Сторінка
1

Гумінові кислоти, бітуми, гірський віск

Слабкі водні розчини лугу витягують з торфу і бурого гумусового вугілля групу речовин, що носять загальну назву гуматів солей гумінових кислот (ГК). На свіже кам'яне вугілля і антрацити луги практично не діють, що свідчить про відсутність в них фрагментів, з кислотними функціями. Реакція з лугами часто застосовується для визначення до якого, - бурого чи кам'яного, належить досліджуване вугілля (реакція Е.Донаба), що досліджується, а також для визначення ступеня окиснення кам'яного вугілля.

Для витягання гумінових кислот з торфу і бурого вугілля найбільше поширення отримав метод Е.Ердманна, за яким заздалегідь екстраговане сумішшю спирту з бензолом (1:1) буре вугілля в кількості 2-5 г обробляється в конічній колбі 800 мл 1%-ним розчином NaOH при нагріванні протягом години на водній бані і частому струшуванні. У випадку торфу проводиться також попередня обробка його водою і 2-5 % HCl. Через добу з колби зверху відбирається піпеткою 200 мл прозорого розчину, який підкисляється надлишком соляної кислоти. У осадок випадають гумінові кислоти, які відфільтровують через беззольний фільтр з фіксованною вагою, який промивається потім водою, висушується у вакуумі при температурі до 80 0С і зважується. Вага гумінових кислот, за вирахуванням ваги золи, множиться на 4 і визначається вміст гумінових речовин в ТГВ.

Визначення загального виходу гумінових кислот за ГОСТ 9517-76 полягає в обробці вугілля лужним розчином пірофосфорнокислого натрію з подальшою екстракцією гумінових кислот розчином їдкого натра при нагріванні, осадженні їх надлишком соляної кислоти і визначенні маси отриманого осадку.

Визначення виходу вільних гумінових кислот полягає в екстракції ГК з проби вугілля 4 % розчином NaOH при нагріванні, подальшому осадженні їх надлишком соляної кислоти і визначенні маси отриманого осадку.

Зміст гумінових кислот в торфах і вугіллі коливається від 10 до 88 % причому з підвищенням ступеня вуглефікації бурого вугілля і з наближенням їх до стадії кам'яного вміст ГК меншає.

Гумінові кислоти, що виділяються з різних торфів і вугілля, помітно відрізняються не тільки за виходом, але також за властивостями і складом, оскільки вони є сумішшю трьох груп речовин, схожих за їх реакцією зі слабкими лугами, але відмінних за розчинністю у воді і спирті. Частину ГК, розчинну у воді, називають фульвокислотами, не розчинну у воді, але розчинну в спирті гематомелановими, а нерозчинні у воді і спирті гумусовими кислотами. У ГК торфу фульвокислоти складають від 5 до 18 %, а в ГК бурого вугілля 1-3 %. Найбільш вивченими є гумусові кислоти, кількісно переважають в суміші, а найменше фульвокислоти.

Фульвокислоти виділяють разом з іншими ГК 1-2 % розчинами лугів, але з лужних розчинів соляна кислота їх не осаджує і вони залишаються в кислому фільтраті. Водні розчини фульвокислот мають золотисто-жовтий або оранжево-жовтий колір, вміст вуглецю в них 44-50 %, водню 5-6 %.

Гематомеланові кислоти мають в розчиненому вигляді червонувато-коричневий колір, а в твердому вигляді це коричневі аморфні порошки, що містять біля 62 % вуглецю, 3-6 % водню і азот, молекулярна маса - 700-900.

Гумусові кислоти являють собою коричневі аморфні порошки, що розкладаються при нагріванні. Їх густина змінюється від 1,33 до 1,45 г/см3 і закономірно збільшується з підвищенням зрілості торфу і бурого вугілля.

Розроблена принципова схема отримання безбаластних гуматів, яка включає стадії подрібнення до 3-6 мм, приготування 2 % розчину лугу, змішування лужного розчину з вугіллям, екстракцію гуматів, розділення суміші на тверду і рідку фази і упарювання розчину гуматів до отримання сухого гумату натрію.

У промисловому масштабі з бурого вугілля добувають гумат натрію, товарна анзва -- вуглелущний реагент УЩР, який ефективно знижує в'язкість і стабілізує глинисті розчини при бурінні свердловин і особливо в складних геологічних умовах.

Розроблено два способи отримання УЩР мокрий і сухий. Промислове виробництво здійснене за сухим способом, що вигідно відрізняється простотою апаратурного оформлення, невеликими капітальними вкладеннями і експлуатаційними витратами.

Давно помічено, що органічні розчинники і їх суміші здатні витягувати з твердих горючих копалин різні кількості речовин. Обробка здійснюється наступними методами.

1. Обробка розчинниками при кімнатній температурі.

2. Обробка розчинниками при температурах нижче за точку їх кіпіння (за принципом екстрактора типу Сокслета).

3. Обробка киплячими розчинниками або в їх парах (за принципом екстрактора Грефе або Грефе-Зайченка).

4. Обробка розчинниками при температурі вище за точку їх кипіння під тиском (в автоклаві).

Обробка при кімнатній температурі здійснюється шляхом безпосереднього контакту вугілля з розчинником в колбі або іншій посудені протягом певного часу.

Обробка ТГК розчинниками в екстракторі Сокслета основана на тому, що сконденсовані пари киплячого розчинника поступають в гільзу з пробою ТГК, що досліджується, де холодний або теплий розчинник взаємодіє в ним, утворюючи розчин, періодично або постійно перетікаючий по сифонній трубці в колбу екстрактора.

Екстрактор Грефе відрізняється тим, що ТГК в гільзі з фільтрувального паперу вміщується всередині колби, в парах киплячого розчинника.

Під дією органічних розчинників з різних видів ТГК в розчин переходять ті або інші кількості екстрактів що іменуються бітумами. Кількість, склад і властивості речовин, що виділяються навіть з одного і того ж зразка різними розчинниками і в різних умовах неоднакові, в зв'язку з чим потрібна стандартизація умов обробки.

У країнах СНД екстрагування бітумів з бурого вугілля проводять бензолом за ГОСТ 10969-74. Бензол переганяють з розчину, отриманий екстракт висушують до постійної маси. Для досліджень застосовується екстракційний прилад типу Грефе.

Частіше за все при аналізі бітумів визначають лише дві групи речовин - віск і смолу, оскільки розділення бітумів на ці групи має важливе практичне значення.

Вміст смол в бітумі визначають шляхом розчинення його в ацетоні. Віск в ацетоні не розчиняється, а смоли йдуть з бітумів в ацетон, а потім визначаються після випаровування ацетону. Визначення масової частки смол в бітумі може бути виконане шляхом розчинення смолистих речовин в сірчаному ефірі при кімнатній температурі.

Вміст воску в бітумах торфів коливається від 16,6-55,7 % у верхових торфах до 42,4-80,9 % в низинних торфах.

Вихід і склад бітумів з бурого вугілля різних родовищ і типів, так як і для торфу, коливається у широких межах. У вугіллі Дніпровського буровугольного басейну вихід бітумів становить 2,3-20,9 %, у вугіллі Підмосковного басейну 1,3-4,8 %, а в землистому бурому вугіллі Німеччини 6,3-36,6 %, в американському бурому вугіллі 1,6-14,2 %.