Сторінка
1

Елементний склад твердих горючих копалин

При елементному аналізі ТГК визначають С, Н, О, N і Sорг., а також іноді фосфор і деякі інші елементи, які беруть участь в побудові складних органічних речовин, а не знаходяться в ТГК у вільному стані.

За вмістом вуглецю судять про енергетичну цінність вугілля. Водень є другим по значущості після вуглецю елементом органічної маси. Він входить до складу різних органічних сполук і в кристалічну воду деяких мінералів неорганічної частини вугілля. Азот і кисень є баластними складовими вугілля, що використовується як для енергетичних цілей, так і для термічної переробки.

У відповідності зі стандартом ISO 625-75 для одночасного визначення вмісту вуглецю і водню використовується метод Лібіха, в якому наважка ТГК спалюється в струмені кисню. Продукти неповного згоряння, що утворюються доокиснюють розжареним оксидом міді до СО2 і Н2О, за масою яких шляхом перерахунку визначають вміст вуглецю і водню.

Прискорений метод визначення масової частки вуглецю і водню здійснюють за ГОСТ 6389-71, в якому як каталізатор використовують оксид міді або хрому. Порошкоподібний каталізатор поміщають в човнику з наважкою, де спалюють вугілля. За масою вловлених продуктів окиснення (СО2 і Н2О) розраховують вміст вуглецю і водню. Розходження, що допускаються між двома паралельними визначеннями не повинні перевищувати 0,3 % при визначенні вуглецю і 0,15 % при визначенні масової частки водню.

Поправку на вміст вуглецю в мінеральних речовинах роблять при аналізі золи вугілля і горючих сланців.

Визначення вмісту азоту проводять методом Кьєльдаля, по якому наважка вугілля, що досліджується, обробляється в колбі з тугоплавкого скла 4-5 годин киплячою концентрованою сірчаною кислотою в присутності каталізатора (оксиду ртуті, йодиду калію, сульфату міді або ін.). Внаслідок цього весь вуглець і водень окиснюються в СО2 і Н2О, а азот переходить в NH3, який знадлишком кислоти утворює сульфат амонію. Останній розкладається потім в іншій колбі концентрованим лугом, а аміак, що утворюється вловлюється кількісно титруванням сірчаною кислотою.

Визначення вмісту азоту можливе за стандартом ISO-333-75, згідно з яким наважка вугілля нагрівається з сірчаною кислотою в присутності каталізатора. Сірчанокислий амоній, що утворюється розкладається лугом, розчин переганяється з водяною парою, а аміак, що виділяється поглинається борною кислотою, надлишок якої відтитровується сірчаною кислотою.

Визначення масової частки кисню за ГОСТ 2408.3-75 основане на відновленні продуктів піролізу вуглецю палива в потоці аргону, окисненні отриманого при цьому оксиду вуглецю до СО2, вловлюванні останнього і визначенні його кількості. Вміст кисню обчислюють по кількості СО2.

Частіше застосовують розрахунковий метод визначення кисню у вугіллі (ГОСТ 2408.3-75). Масова частка кисню визначається по різниці:

, %.

При масовій частці СО2 мінеральних речовин понад 2 %:

, %.

Органічна сірка у вугіллі визначається по різниці розрахунковим методом:

.

Загальний вміст фосфору у вугіллі невеликий: в Донбасі від 0,007 до 0,062 %, в Кузбасі - до 0,12 - 0,17 %. Фосфор додає металу холодноламкість - підвищену крихкість при кімнатній і більш низьких температурах.

ТГК різної природи і ступеня вуглефікації значно відрізняються між собою за елементним складом. У ряду гумітів з підвищенням ступеня вуглефікації найбільш різко змінюється зміст кисню від 30-40 % в торфах до 1 % в антрацитах, тобто в 30-40 разів; в 2-5 рази меншає вміст водню (6,5-1,3 %), а вміст вуглецю збільшується майже в 2 рази - від 53-62 до 98 %. Отже, процес вуглефікації (метаморфізму) гумітів виявляється в таких перетвореннях їх органічної маси, внаслідок яких відбувається переважно видалення кисень- і воденьвмісних фрагментів і відносне підвищення за рахунок цього вуглецьвмісних структурних фрагментів.

У ряду сапропелітів від торфової стадії до більш зрілих спостерігається збільшення вмісту вуглецю (50-82 %) і зменшення кількості кисню (25-7 %). Закономірної зміни вмісту водню для сапропелітів різного ступеня вуглефікації не спостерігається (6-10 %). Вміст водню в сапропелітах завжди в 1,5-2 рази більше, ніж у гумітах, що є характерною ознакою сапропелітового походження вугілля.

Ліптобіоліти містять більше водню, ніж гуміти, і мало відрізняються від сапропелітів.

Вміст азоту із зростанням ступеня в вуглефикації гумітів знижується з 1,8 до 0,1 % у вугіллі Донбасу, однак, це правило не розповсюджується на кам'яне вугілля Кузбасу, вміст азоту в якому коливається від 1,34 до 3,02 %. У сапропелітах вміст азоту коливається від 0,5 до 6 %.

Петрографічні інгредієнти також відрізняються за елементним складом. У одному і тому ж вугіллі найбільша кількість вуглецю міститься в фюзиніті, а у вітриніті і лейптиніті його вміст практично однаковий. З підвищенням ступеня вуглефікації вміст вуглецю більш різко підвищується у вітриніті, а менше - в фюзиніті. Зі збільшенням ступеня вуглефикації вміст вуглецю у вітриніті і фюзиніті зближується, але навіть в антрацитах не співпадає.

Найбільша кількість водню в одному і тому ж вугіллі міститься в лейптиніті, а найменша - фюзиніті, найбільшу кількість кисню містить вітриніт, а найменшу - фюзиніт.

ЛІТЕРАТУРA

1. Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.

2. Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.

3. Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.

4. Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.

5. Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.-- М. Недра 1980.-- 256 с.

6. Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых.-- К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.-- 255 с.

7. Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. -- М. : Недра, 1980. -- 266 с.

8. Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.-- М : Недра, 1975.-- 159 с.

9. Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.--М. : Недра, 1978.--231 с.

10. Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.-- К. : Наук. думка, 1982.-- 166 с.