Практическая работа № 2 качественная характеристика ископаемых углей

Цель работы:

1. Оценить значение химических и химико-технологических показателей, на основании которых проводится качественная характеристика углей.

2. Научиться составлять качественную характеристику ископаемых углей по данным элементного и технического анализов.

1. Элементный анализ углей

Элементный анализ углей (ГОСТ 2408-49) заключается в определении количественного содержания в веществе угля основных элементов: углерода (С), водорода (Н), кислорода (O), азота (N) и серы (S). В сумме они составляют почти 100% органической массы угля (в состав угля иногда входят фосфор и редкие элементы).

В связи с тем, что значения элементного анализа искажаются из-за постоянного присутствия в углях минеральной примеси (наличие карбонатов завышает содержание углерода, содержание глинистых минералов - водорода), полученные результаты пересчитываются по соответствующим формулам на горючую массу (С^г, Н^г, О^г, N^г, S^г) или органическую (С^о, Н^о, О^о, N^о, S^о). При содержании в углях более 2% углекислоты в расчетную формулу определения углерода вводится поправка.

Углерод. Основная роль в ископаемых углях принадлежит углероду (С^г, С^о), содержание которого с увеличением степени метаморфизма возрастает от 63 до 98% (в бурых углях от 63 до 75%, в каменных от 75 до 90% и в антрацитах от 90 до 98%). В процессе метаморфизма содержание углерода в углях (от бурых до антрацитов) увеличивается неравномерно, в бурых и слабо углефицированных каменных - быстрее, чем в более углефицированных каменных и антрацитах.

В петрографических ингредиентах, находящихся на одной и той же стадии метаморфизма, содержание углерода, как правило, всегда выше у фюзена. При полном сгорании углерода выделяется 8140 кал/г.

Водород. Является существенной частью углей. С увеличением степени метаморфизма содержание водорода в углях уменьшается. Гумусовые угли содержат водорода от 6,5 до 0,8% (бурые – 6,5%; каменные от 5 до 3-2% и антрациты от 3-2 до 0,8%). Липтобиолиты и сапропелиты характеризуются повышенными содержаниями водорода: липтобиолиты от 9 до 6%, сапропелиты от 13 до 7%.

Из петрографических ингредиентов, находящихся на одной к той же стадий метаморфизма, наибольшее содержание водорода характерно для витрена. Теплота сгорания водорода 34 200 кал/г.

Кислород является постоянной нежелательной примесью углей, так как снижает их теплоту сгорания. Содержание кислорода в углях с увеличением степени метаморфизма уменьшается от 30 до 1 и менее % (бурые - от 30 до 10%, каменные - от 10 до 2%, антрациты от 8 до 1 и менее %).

Азот присутствует в углях в небольших количествах, не более 8%. Полагают, что с увеличением степени метаморфизма содержание азота в углях увеличивается. В гумусовых углях, липтобиолитах и сапропелитах количество азота колеблется в одинаковых пределах.

Сера является нежелательной примесью углей. Общее содержание ее в углях изменяется от долей процентов до 3-12% (см. ниже, технический анализ углей).

Данные элементного анализе углей позволяют судить:

1) по количественному содержанию водорода о природе угля: гумусовые угли, липтобиолиты, сапропелиты;

2) по содержанию углерода, а также соотношению углерода и кислорода - о степени метаморфизма (уголь бу­рый, каменный, антрацит);

3) пользуясь соответствующими формулами по данным элементного анализа можно рассчитать теплому сгорания угля, выход химических продуктов коксования, однако элементный анализ не позволяет в достаточной мере опреде­лить химико-технологические свойства ископаемых углей.