Лабораторная работа. «Определение основных физико-технических характеристик торфа».

Цель лабораторной работы: дать общее представление об основных физико-технических характеристиках торфа и методах их определения.

Задача лабораторной работы: определить следующие физико-технические характеристики верхового торфа:

- влажность;

- зольность;

- кислотность;

- дисперсность;

- фракционный состав;

- насыпная плотность.

Торф – сложное природное образование, многокомпонентная полуколлоидно-высокомолекулярная система, различные соединения которой придают ей признаки полиэлектролитов и микромозаичной гетерогенности. Исходный материал (растения-торфообразователи) и широкий диапазон условий торфонакопления являются причиной многообразия свойств торфа. По внешнему виду торф в естественном состоянии представляет более или менее однородную по составу и окраске массу черного или темно-коричневого цвета различных оттенков. В торфе выделяют твердое (сухое) вещество, жидкую и газообразную фазы. Торф характеризуется элементным и ботаническим составами. По ботаническому составу устанавливают соответствующее ему название вида торфа. Вид торфа – первичная таксонометрическая единица.

Наиболее универсальной характеристикой торфа, отражающей уровень биохимического распада растений-торфообразователей, является степень разложения R, показывающая содержание в торфе бесструктурного вещества, утратившего клеточное строение. Владея информацией о степени разложения торфа, можно определить примерное содержание в нём битумов и гуминовых кислот. Тип торфа дает представление о его зольности (А_с) – содержанию минеральных элементов.

Большую роль в формировании свойств торфа играет его кислотность (pH). Для торфа в естественном состоянии характерна высокая водонасыщенность (до 20 и более частей воды на одну часть сухого вещества). Основными физическими характеристиками торфа являются плотность и пористость. Они определяют состояние материала и его поведение в технологических процессах торфяного производства.

1. Влажность торфа (ω).

Торф как система состоит из трех фаз: сухое вещество, вода и газ. Пренебрегая массой газа, можно записать

, (1.1)

где m, m_c, m_в – масса торфа, сухого вещества и воды в нем.

Влажностью торфа называется отношение массы воды m_в к общей массе торфа m, выраженное в процентах. Эту величину ещё называют относительной влажностью

. (1.2)

В технологии торфяного производства традиционно пользуются этим показателем. Однако при рассмотрении теоретических вопросов, процессов сушки торфа более удобно пользоваться понятием влагосодержания.

Влагосодержанием (W) называется отношение массы воды к массе сухого вещества торфа (кг/кг):

. (1.3)

Таким образом, можно установить связь между влажностью и влагосодержанием:

; (1.4)

. (1.5)

В практике добычи и переработки торфа, а также использования торфяных месторождений и торфа в сельском хозяйстве установилось несколько специфических терминов.

Естественная влажность ω_е – влажность торфа в неосушенной залежи. Её значения находятся в пределах 86-94%. В среднем для верховой залежи ω_е равна 92% и низинной – 90%, следовательно, на каждый килограмм сухого вещества приходится 9-11,5 кг воды. Естественная влажность зависит от типа и вида торфа, его степени разложения.

Эксплуатационная влажность ω_э – влажность торфа в разрабатываемом слое осушенной залежи, подготовленной к эксплуатации, зависит от глубины разработки (экскавации), уровня грунтовых вод (нормы осушения) и степени разложения торфа. Глубина экскавации торфяной залежи определяется способом добычи торфа.

Условная влажность ω_у введена для планирования производства, учета готовой продукции и расчетов предприятия с потребителем и др. Такие показатели, как плотность, прочность, теплота сгорания приводятся обычно при значениях условной влажности.

Натуральная влажность ω_н – фактическая влажность торфа и готовой продукции. Этот показатель не постоянный и меняется под действием различных факторов.

Количество добытого торфа при натуральной влажности пересчитывается на условную по формуле

, (1.6)

где m_у, m_н – масса торфа при условной ω_у и натуральной ω_н влажностях.

Пользуясь уравнениями (1) и (3), найдем связь между массой торфа, его влажностью и влагосодержанием:

; (1.7)

. (1.8)

Методы определения влажности торфа.

Существует большое количество методов определения влажности торфа, которые можно разделить на: 1) прямые весовые, основанные на высушивании образца торфа; 2) косвенные электрические и радиометрические; 3) прямые и косвенные химические и физико-химические. Подробно рассмотрим первый метод.

Весовые методы определения влажности.

Эти методы основаны на прямом определении количества удаленной воды при сушке навески торфа. Различают типовой и ускоренный методы. При ускоренном методе сушка ведется в термостате (сушильном шкафу) при температуре 140-150 ^oС, а при типовом – 105-110 ^оС. Сушка длится до тех пор, пока масса навески торфа не перестанет изменяться или не начнет увеличиваться. Перед анализом влажный торфа тщательно измельчается или пропускается для усреднения через мясорубку с диаметром отверстий в решетке не более 4 мм. При анализе пробу пропускают через мельницу или растирают в ступке. Для сырого и сухого торфа берутся обязательно две параллельные пробы, засыпаются в бюксы по 5-10 г сырого торфа и 1,5-2 г сухого и взвешиваются с точностью до 0,01 г для сырых образцов и 0,001 г для сухих, то сушка считается законченной. Расчет влажности ведется по формуле

, (1.9)

где m – масса торфа вместе с бюксом; m_с – масса торфа с бюксом после сушки; m_б – масса пустого бюкса.

Подсчет результата для каждой параллельной пробы ведут до сотых долей, средний результат – до десятых.