分也将与南桐煤中的其他矿物质反应生成新的矿物。89.53%黄铁矿转化为磁黄铁矿,石英类矿物含量由19.57%升高到35.48%。方解石完全分解。永混煤焦化过程中,主要矿物质转变特征与南桐煤相近。矿物质定量分析方法所得矿物质的含量与理论计算差别很小,从理论上证明了矿物质定量分析方法的准确性。其次,采用矿物质物相定量分析方法研究了混合煤焦化与焦炭气化过程中的矿物相转变规律,分析了焦化条件对煤焦化与焦炭气化过程中的矿物相转变特征的影响。研究结果表明:混合煤焦化过程中,粘土类矿物完全分解,高岭土主体分解为莫来石与硅线石,剩下的主要分解为方石英和γ-氧化铝。此外,硬石膏的含量会有所下降。焦炭气化反应后,石英类矿物的含量下降,硬石膏和莫来石的含量分别上升了0.53%和8.95%。随着温度的升高,混合煤所炼成的焦炭中,高岭土的分解产物石英类矿物、γ-氧化铝和莫来石(硅线石)的含量增加,硬石膏与其他矿物反应使自身含量先上升后下降。焦炭气化反应后,矿物质的含量变化不大。随着焦化时间的升高,焦炭中石英类矿物的含量上升,莫来石的含量下降,焦炭气化反应后,石英类矿物仍上升,硅线石的含量有一定的差别。最后,采用矿物质物相定量分析方法与扫描电镜分析了添加剂对煤焦化与焦炭气化过程中的矿物相转变特征的影响。研究结果表明:氧化钙的添加使南桐煤及混合煤所炼制焦炭中石英类矿物、莫来石含量下降,且氧化钙与煤中矿物反应使含钙矿物的含量增加。焦炭气化反应后,矿物的含量与反应前相差不大,但矿物含量随氧化钙的添加有极大的差异。二氧化钛的添加对混合煤焦化与气化过程中的矿相转变特征影响较小,而其自身在300℃时转化为锐钛矿,气化反应后发生晶型转变转化为金红石。氧化钙的添加对焦炭的微观形貌具有极大的影响,焦炭气孔表面白色矿物随着氧化钙含量的增加而增多,且从大颗粒状向针状转化,最后完全附着在气孔内部。焦炭气化反应后,白色矿物呈层状附着在焦炭气孔外壁。层状分布密集程度与气孔壁表面的粗糙程度随着氧化钙含量增加而加深。添加二氧化钛所炼成焦炭中,气孔中白色矿物分布零散且粒度很小。随着二氧化钛含量的增加,表面白色矿物逐渐增多,并团聚在一起。添加二氧化钛焦化所炼制焦炭气化反应后,焦炭气孔壁的破坏程度相比添加氧化钙和无添加剂气化反应后的焦炭小。