Все показатели состава и свойств угля
и их качественные характеристики имеют условные обозначения
в виде буквенных символов и индексов. Анализируемые состояния угля:
рабочее (г), аналитическое (а), сухое (d). Условные состояния угля: сухое
беззольное (daf), влажное беззольное (af), органической массы (о). Все свойства
и параметры, характеризующие качество углей, определяются
в соответствии с нормативно-методическими документами, перечень
которых приведен в приложении. В каждом рабочем пласте макроскопически
выделяются литотипы угля и определяется усредненный микрокомпонентный
cocтав выделяемых литотипов и пласта в целом.
Гранулометрический состав — количественная
характеристика угля по размеру кусков — нормируется для всех видов
использования. Разделение угля на классы крупности производится путем его
сортировки (грохочения) на ситах с отверстиями соответствующих
размеров.
Механическая прочность углей изучается по двум
параметрам: способность угля сохранять размеры кусков при ударе и при
истирании. Она необходима при использовании углей для газификации, получении
термоантрацитов, в электродном и литейном производствах.
Термическая прочность угля характеризуется механической
прочностью в кусках после термической обработки. Она исследуется
в углях, предназначенных для сжигания в топках транспортных средств,
полукоксования, гидрирования и получения литейных электродных
термоантрацитов.
Электрические свойства служат для оценки стадий
метаморфизма: угли на низких стадиях являются диэлектриками,
на средних — полупроводниками, на высоких (антрациты) —
проводниками.
Плотность углей характеризует его пористость.
В естественном состоянии извлеченный из недр уголь обычно имеет
многочисленные трещины и включает поры (пустоты) различной формы
и размеров. Различают действительную (dr) и кажущуюся (da), закрытую
и открытую пористость.
Элементный анализ включает в себя определение
содержания в органической массе следующих основных элементов: углерода,
водорода, азота, кислорода и органической серы. Поскольку углерод, водород
и кислород содержатся в минеральной части углей, входят в cocтав
карбонатов, оксидов, а также содержатся в гидратной воде силикатов,
различают соответственно содержание этих элементов: общее (ct, Ht, ot), в органической
массе (co, Ho, oo) и в минеральной части углей (cm, Hm,
om).
Технический анализ объединяет определение основных
показателей качества угля, предусмотренных требованиями нормативных документов
для всех видов их использования. К показателям качества угля
относятся: влажность, зольность, содержание серы, фосфора, выход летучих
веществ, теплота сгорания. В случаях, когда направление использования
углей конкретного месторождения определено в достаточной степени,
производится сокращенный технический анализ, включающий определения только зольности
углей, влажности и выхода летучих веществ.
Зольность представляет собой отношение (в %) массы
неорганического остатка (золы), получаемою после полною сгорания угля,
к массе исследуемой пробы угля. Основные компоненты — оксиды Si, Al, Fe, Са,
Mg, Na, К, подчиненное значение имеют оксидыTi, Р, Мn.
Выход и состав золы зависят от природы угля, условий его сжигания
(прежде всего от скорости озоления и конечной температуры
прокаливания). По составу золы угли подразделяются на кремнистые (SiO2 40-70%),
глиноземные (А2O3 30-45%), железистые (Fе2О3 > 20%),
известковистые (СаО — 20-40%).
Влажность подразделяется на поверхностную (влага
смачивания), максимальную (Wmaxвлагоемкость угля, свойственная его химической
природе, петрографическому составу, степени yглефикации), воздушно-сухого угля
(представлена адсорбционно связанной водой и характеризует пористость
и гидрофильные свойства поверхности частиц угля) и общая (суммарная
величина внешней влаги и влаги воздушно-сухого угля).
Сернистость угля. Массовая доля обшей серы (Std) в углях
колеблется в широких пределах. По этой величине угли разделяются
на низкосернистые (до 1,5%), среднесернистые (1,5-2,5%). сернистые
(2,5-4%) и высокосернистые (более 4%). Сера входит в состав
органического вещества, минеральной части угля, иногда присутствует в виде
элементарной. Выделяют следующие разновидности серы: органическую (So), сульфидную (Ss), сульфатную(SSO4).
Содержание фосфора (Р ) в углях обычно
не превышает 0,05%. Массовая доля его ограничивается лишь в углях,
направляемых на получение специальных сортов доменного кокса (<0,012%),
а также в антрацитах, используемых при производстве карбида кальция
(<0,05%).
Выход летучих веществ (V) оценивается при
нагревании угля без доступа воздуха по разности разложения на газо- и парообразные
продукты и твердый нелетучий складок. Cocтав летучих продуктов
представляет собой первичный деготь (для бурых углей) или каменноугольную смолу
(для каменных углей). Они состоят из газов (СО, СО2, H2, CH2)и летучих
yглеводородов и их производных, а тaкжe воды.
Теплота сгорания угля (Q) используется для
сопоставления теплотехнических свойств углей различных месторождений, марок
между собой и с другими видами топлива. Определение теплоты сгорания
производится замером количества тепла, выделяемого единицей массы угля при
полном сгорании eгo в калориметрической бомбе в cpeде сжатого
кислорода в стандартных условиях. Соответвуюшими пересчетами величины
теплот сгорания получают значения выешей теплоты сгорания (Qs) с исключением
тепла, полученного за счет кислотообразования, и низшей (Qi) теплоты
сгорания с дополнительным исключением тепла, полученною за счет
испарения воды.
Термические свойства углей характеризуются спекаемостью
и коксуемостью.
Спекаемость — свойство угля при нагревании без доступа
воздуха переходить в пластическое состояние с образованием связанного
нелетучсго остатка. Свойство углей спекать инертный материал
с образованием такого остатка называется спекающей способностью. При нагреве
углей определенного петрографического состава и степени углефикации выше
300°С без доcтупа воздуха из них выделяются napoгазовые и жидкие
продукты. При температуре 500-550°С масса затвердевает, образуется
спекшийся твердый остаток — полукокс. При дальнейшем увеличении
температуры (до 1000 С и более) в полукоксе снижается
содержание кислорода, водорода, серы, возрастает содержание углерода. Полукокс
переходит в кокс. Спекаемостью обладают каменные угли II-V стадий
метаморфизма, определенного петрографического состава.
Коксуемость — свойство измельченного угля спекаться
с последующим образованием кокса с установленной крупностью
и прочностью кусков. Изучается прямыми (лабораторное, ящичное
и полузаводское коксование) и косвенными методами.
Групповой анализ чаще всею используется для оценки
качества бурых углей, в которых при обработке растворителями или
химическими реагентами часть органической массы угля переходит в растворы
и некоторые получаемые из экстрактов вещества (битумы, гуминовые
кислоты) применяются в различных отраслях народного хозяства. Битумы,
извлекаемые из легких бурых углей opганическими растворителями (бензолом,
бензином и др.) представлены в основном восками и смолами.
Минимальное содержание восксодержащего битума в бурых углях, используемых
в промышленности, составляет 7%. Гуминовые кислоты угля — смесь
кислых высокомолекулярных аморфных темноокрашенных органических веществ
с высокой степенью окисленности и гидрофильностью, извлекаемых
из угля водными щелочными растворами. Выход гуминовых кислот из бурых
и окисленных каменных углей колеблется от нуля до 100%
органической массы.
Микроэлементы в углях находятся как
в органической, так и в минеральной массе. Они представлены
соединениями цветных металлов, редких и рассеянных элементов, суммарная
концентрация которых обычно не превышает 1% сухой массы угля.
Наибольшее практическое значение для извлечения имеют уран и германий.
Кроме того, попутно могут извлекаться галлий, ванадий и другие.
Для определения содержания в углях «малых» элементов используются спектральный,
спектрофотометрический, активационный и атомно-абсорбционный методы.
|