10. технічний аналіз вугілляДля характеристики технологічних властивостей викопного твердого палива розроблено комплекс методів дослідження, об’єднаний терміном технічний аналіз. Оскільки викопне вугілля застосовувалося спочатку тільки як паливо, техніч- ний аналіз обмежувався визначенням горючої і негорючої складової. До негорючої ча- стини вугілля відносять вологу (позначається W, від німецького Wasser і англійського Water) і неорганічні або мінеральні речовини (M). Для характеристики вугілля за кількістю мінеральних речовин у вугіллі часті- ше за все користуються показником зольності (A, від німецького Ashe і англійського Ash), що визначається за залишком, який утворюється після повного згоряння наважки вугілля. Пізніше – в основному для потреб коксохімічної промисловості – введені ще три показники: а) вихід летких речовин (V), які утворюються при нагріванні вугілля до 850 – 1000 °С без доступу повітря; б) вихід і кількісна характеристика твердого нелеткого залишку (K або NV), який утворюється при визначенні виходу летких речовин; в) загальний вміст сірчистих сполук (St) (умовно перерахованих на елементну сірку), які входять до складу органічних і мінеральних речовин вугілля. Оскільки ці показники тією чи іншою мірою пов’язані з природою, ступенем вуглефікації і складом різних видів ТГК, то вони мають не лише теоретичне, але й практичне значення. На значення показників, які характеризують властивості вугілля, найбільше впливають умови відбору, підготовки та зберігання вугілля. Значення одних і тих же показників можуть змінюватися в широкому діапазоні в залежності від того, в якому
стані знаходиться вугілля – робочому, аналітичному чи сухому. В зв’язку з цим ці по- казники можна визначати лише при виконанні наступних умов: а) незмінність умов відбору, зберігання і підготування проби; б) жорстко визначені умови, за якими проводять випробування; в) визначеність вихідного стану проби, яка досліджується. Таким чином, вологість, зольність, спікливість і інші показники є конкретними тільки в тих випадках, коли однакові метод їх визначення та умови, в яких проводили- ся дослідження. Для одержання порівнюваних показників, отримані значення перера- ховують на певний стан палива (робочий, сухий і сухий знезолений), а також прово- дять стандартизацію методів відбору, підготовки і дослідження проби. 10.1. Відбір і приготування проб для аналізу 10.1.1. Випробування палива Випробування палива проводять для контролю його якості при видобуванні, збагаченні, переробці. Воно включає операції відбору, обробки і аналізу проби. Проба – невелика, взята із загальної маси частка речовини, середній склад якої ідентичний середньому складу палива, що випробовується. Основна вимога до проби – її репрезентативність (представницькість, показність). Це поняття означає, що власти- вості проби повинні правильно відображати властивості всього палива, від якого проба відібрана. Це особливо важливо, оскільки випробовують багато тисяч тонн вугілля, а наважки, наприклад, для визначення зольності, вмісту сірки, вуглецю і інших компо- нентів складають до 1 г. За результатами, отриманими при аналізі цих наважок, судять про склад і властивості всієї маси палива, що випробовується. Можна бездоганно ви- конати аналіз проби, але результати створять хибне уявлення про склад і властивості палива, якщо проба була неправильно відібрана. Неправильно відібрана проба знецінює результати аналізу – це положення не- обхідно завжди мати на увазі при проведенні випробування вугілля. Основний чинник, що ускладнює відбір показної проби, – неоднорідність тве- рдого палива. Неоднорідність виявляється перш за все в тому, що до складу вугілля входять органічні і мінеральні складові. Органічна маса, в свою чергу, неоднорідна за складом, оскільки в її утворенні брали участь різноманітні вищі і нижчі рослини, а умови їх перетворення були різні в різні часові періоди. Шар органічного матеріалу періодично перекривався наносами речовин неорганічного походження (породні про- шарки), що збільшувало неоднорідність маси палива. Умови видобутку і ступінь под- рібнення також істотно впливають на неоднорідність палива. Пробу, безпосередньо відібрану від маси палива, називають первинною. Така проба зазвичай складається з різних за розмірами шматків вугілля і має масу від кількох десятків до сотень кілограмів, тому непридатна для проведення аналізу. Для того, щоб оцінити середню якість первинної проби вугілля і провести лабораторні випробуван- ня, необхідно значно зменшити її масу, тобто скоротити первинну пробу. Для збере- ження показності проби процесу скорочення мають передувати подрібнення проби і ретельне перемішування.
Сукупність операцій з подрібнення, перемішування і скорочення первинної проби з метою приготування проб, придатних для проведення аналізу, називається об- робкою або обробленням. Оброблення – другий ступінь випробування. Основна вимога до обробки пер- винних проб – збереження показності на всіх стадіях оброблення. Для того, щоб правильно організувати випробування палива на вугільних підп- риємствах, слід проводити його в строгій відповідності до Правил і норм відбору і об- робки проб, встановлених ГОСТ 10742-71 (ІСО 1938:1975, ІСО 5069.1:1989 і ІСО 5069.2:1989). Особлива увага повинна бути приділена відбору проб, оскільки практика і теорія контролю якості показують, що найбільша похибка виникає при відборі (до чотирьох п’ятих від загальної похибки), а найменша – при аналізі проби. 10.1.2. Види проб Залежно від цілей і призначення випробування розрізняють експлуатаційні, то- варні, контрольні, збірні і технологічні проби. Проби пластів і експлуатаційні проби характеризують паливо в процесі його видобування; товарні і контрольні – оцінюють паливо як товарну продукцію вугільних підприємств і збагачувальних фабрик; збірні проби використовують для визначення середніх показників якості вугілля, що відвантажується споживачам протягом місяця, і, нарешті, технологічні проби відбирають на різних стадіях збагачення для контролю за роботою устаткування. Проба пласта характеризує будову і якість пласта в точці відбору проби (ГОСТ 9815-75). Пробу пласта відбирають безпосередньо у вибоях гірничих виробок або на розрізах висіканням поперечної борозни у вугільному пласті. При простій будові пласта пробу виймають по всьому розрізу борозни, вклю- чаючи всі пачки вугілля і породні прошарки, що підлягають сумісному видобуванню (загальна проба). При складній будові пласта від кожної пачки вугілля і породного прошарку потужністю більше 10 мм відбирають проби окремо, не допускаючи змішу- вання. Після подрібнення кожну з проб ділять на дві частини, для одної з котрих ви- значають зольність і дійсну густину. Другу частину цих проб змішують і складають таким чином загальну пробу, яка характеризує пласт в цілому. В загальній пробі пласта визначають вміст вологи і сірки, зольність, вихід летких речовин, теплоту згоряння і показники спікливості. При необхідності визначення фракційного складу з уже відібраної проби плас- та відбирають спеціальну пластово-фракційну пробу. Експлуатаційну пробу відбирають від видобутого палива для характеристики якості товарної продукції, яка видобувається з окремої лави або ділянки з врахуванням засмічення вугілля породою (ГОСТ 16094-78). Експлуатаційні проби призначені для визначення гранулометричного складу, зольності і вмісту мінеральних домішок (поро- ди) з розмірами грудок 25 мм і більше. Експлуатаційна проба відбирається на кожній дільниці при нормальному технологічному процесі видобутку вугілля не рідше одного разу на півріччя. Товарна проба характеризує якість палива, відвантаженого споживачам. Це мо-
же бути вугілля, видобуте в шахті, на розрізі, або концентрат і промпродукт, отримані при збагаченні. Одну товарну пробу відбирають від кожної партії палива. Поняття «партія» означає: маса палива, яка вироблена і відвантажена споживачам за певний проміжок часу (добу, зміну і т. д.) (ГОСТ 10742-71). За наслідками аналізу товарної проби (зольність, вихід летких речовин, вміст вологи, сірки, показники спікливості) проводять взаємні розрахунки між постачальником і споживачем, тому ці проби нази- вають також товарно-розрахунковими. Контрольну товарну пробу відбирають у разі потреби для уточнення і перевір- ки показників, за якими проводять розрахунки при постачанні. Контрольне випробу- вання товарної продукції проводиться постачальником або споживачем, якщо вини- кають розбіжності або сумніви в правильності результатів аналізу вугілля. Збірні проби призначені для визначення середньої якості палива, відвантаженого з підприємства протягом місяця (ГОСТ 1817-64). Збірні проби готують окремо за марка- ми, технологічними групами вугілля і продуктами збагачення палива відповідно до ви- дів продукції, які виробляє підприємство. Збірну пробу складають протягом місяця шляхом набирання до неї по одній порції від кожної аналітичної товарної проби. Маса цих порцій пропорційна масі палива (величині партії), від якої була відібрана первинна товарна проба. В збірній пробі після її скорочення визначають вологість, зольність і інші параметри, передбачені в стандартах на паливо залежно від подальшого його викорис- тання, наприклад, вміст сірки, теплоту згоряння, показники спікливості. Технологічні проби відбирають на збагачувальних фабриках для контролю за технологічним процесом і роботою основного устаткування, тобто для проведення те- хнічного контролю виробництва. 10.1.3. Відбір проб При товарному випробуванні, як правило, застосовують точковий спосіб відбо- ру проб (ГОСТ 10742-71). Це означає, що первинна проба, яку називають в цьому випа- дку об’єднаною, складається з окремих порцій палива – точкових проб. Об’єднана проба – це проба, що складається з необхідного числа точкових проб, відібраних безпосередньо з партії палива, яка характеризує його середню якість. Точкова проба – це маса палива, відібрана з одного місця одноразовим рухом пристрою для відбору проб. Вельми істотним при випробуванні є встановлення норм відбору, тобто маси палива, яка повинна бути відібрана в об’єднану пробу. Оскільки об’єднана проба ви- значається числом і масою точкових проб, необхідно встановити, скільки і якої маси узяти точкових проб, щоб отримана об’єднана проба задовільно представляла середню якість партії палива. Раніше при ручному способі відбору проб норми відбору були встановлені на підставі багаторічної практики випробування. Такий чисто емпіричний підхід виявився недостатнім при переході до механізованих і автоматизованих методів випробування. Була розроблена теорія випробування, в основі якої лежать закономір- ності теорії ймовірності і методи математичної статистики. Серед показників якості вугілля є один, який розподіляється масою палива найбільш нерівномірно і, отже, може бути характеристикою неоднорідності палива.
Норми відбору повинні розраховуватися за цим найбільш мінливим показником якос- ті. Теоретично і практично було доведено, що випробування, проведене за цим пара- метром, гарантує збереження показності проби за будь-яким іншим показником якості. При вивченні вугілля визначили, що показник якості, який змінюється найбільше, – зольність, тому всі розрахунки норм відбору проб ведуться за зольністю, перерахова- ною на сухе вугілля. Похибка визначення зольності використовується для оцінки похибки випробу- вання в цілому (відбір, обробка і аналіз проби). Це значення похибки встановлюється наперед в стандарті або в договорі про постачання палива і є підставою для розрахунку норм відбору проб. Так, в ГОСТ 10742-71 похибка випробування з вірогідністю 95\% прийнята для палива із зольністю менше 20\% – ±1,0\% (відносна похибка визначення), а із зольністю більше 20\% – ±2\% (абсолютна похибка визначення). Це означає, що якщо при аналізі проби зольність складає 35\%, то дійсна зольність палива з вірогідністю 95\% знаходиться в межах від 33 до 37\% і така розбіжність в результатах визначення зольно- сті допускається при випробуванні партії палива, проведеному постачальником і спо- живачем. Число точкових проб, які відбираються в об'єднану пробу, залежить від ступеня неоднорідності палива, а маса кожної точкової проби – від розміру шматків вугілля. Чим вища неоднорідність палива, тим більше точкових проб треба відібрати для отри- мання представницької проби, причому точкові проби повинні відбиратися рівномір- но від всієї маси, що випробовується. Відповідно до цього, від 1000 т рядового вугілля відбирають 32 точкові проби, а від збагаченого і сортованого – 16. Норми відбору точ- кових проб розраховують у кожному конкретному випадку за стандартом. Залежність маси точкової проби від розміру шматків вугілля виражається рівнянням: m = 0,06 D, де m – мінімальна маса точкової проби, кг; D – розмір максимальних шматків вугілля, мм. За розмір максимальних шматків рядового палива приймають розмір отворів сита, на якому при просіюванні залишається не більше 5\% продукту. За розмір максимальних шматків сортового палива приймають верхню межу крупності сорту. Товарні проби відбирають від кожної партії палива. Проте при регулярних пос- тачаннях допускається за домовленістю із споживачем проводити періодичне випро- бування, розрахунок норм якого наведений в ГОСТ 10742-71. Існують два основні способи відбору проб палива: з потоку і з нерухомого шару. Відбір проб з потоку легше піддається механізації та автоматизації, ніж випро- бування нерухомої маси палива. Відбір проб з потоку здійснюється при транспорту- ванні палива за допомогою конвеєра або з падаючого потоку при пересипці вугілля з одного конвеєра на інший. Точкові проби з рухомого потоку відбирають через рівні інтервали часу. При контрольних випробуваннях проби відбирають з поверхні конвеє- ра, який спеціально зупиняють перед кожним відбором. Випробування нерухомої маси палива допускається тільки в тому випадку, як- що неможливо здійснити відбір з потоку. Точкові проби відбирають в місцях, рівномірно розташованих на поверхні вагоне- ток, вагонів, штабелів, при зануренні пристрою для відбору проб не менш ніж на 0,4 м. Державним стандартом встановлено, що відбір проб палива треба проводити
механізованим способом і лише при неможливості застосування пробовідбірників до- пускається ручне випробування. Сьогодні на вугільних підприємствах для відбору проб з потоку застосовують ковшові (ПК) і скреперні (ПС) пробовідбірники. Ковшові пробовідбірники призначені для відбору проб з потоків в місцях пере- сипу вугілля: через певний проміжок часу ківш перетинає падаючий потік, захоплює точкову пробу і розвантажує її в спеціальний бункер, звідки вугілля надходить в ма- шину для обробки проб. Скреперний пробовідбірник призначений для відбору проб з рухомого стрічко- вого конвеєра. Скрепер (найчастіше у вигляді напівкруглого ковша), ковзаючи стріч- кою конвеєра, зміщує певну масу вугілля в приймальний жолоб. Для відбору проб з нерухомих мас вугілля розроблені пробовідбірники кількох типів. Найбільшого поширення набули шнекобурові, а також з ковшовим або грейфер- ним захватом точкової проби. Зазвичай ці пробовідбірники виконані у вигляді механі- зованих комплексів, що дозволяють не тільки відбирати, але і обробляти проби. Застосування пробовідбірників, особливо типу ПК і ПС, дозволяє не тільки ме- ханізувати, але й автоматизувати відбір проб палива. 10.1.4. Обробка проб Другий ступінь випробування – обробка або оброблення – проводиться з метою приготування лабораторних і аналітичних проб, придатних для проведення аналізу вугілля (див. 10.1.1). Лабораторна проба – проба, отримана в результаті обробки об'єднаної проби до розмірів 0-3 (0-10) мм і призначена для лабораторних випробувань і підготовки аналі- тичних проб. Аналітична проба – проба, отримана в результаті обробки об'єднаної або лабо- раторної проби і призначена для проведення аналізів. Аналітична проба характеризу- ється розміром 0-0,2 мм. Отже, в результаті обробки повинна бути отримана невелика за масою тонко- мелена проба, що повністю зберігає показність. Це означає, що в основі оброблення первинної проби по суті лежить принцип відбору проб. Відповідно до закономірнос- тей процесу відбору (див. 10.1.3), маса проби прямо пропорційна розміру шматків ву- гілля, тому невелику за масою пробу можна отримати при скороченні тільки після по- переднього подрібнення всього палива. Обробка проб складається з послідовних операцій подрібнення (дроблення), перемішування і скорочення (ділення), причому число таких циклів залежить від роз- міру шматків вугілля в об'єднаній пробі. При розмірі шматків менше 150 мм обробку проби проводять в два етапи: готу- ють лабораторну, а потім аналітичну проби. При розмірі шматків більше 150 мм оброб- лення проби складається з трьох циклів: на першому проміжному етапі вугілля дроб- лять до розмірів 0-25 або 0-13 мм і зі скороченої маси готують лабораторну, а потім аналітичну проби. Щоб зберегти показність проби в процесі оброблення, необхідно дотримувати- ся певного співвідношення між ступенем подрібнення і мінімальною масою скороче-
ної проби. Це співвідношення зафіксоване в стандарті і є строго обов'язковим при про- веденні обробки проб (ГОСТ 10742-71). З даних табл. 2.12 можна зробити два основних висновки. По-перше, не можна скорочувати пробу з розмірами шматків більше 20 мм, тобто якщо в пробі є шматки ро- зміром більше 20 мм, то таку пробу необхідно спочатку додробити, а тільки після цьо- го розпочинати скорочення. По-друге, в лабораторію на аналіз повинні направлятися аналітичні проби масою не менше ніж 85 г (як правило, 100-150 г). Що стосується ла- бораторної проби, то дозволяється ділити її на необхідне число екземплярів за умови, що маса кожного екземпляра лабораторної проби буде не меншою від 0,5 кг. Таблиця 2.12 – Допустимі співвідношення між масою проби і ступенем подрібнення
Всі операції з обробки первинних проб проводять механізованим способом із застосуванням комплексних пробообробних машин, що виконують послідовно весь цикл приготування лабораторних і аналітичних проб, або за допомогою механізмів, призначених для проведення окремих операцій (дробарки, скорочувачі, дільники). На підприємствах вугільної промисловості використовуються пробообробні машини типу МПЛ-150 і МПЛ-300 для приготування лабораторних проб з первинних і МЛА-3 – аналітичних проб з лабораторних. Ці пробообробні машини складаються з дробарок молоткового типу і ковшових скорочувачів. Ковшові скорочувачі встановлю- ють в потоці подрібненого палива під дробарками. Ківш відбирає порцію проби і ски- дає її в ємкість для зберігання лабораторних або аналітичних проб. При триступеневій обробці проб дроблення вугілля до -20 (або -10) мм прово- диться в щокових або валкових дробарках, при двоступеневій – об'єднана проба подрі- бнюється до лабораторної в молоткових або конічних дробарках різних конструкцій. Подрібнення до аналітичного розміру (0,2 мм) може проводитися в кульових, стриж- ньових, вібраційних, барабанно-валкових млинах і дискових стирачах. Механічні скорочувачі працюють за принципом відбору від подрібненої проби невеликих порцій. Основні типи механічних скорочувачів – ковшові і секторні. У сек- торному скорочувачі відбувається безперервний відбір за допомогою «ділильного сек- тора», який є диском, що обертається в потоці вугілля, з отвором у вигляді сектора. Механічні дільники призначені для ділення вже скороченої проби на необхід- не число екземплярів, однакових за масою і за показниками якості вугілля. 10.1.5. Приготування аналітичних проб Залежно від місця і часу приготування аналітичних проб, всі існуючі схеми ме- ханізованого випробування можна поділити на дві групи. В одних схемах обробку
об'єднаних проб до аналітичних виконують безпосередньо на підприємстві (у місці відбору проби або у вуглероздільному відділенні), в інших – обробку здійснюють тіль- ки до стадії отримання лабораторних проб, а оброблення проб до аналітичних прово- дять в лабораторіях. У першому випадку в лабораторію направляють аналітичну пробу для прове- дення загального аналізу і бюкси з лабораторною пробою для визначення вологи1. В другому – в лабораторію надається один екземпляр лабораторної проби, з якої спочат- ку відбирають наважку для визначення вологи, а потім проводять оброблення проби, що залишилася, до аналітичної. Під час надання до лабораторії пробу перш за все реєструють, звіряють дані, вказані на етикетці і в супровідному документі, уважно перевіряють герметичність та- ри і зважують пробу в упаковці. При реєстрації проби записують порядковий номер за реєстраційним журналом і дату надходження, а також наступні відомості: місце і дату відбору проби, назву під- приємства, що проводило випробування, найменування проби (товарна, контрольна, експлуатаційна і т. д.), марку і сорт палива, масу партії, масу тари і брутто проби. Якщо при огляді банки з пробою виявиться, що герметичність порушена (погано закрита кришка, поламана банка) або відсутня етикетка, то пробу бракують. Після відкриття банки з лабораторною пробою відбирають наважку для визна- чення вологи і приступають до приготування аналітичної проби. В процесі оброблення лабораторної проби до аналітичної, а також при збері- ганні і аналізі вологість вугілля змінюється. Визначення показників якості вологого вугілля може призвести до значних похибок у результатах за рахунок поступової під- сушки вугілля в ході аналізу. Для усунення цих похибок рекомендується проводити аналіз проби, підсушеної (доведеної) до повітряно-сухого стану, який характеризуєть- ся встановленням рівноваги між вологістю вугілля і навколишньої атмосфери2. Повітряно-сухий стан досягається висушуванням вугілля на повітрі до постій- ної маси, тобто доти, доки поки маса проби практично перестане змінюватися. Воло- гість повітряно-сухого вугілля при певному подрібненні – величина відносно постій- на. Зміна вологості і температури повітря зміщує сталу рівновагу, але значення вмісту вологи у вугіллі, як правило, залишається в межах похибки визначення. Оброблення лабораторної проби до аналітичної складається з операцій підсу- шування, подрібнення і скорочення. Підсушування вугілля проводять до стану, близького до повітряно-сухого. Для цього лабораторну пробу висипають на деку шаром не більше 10 мм, встановлюють пробу в заздалегідь нагріту сушильну шафу і підсушують при температурі від 30 до
1 Це можливо, оскільки при сучасних механізованих способах випробування застосовують машини і механізми, які відбирають, подрібнюють і скорочують проби без втрати вологи у вугіллі. 2 Це динамічна рівновага, при якій пружність пари води у вугіллі рівна парціальному тиску водяної пари в повітрі.
Основна вимога до процесу подрібнення – проба повинна бути подрібнена по- вністю, тобто не допускається відкидання важкоподрібнюваних включень, наприклад, породи, колчедану і т.д. Це положення стосується ручного і механічного подрібнення проб, а також подрібнення залишку, що не пройшов через сито при контрольному про- сіюванні вугілля. При подрібненні повітряно-сухої лабораторної проби до аналітичного порошку умови рівноваги з вологістю навколишньої атмосфери будуть порушені, і для доведен- ня аналітичної проби до повітряно-сухого стану необхідне додаткове підсушування на повітрі. Подрібнену пробу скорочують до маси 100-150 г за допомогою лабораторного дільника або вручну. Скорочення проби проводять у лабораторії методами квартування або вибірки. Ручному скороченню за допомогою квартування передує перемішування, зазвичай здійснюване прийомом «на конус». Цей прийом полягає в тому, що з проби вугілля со- вком набирають порції і насипають їх у вигляді конічної купи, тобто з проби вугілля формують конус. Для того, щоб вугілля потрапляло на поверхню конуса рівномірно, порції насипають обов'язково на вершину, переміщуючись навколо конуса за годинни- ковою стрілкою. Перемішування проби «на конус» проводять 2-3 рази; при створенні нового конуса порції вугілля набирають совком близько основи попереднього, посту- пово переміщуючись також за годинниковою стрілкою, і зсипають його на вершину наступного. При такому способі перемішування створюється рівномірний розподіл палива по відношенню до геометричної осі конуса, але зберігається неоднорідність (сегрегація) частинок по висоті конуса: дрібні легкі частинки вугілля залишаються на вершині, а більші і важчі – скочуються до основи конуса. Проте ця наперед відома сис- тематична погрішність (похибка), пов'язана з сегрегацією палива в конусі, може бути подолана при скороченні методом квартування. Метод квартування полягає в тому, що перемішану «на конус» пробу сплющу- ють в усічений конус і ділять (квартують) за двома взаємно перпендикулярними діаме- трами на чотири рівні сектори. Для створення рівномірного розподілу вугілля в усіченому конусі сплющення конуса повинне бути проведене точно вертикальним натисканням на вершину конуса металевою пластиною. При цьому не допускається розрівнювати верхній круг перене- сенням або зсувом вугілля вбік. Для правильного ділення круга квартування зазвичай проводять за допомогою хрестовини, виготовленої з металу або дерева. Хрестовину вдавлюють у вугілля конуса до зіткнення з обробною плитою, при цьому центр хрес- товини повинен співпадати з віссю конуса. Не знімаючи хрестовини, видаляють вугіл- ля з двох протилежних секторів повністю на всю глибину шару. Паливо, що залишило- ся в двох секторах, знову перемішують способом «на конус» і квартують. Скорочення квартуванням повторюють до тих пір, поки маса проби в двох секторах не досягне пот- рібного значення. Другий ручний спосіб скорочення проби – метод вибірки. Метод вибірки по- лягає в тому, що з проби, розташованої тонким шаром у вигляді прямокутника, наби- рають певне число порцій, рівномірно розподілених по всій пробі. Для цього пробу ділять взаємно перпендикулярними лініями на однакові за площею квадрати. З сере-
дини квадратів рівномірно, наприклад, в шаховому порядку набирають порції, дотри- муючись такого правила: в пробу повинна потрапити однакова маса вугілля з верхньо- го і нижнього шарів, тобто необхідно провести відбір на всю глибину шару вугілля. Похибка вибірки за рахунок неповноти взяття в пробу всього шару тим менша, чим то- нший шар і чим дрібніше подрібнено вугілля, тому метод вибірки застосовують найча- стіше для скорочення лабораторних проб до аналітичних. У разі скорочення методом вибірки попереднє перемішування вугілля може бути довільним, оскільки частий на- бір порцій, рівномірно розміщених по всій масі вугілля, робить неможливим переваж- не потрапляння в скорочену пробу частинок, що якісно відрізняються від загальної маси, наприклад, за зольністю. До цього часу ми розглядали найбільш поширену схему випробування, мета якої – приготування аналітичної проби із зернами розміром -0,2 мм. Проте на практи- ці доводиться змінювати схеми обробки проб в лабораторіях, пристосовуючи їх до конкретних завдань вивчення вугілля. Це пов'язано з тим, що до ряду аналізів існують особливі вимоги щодо ступеня подрібнення вугілля. Приклад. Якщо в лабораторії окрім загальних вуглехімічних аналізів необхідно провес- ти петрографічний аналіз, визначити вихід смоли напівкоксування і вивчити спікливість ву- гілля, то для цих аналізів потрібно приготувати проби із зернами розміром -1,0 і -1,6 мм. В цьому випадку лабораторну пробу (-3 мм, 2 кг) підсушують і ділять на чотири екземпляри (частини): для вуглехімічних досліджень, петрографічного аналізу, визначення виходу смо- ли напівкоксування і вивчення спікливості. Першу частину подрібнюють до -0,2 мм, другу до -1,6 мм, третю – до -1,0 мм і четверту – до -1,6 мм або до -0,2 мм залежно від того, які ме- тоди визначення спікливості застосовують в даній лабораторії. Схему обробки проб доводиться змінювати також в тому випадку, якщо в лабо- раторію надходить не лабораторна проба (-3 мм), а більш грубо подрібнена і зволожена проба невеликої маси, і потрібно визначити в ній вміст вологи і приготувати з неї ана- літичну пробу. При розмірі зерен більше 3 мм не можна відібрати наважку для визначення во- логи вугілля, а при подрібненні вологого палива можна втратити частину вологи. Схе- ма оброблення такої проби залежить від того, чи є в лабораторії устаткування (дробар- ки, млини), в якому можна подрібнити вугілля без втрати вологи. Якщо є, то застосовують звичайну схему обробки проби: вугілля подрібнюють до -3 мм, відбирають наважки для визначення вологи, вугілля, що залишилося, підсу- шують, подрібнюють до -0,2 мм і скорочують до аналітичної проби. Якщо ж при подрібненні вугілля може змінитися вологість проби, то застосовують спеціальну схему оброблення, суть якого полягає в тому, що підсушують всю пробу з одно- часним обліком зміни маси, тобто з урахуванням втрати вологи в паливі. Банку з пробою, що надійшла в лабораторію, зважують, реєструють, потім всю пробу повністю висипають на заздалегідь зважену деку, знову зважують і поміщують для вільного сушіння в лабораторії або ставлять в сушильну шафу. Оскільки підсушу- вання проби суміщають в цьому випадку з визначенням зовнішньої вологи, вугілля до- водять до повітряно-сухого стану. Повітряно-сухе вугілля подрібнюють до розміру - 3 мм, визначають в ньому вміст вологи і далі готують аналітичну пробу за звичайною схемою.
Як видно з наведених прикладів, в спеціальних схемах повністю зберігаються основні принципи відбору і обробки проб, викладені в цьому розділі. 10.1.6. Підготовка проби до проведення аналізу. Загальні прийоми роботи при аналізі вугілля При виборі тари для лабораторних і аналітичних проб слід дотримуватись на- ступних вимог: а) тара повинна бути міцною, щоб забезпечити збереження проб при зберіганні і транспортуванні; б) тара повинна бути герметично закритою, особливо ретельно, якщо проба призначається для визначення вологи вугілля; в) об'єм тари повинен відповідати масі проби, тобто тара повинна бути запов- нена не більш ніж на ¾ свого об'єму, щоб була можливість ретельно перемішувати пробу; не допускається зберігати один екземпляр проби в кількох ємкостях. Для зберігання лабораторних і аналітичних проб зазвичай використовують ме- талеві, скляні або пластмасові банки з пришліфованими або гумовими пробками (бюк- си). Банки забезпечують етикетками, причому одну етикетку прикріплюють на зовні- шній поверхні банки, а іншу вкладають всередину. На етикетці вказують дані, які по- тім вносять до реєстраційного журналу (див. 10.1.5). Приготовані для аналізу банки з аналітичними або лабораторними пробами струшують (механічно або вручну) для ретельного перемішування, повертаючи банку вгору, вниз і навколо своєї осі не менш ніж протягом 10 хв. Незважаючи на таке перемішування проби, при її зберіганні відбувається сегре- гація частинок і у верхній частині банки опиняються дрібні і легкі частинки, а в ниж- ній – важкі і великі. Тому перш ніж відібрати наважку для аналізу, необхідно кожного разу ретельно на всю глибину перемішувати пробу. Якщо необхідно пересипати частину вугілля в іншу банку, то простого перемі- шування вугілля виявляється недостатньо. Для збереження показності проби це можна зробити тільки шляхом квартування або вибірки. При виконанні технічного аналізу різними методами користуються деякими за- гальними прийомами роботи, пов'язаними з узяттям наважок, точністю зважування і оцінкою результатів аналізу. 1. Вміст вологи в аналітичній пробі, доведеній до повітряно-сухого стану, є ве- личиною постійною, тому визначення показників якості вугілля необхідно проводити саме з такої проби, тобто з аналітичної проби в повітряно-сухому стані. Якщо аналітична проба не доведена до повітряно-сухого стану, то при збері- ганні, а головне, в ході аналізу вологість такої проби змінюється, що вносить похибку до результату визначення. Подібні проби дозволяється аналізувати тільки за умови, що наважки для всіх визначень беруться в один день, по можливості швидко, причому при повторному визначенні тих же показників необхідно знову визначати вологу аналіти- чної проби. Такий же нестійкий за вологою стан виникає, якщо аналітичну пробу висушити при 105-110°С до постійної маси і проводити аналіз із сухої проби. Безперервне зволо-
ження сухої аналітичної проби вологою повітря приводить до ще більших похибок при аналізі. 2. Перед кожним взяттям наважки пробу ретельно перемішують на всю глиби- ну протягом кількох хвилин. По можливості наважку відбирають з різних місць проби. 3. Наважки зважують при розмірі зерен вугілля менше 3 мм з похибкою не бі- льше 0,001 г, при розмірі менше 0,2 мм – з похибкою не більше 0,0002 г. 4. Результати, що отримують при технічному аналізі вугілля, повинні бути від- творюваними і правильними. Під відтворюваністю розуміють, що результати, які отримують при повторному (паралельному) визначенні, повинні бути близькі до пер- ших. Відтворюваність характеризує метод аналізу і техніку його виконання. Під правильністю аналітичного визначення розуміють, що різниця між отрима- ним результатом і дійсним вмістом визначуваної величини повинна бути мінімальною. Поняття про «відтворюваність» стосується всіх без винятку методів технічного аналізу, незалежно від того, є визначувані величини відносними або абсолютними. Поняття про правильність результатів стосується тільки тих методів аналізу, де величиною, яка визначається, є абсолютний вміст якого-небудь компоненту, наприклад, вміст сірки, вуглецю, водню, хімічний склад золи, теплоти згоряння. В цьому випадку для оцінки правильності отримуваних результатів використовуються стандартні зразки3. 5. Всі визначення при вуглехімічних аналізах, окрім зовнішньої вологи, прово- дять паралельно не менш ніж із двох наважок, щоб виключити грубі похибки, оскільки друга наважка є контрольною щодо першої. 6. За результат аналізу приймають середнє арифметичне значення з результатів двох паралельних визначень, якщо розбіжність між ними не перевищує допустимої межі, наведеної при викладі методики. 7. Якщо розбіжність між результатами двох паралельних визначень перевищує наведену в стандарті допустиму межу, то проводять третє визначення і за остаточний результат приймають середнє арифметичне з результатів двох найбільш близьких ви- значень в межах розбіжностей, що допускаються. Якщо ж результат третього визна- чення знаходиться в межах розбіжностей, що допускаються, по відношенню до резуль- татів кожного з двох попередніх визначень, то за остаточний результат приймають се- реднє арифметичне з результатів всіх трьох визначень. 8. Допустимі межі розбіжностей аналітичних даних при паралельних визначен- нях обов'язково наводяться в тексті стандарту або при будь-якому іншому викладі ме- тодики. При цьому розрізнюють допустимі розбіжності між результатами двох парале- льних визначень, проведених в одній і різних лабораторіях. Перша величина відно- ситься до результатів, отриманих в одній і тій же лабораторії на наважках, узятих з од- нієї і тієї ж аналітичної проби. Друга величина відноситься до результатів, отриманих в різних лабораторіях на наважках, узятих з різних екземплярів аналітичної проби, приготовлених з однієї і тієї ж лабораторної проби або з різних екземплярів лаборато- рної проби.
9. При визначенні зольності, виходу летких речовин, вмісту вологи і сірки до- пустима розбіжність встановлюється залежно від абсолютних значень показників, на- приклад, чим вище зольність і вологість вугілля, тим більші розбіжності допускаються між паралельними визначеннями. 10. При визначенні показників технічного аналізу встановлена допустима роз- біжність при визначенні в різних лабораторіях в 1,5-2 рази вища, ніж при роботі в од- ній лабораторії. 11. В основі техніки виконання вуглехімічних аналізів лежать загальні прийоми роботи, які застосовуються в кількісному аналізі. 10.2. Волога Вміст вологи в ТГК пов'язаний як з генетичними чинниками торфо– і вуглеут- ворення і умовами залягання викопного вугілля в надрах, так і зі способами їх видобу- тку, зберігання і переробки. Вся волога, яка міститься в ТГК, що знаходяться в природних умовах залягання, називається природною (Wпр). Вологу, яка міститься у видобутому вугіллі, названо за- гальною вологою (Wt) або загальною робочою вологою (Wrt). При зберіганні вугілля на відкритому повітрі частина вологи втрачається за ра- хунок випаровування. Волога, що виділилася при цьому, називається зовнішньою (Wex), а та, що залишилася у вугіллі, – гігроскопічною (Wh). Внутрішня або гігроскопічна волога, називається також вологою адсорбційною, лабораторною або вологою аналітичної проби (Wa). Викопне вугілля, з якого видалена зовнішня волога, називають повітряно- сухим, а якщо видалена і внутрішня волога, то вугілля називають абсолютно сухим. Вміст зовнішньої вологи визначається за втратою маси наважки при сушінні вугіл- ля при кімнатній температурі і нагріві в сушильній шафі до температури не більше 40 °С для бурого і не більше 50 °С для кам'яного вугілля. Крупність зерен не повинна перевищу- вати 20 мм, а маса проби не повинна бути меншою 500 г. Дека для сушки ставиться у ви- тяжну шафу, в приміщення з вентиляцією, або сушильну шафу. Час від часу пробу пере- мішують і зважують доти, доки розходження між двома зважуваннями протягом двох го- дин буде не більше 0,3\% первинної наважки для бурого вугілля і 0,1\% для кам'яного. Три- валість сушки не повинна перевищувати 8 годин і тільки для бурого вугілля із загальною вологістю понад 30\% вона може бути продовжена. Для прискореного визначення зовнішньої вологи можна сушити пробу в су- шильній шафі в атмосфері азоту при температурі 80 °С. Вміст зовнішньої вологи (\%):
Wex де G1 – втрата маси при сушці проби, г; G – маса початкової проби, г.
G
Вміст гігроскопічної вологи (волога повітряно-сухого вугілля) визначається в
лабораторній пробі масою не менше 500 г, крупністю до 3 мм шляхом її сушки при 105-110 °С. Кам'яне вугілля сушать 60, буре 60 і антрацит 120 хв. Контрольна сушка триває 30 хв. до розходження не більше 0,1\%.
ванні вугілля при температурі 140 5 °С. Для визначення вологи аналітичної проби тривалість сушки для кам'яного вугілля, антрацитів і продуктів мокрого збагачення становить 5 хв., бурого вугілля 20 хв. Взаємозв'язок між природою, стадією метаморфізму, складом вугілля і вмістом вологи спостерігається тільки в аналітичній пробі. Вміст вологи в ТГК (Wа) в залежності від походження і стадії вуглефікації складає: в торфах до 30 – 45\%; у бурому вугіллі: гуміти – від 5 до 25\%, ліптобіоліти – 5-8\%, сапропеліти – 4-8\%; у кам'яному вугіллі (Донецьке вугілля марок): Д – до 9\%, Г – до 5\%, Ж – до 3,5\%, К – до 2,5\%, ПС – до 1,5\%, П – до 1,0\%, А – до 4,0\%; ліптобіолітах – 1,5 – 3\%, сапропелітах – до 2,5\%, горючих сланцях – 4 – 5\%. У одному і тому ж вугіллі найбільшу вологість має вітриніт, найменшу – інтер- тиніт, екзиніт займає проміжне, близьке до інтертиніту, положення. Кількість вологи у вугіллі (загальної, робочої, зовнішньої і аналітичної) має ве- лике практичне значення, сприяючи або перешкоджаючи окисненню і самонагрі- ванню, погіршуючи сипкість і викликаючи змерзання вугілля, знижуючи енерге- тичний ККД використання вугілля. Вміст гігроскопічної вологи у вугіллі дозволяє судити про кількість полярних фрагментів. При перетворенні торфу на буре і кам'яне вугілля вміст карбоксильних і гідроксильних груп меншає, що веде до зменшення спорідненості вугілля до води (змочуваності вугілля).
10.3. Мінеральні компоненти і зольність вугілля Різноманітність мінеральної частини ТГК і форм їх зв'язку з органічною масою викликає великі труднощі аналітичного визначення мінеральних компонентів в не- змінному стані, в зв'язку з чим про вміст мінеральних речовин у вугіллі (М) доводить- ся судити не прямо, а за кількістю золи, що залишається після спалення наважки ву- гілля при вільному доступі кисню повітря. Золою, отже, називають твердий продукт повного окиснення і термохімічних перетворень мінеральної і органо- мінеральної частини ТГК.
0,2 мг. При необхідності наважка вугілля може бути менша 1 г. У аналітичній пробі не повинно бути частинок, більших 0,2 мм. Розрізнюють повільне і прискорене озолення. При повільному озоленні човник з пробою вміщують в холодну або нагріту до 300°С піч, а потім підіймають температуру у муфелі до 800-830°С і прожарюють при кінцевій температурі 1,0-1,5 години. Після прожарювання човники із золою виймають з муфеля, охолоджують до кімнатної температури і зважують. Контрольне зважування здійснюється після додаткового прокалювання протягом 30 хв. Різниця між двома зважуваннями не повинна перевищувати 1 мг. Прискорене озолення з природною вентиляцією здійснюють в муфельній печі, нагрітій до 850-875°С. Човники з наважками встановлюють на пластинці близько до краю печі і витримують в цьому положенні 3 хв., а потім просувають в муфельну піч зі швидкістю 2 см на хв. і закривають дверцята. Тривалість прокалювання при 800-830°С для кам'яного вугілля і антрацитів 35 хв. у човнику №2 і 25 хв. у човнику №3, для бурого вугілля відповідно 25 і 20 хв. Чо- вник №2 має розміри: довжина – 85 мм, ширина – 14 мм, висота – 10 мм, човник №3 відповідно 105, 18 і 14 мм. Прискорене озолення з подачею в муфельну піч кисню проводять аналогічно по- передньому, тільки після закриття муфеля в нього подають кисень зі швидкістю 3 л/хв. Тривалість озолення при температурі 800-830°С для кам'яного вугілля і антрацитів 25 хв. (човник №2) і 20 хв. (човник №3), для бурого вугілля відповідно 15 і 10 хв. Зольність аналітичної проби випробуваного вугілля (в \%) обчислюють за фор- мулою:
т2
т1 100 , т1 де m1 – маса прожареного човника, г; m2 – маса човника з паливом, г; m3 – маса човни- ка із золою, г. Зольність кожної проби визначають паралельно в двох наважках. Розходження, що допускаються, залежать від зольності. Якщо вона нижча за 10\%, то допускаються розходження між паралельними виз- наченнями в одній лабораторії 0,2\%, в різних лабораторіях 0,3\%, при зольності 10-20\% – 4acrnuHalTeepoieopH> iKonanuHu _ 169 0,3 i 0,4\%; rrpH 30JihHOCTi 20-25\%-0,4 i 0,5\%; rrpH 30JihHOCTi IIOHap; 25\%-0,5 i 0,7\%. 3oJII>Hicn aHaJiiTJiqHo1 rrpo6M Ha cyxy (Ad) i po6oqy Macy B \% rrepepaxoB)'IOTh 3a cpopeyJiaMM: lOOAa Aa llO-W' -------' Ar = ----------- 100 -Wa 100-W " p;e wa i wr -Bi,JJ;IIOBi,JJ;HO MaCOBa qacTKa BOJIOrM B aHaJiiTJiqHiH rrpo6i i po6oqo:i B rrpo6i, ID;O BHIIpo6oByETbCH, \%.
BOJIOrM Y pHp;i po6iT IIOKa3aHO, UJ;O rrpH BII3HaqeHHi 30JihHOCTi 11COJIOHOro" ByriJIJIH 3 rrip;BM- . . . . rn;eHMM BMlCTOM JIY)KHIIX MeTaJiffi MO)KYTh BIIHMKaTM lCTOTHl IIOMIIJIKII, 3a paxyHOK BMIIapo- BYBaHHJI rrpH TeMrreparypax p;o 800-830°C ocHOBHOI KiJII>KOCTi JIY)KHMX MeTaJiiB i XJiopy. Pe KOMeHp;yEThCH p;JIH BII3HaqeHHJI 30JihHOCTi TaKOrO ByriJIJIH rrpoBO,Jl;IITII IX 030JieHHJI rrpH Te MIIepaTypi 600oC rrpOTHrOM 3 rOf);IIH. OcKiJII>KM rrpH o3oJieHHi TBepp;Hx ropiOqJix KOIIaJIMH Bip;6yBaETI>CH 3MiHa xiMiqHoro CKJia,JJ;y MiHepaJibHOl qacTMHII, BHaCJii,JJ;OK ll po3KJiaf];aHHJI i OKIICHeHHH , TO 30JihHiCTb ByriJI JIJI Bip;pi3HHETI>CH Bip; BMicTy MiHepaJII>Ho1 qacTMHM ByriJIJIH. Toey qacTo Heo6xip;Ho BM3Ha qaTM, KpiM 30JihHOCTi, 6e3IIOCepep;HiH BMiCT MiHepaJibHIIX KOMIIOHeHTiB. ,lJ,JIH IJ;hOrO rrpo6M ByriJIJIH o6po6JIHIOTI>CJI p036aBJieHOIO COJIJIHOIO, a IIOTiM IIJiaBIIKOBOIO KIICJIOTOIO, B JIKIIX po- 3qJIHJI€TbCJI 3HaqHa qacTMHa MiHepaJII>HMX KOMIIOHeHTiB, rn;o MiCTHThCH B TfK. BHrrpo6y BaHHH rrpoBOp;JJ:Th 3a Mi)I(Hapop;HMM CTaHp;apTOM ISO 602-74. 3 rrpHKJiap;y, HaBep;eHoro B . . . . . . . IJ;bOMY CTaHp;apn, BII,Jl;HO, UJ;O p13HIIIJ;H Ml)K 30JihH1CTIO ByrlJIJIH 1 MaCOBOIO qacrKOIO MIHepa- JihHIIX peqoBMH (Md) y BIICOK030JihHOMY ByriJIJii MO)Ke f];OCHraTM 5\%. IlpH BII3HaqeHHi 30JihHOCTi i MaCOBOl qacTKII ByrJieQIO B opraHiqHiH Maci IIaJIMBa 3HaqHJIH BMiCT Kap6oHaTiB B MiHepaJII>HiH peqoBMHi MO)Ke 6YTM rrpJiqJIHOIO IIOXM60K, OCKi JihKII rrpH crraJieHHi IIaJIMBa Kap6oHaTM po3KJiap;aiOThCH i BM,JJ;iJIHIOTh ByrJieKMCJiory. MacoBy qacTey C02B MiHepaJII>HiH. peqoBMHi BM3HaqaiOn BarOBMM i o6'EMHMM MeTO,Jl;aMM 3a M Ha pop;HMM CTaHp;apTOM ISO 925-75 a6o 3a rocr 13455-76 IIIJIJIXOM po3KJiaf];aHHJI Kap6oHaTiB coJIHHOIO KMCJIOTOIO i BJIOBJIIOBaHHH C02 B norJIMHaqax a6o B ra30BMMipiOBaJII>HiH. 610peTu;i. ,lJ,JIH BM,JJ;iJieHHJI MiHepaJibHOl qacTMHII ByriJIJIH OCTaHHiM qacOM BIIKOpHCTOBYETbCJI crroci6 OKIICHeHHJI opraHiqHJIX peqoBMH ByriJIJIH B HII3hKOTeMIIeparypHiH (p;o 150oC) KMC HeBiH IIJia3Mi. B TBepp;oey 3aJIIIIIIKY p;o6pe p;iarHOCTYIOThCJI rrpaKTJiqHo BCi OCHOBHi MiHepa JIM , rn;o MicTHThCH y ByriJIJii i 6oKOBMX rropop;ax. MeTop; p;ocJiif];)KeHHH cKJiap;y MiHepaJII>HMX f];OMiiiiOK i3 3aCTOCYBaHHJIM HII3bKOTeMIIepaTypHOl IIJia3MII BIIKOpHCTOBYETI>CJI TiJihKII B Hay KOBO-,JJ;OCJii,JJ;HIIX po60Tax. Pmpo6Ka i BIIKOpHCTaHHH cpi3JiqHIIX MeTO,JJ;iB BII3HaqeHHJI BMicry MiHepaJibHIIX pe
36araqeHHH i rrepepo6KM IIaJIMB. CyqacHi MeTop;M KOHTpoJIIO
rroBMHHi 3a6e3rreqYBaTM eKc rrpecHiCTh, IIOKa3HiCTh o6'EKTa, ID;O
aHaJii3YETbCH, MO)KJIMBiCTh BIIKOpHCTaHHJI B pi3HIIX TeX HOJIOriqHMX
rrpou;ecax i rrepep;aqi iHcpopMau;i:i B aBTOMaTJiqHy CIICTeMy yrrpaBJiiHHJI
rrip;rrpH EMCTBOM.
енергій. Як критерій оцінки в них звичайно використовують густину вугільної маси, вміст органічних речовин або різних мінеральних компонентів, а також поєднання вищезгаданих показників. Кількісно вони оцінюються шляхом реалізації різних схем взаємного розташування джерела випромінювання, детектора і проби. Для аналізу аналітичних проб вугілля призначені прилади основані на зворот- ному відбитті рентгенівського випромінювання (наприклад, ЗАР-2-1). Для аналізу проб вугілля лабораторної крупності (до 3 мм) може використову- ватися прилад РКТ-1, що реєструє ослаблення гамма-випромінювання ізотопу 241Аm. Прилад БРА-9 призначений для одночасного визначення в аналітичній пробі мінеральних речовин і сірки при використанні відбитого розсіювання м'якого гамма- випромінювання від джерела 55Fe в поєднанні з реєстрацією флуоресцентного випро- мінювання заліза, що збуджується випромінюваннями ізотопу 238 Pu. Проби вугілля крупністю до 25 мм можна аналізувати приладом ЕАЗ. Вміст мі- неральних речовин оцінюється за густиною потоку прямого гамма-випромінювання ізотопу 241Am. Прилад РАМ-1М призначений для аналізу вологості і вмісту мінераль- них речовин в рухомому потоці вугілля крупністю до 13 мм шляхом реєстрації зворот- ного відбиття рентгенівського випромінювання. Для безперервного контролю рядового вугілля в потоці розроблені установка ВСКЗ-1 і прилади 7 серій РКТП, в яких використані принципи ослаблення жорсткого гамма-випромінювання. За походженням мінеральні компоненти прийнято поділяти на внутрішні, що утворилися з мінеральної частини первинних рослинних матеріалів, і зовнішні, що складаються з мінеральних частинок, принесених у торф або вугілля ззовні. Відсутня виражена залежність між загальною зольністю і природою та ступе- нем вуглефікації ТГК. Зольність Аd практично для всіх видів ТГК коливається від 0,5 до 40\%, для горючих сланців від 40 до 70-80\%. У одному і тому ж пласті найбільшу зольність має інертиніт, найменшу – вітриніт, а екзиніт займає проміжне положення. 10.4. Вихід летких речовин Найважливішою особливістю ТГК є здатність до термохімічних перетворень при нагріванні без доступу повітря, ступінь і глибина яких залежать при рівних умовах від природи, складу, структури і властивостей різновиду ТГК. Вихід летких речовин є показником структурних особливостей складових час- тин викопного вугілля, оскільки характеризує кількість термічно нестабільних атом- них угрупувань, які відщеплюються при даній температурі. Визначення виходу летких речовин (V,\%) необхідне для оцінки практичної цінності різних видів вугілля. Цей показник важливий для оцінки властивостей енергетичного вугілля, як ха- рактеристика реакційної здатності і займистості палива, а також для коксівного вугіл- ля оскільки він визначає вихід коксу і хімічних продуктів коксування. Під час визначення виходу летких речовин необхідно суворо дотримуватись всіх умов методик, відображених в ГОСТ 6382-80 і міжнародному стандарті ISO 562- 74, оскільки цей показник може помітно змінюватися при зміні умов дослідження. Під леткими речовинами ТГК розуміють складну суміш всіх газів і пароподіб-
них продуктів, що утворюються і виділяються при нагріванні ТГК без доступу повітря
 до певної температури.
Стандартом передбачений нагрів наважки вугілля (1 г) в фар- форовому тиглі з
кришкою протягом 7 хв. в заздалегідь розігрітій до 850 25°С муфе- льній або
тигельній печі. Вихід летких речовин з аналітичної проби (Vа,\%) визнача- ється
за різницею між масою початкової наважки вугілля і масою твердого нелеткого
залишку з урахуванням вмісту в ньому вологи:
V d 100 G G1 , W a де G – маса палива, г; G1 – втрата маси палива при нагріванні, г; Wa – масова частка во- логи в аналітичній пробі, \%. Вихід летких речовин на сухе та сухе беззольне паливо (V d , V daf люють за формулами: \%) обчис-
V daf 100 V a
100 W a 100 W a Aa
між результатами не повинне перевищувати 0,5\%, а при V daf ходження до 1\%. 45\% допускається роз- Якщо масова частка діоксиду вуглецю карбонатів мінеральної речовини більша 2\%, то розрахунок проводять за формулою:
G W a G1 CO2 ,\%. a M
Тверді нелеткі залишки, що утворюються з різних ТГК, характеризуються за зо- внішнім виглядом. Розрізняють такі нелеткі залишки: порошкоподібний, неспечений, злиплий, слабкоспечений, спечений, сплавлений, неспучений, спучений, дуже спу- чений. Властивості твердих нелетких залишків (NV), що утворюються при визначенні виходу летких речовин з ТГК тигельним методом, залежать від природи і стадії мета- морфізму. З торфу, бурого вугілля і антрацитів утворюються неспечені, порошкоподі- бні тверді нелеткі залишки. З кам'яного вугілля неспечені тверді залишки дає пісне, часом – довгополуменеве вугілля. Кам'яне вугілля інших марок (Г, Ж, К, ПС і деякі Д) утворює корольки, які мають різні властивості за спеченістю, сплавленістю і спученіс- тю. Сапропелітове і ліптобіолітове вугілля, особливо на кам’яновугільній стадії, як і малозольні горючі сланці (ГС), утворює неспучений, спечений тигельний кокс. Абсолютно не спікаються інертиніти. Вітриніти утворюють тверді нелеткі за- лишки, у яких спеченість, сплавленість і спученість змінюються по кривій з максиму- мом для вугілля марок Ж і К. У пісному і довгополуменевому вугіллі, а також в антра- цитах вітриніти не спікаються. Екзиніт у вугіллі марок Д, Г і Ж завжди утворює спе- чені тверді нелеткі залишки, часто сплавлені, але не спучені. Таким чином, чим більше у вугіллі вміст вітриніту і екзиніту і менше інертині- ту, тим спеченість краща.
Вихід летких речовин залежить від виду горючого первинного матеріалу і сту- пеня вуглефікації. Вихід летких речовин з торфу становить 65-75\% на суху беззольну масу, з бурого гумусового вугілля 45-65\%, сапропелітового 65-85\%, ліптобіолітового 65-80\% незалежно від ступеня вуглефікації. Кам'яне вугілля Донбасу має вихід летких речовин від 45\% у довгополумене- вого до 9\% у пісного вугілля, антрацитів – від 2 до 9\%.
900 10°С протягом 15 хв. шляхом визначення кількості газу, що виділився під час ви- пробування. 10.5. Сірка у вугіллі Сірка у вигляді різних сполук у більших або менших кількостях міститься у всіх ТГК незалежно від їх природи і ступеня метаморфізму. При спаленні вугілля виділяються сірчисті сполуки, які кородують обладнан- ня, а також шкідливо діють на навколишнє середовище. Сірка коксу погіршує його якість як металургійної сировини. В домні вона переходить у чавун, надаючи йому крихкості і знижуючи якість сталі, що одержують з нього, оскільки зумовлює її черво- ноламкість. У торфах вміст загальної сірки коливається від 0,5 до 2,5\%, буре українське ву- гілля містить від 3 до 7\% сірки, підмосковне буре гумусове вугілля – 1,5 – 7,9\%. У ву- гіллі Донбасу вміст сірки змінюється від 0,5 до 9,3\%, а в антрацитах від 0,6 до 6,3\%. З урахуванням технологічної переробки кам'яне вугілля Донбасу за сірчистістю поділя- ють на 4 групи (табл. 2.13). Таблиця 2.13 – Сірчистість кам'яного вугілля Донбасу
Згідно ГОСТ 8606-72 і ГОСТ 2050-75, прийнято три методи визначення масової част- ки загальної сірки у вугіллі: гравіметричний, алкаліметрічне титрування і йодометричне тит- рування.
Гравіметричний метод оснований на поглинанні оксидів сірки, що утворюються при спаленні наважки палива, сумішшю Ешка, яка складається з магнезії і безводної со- ди, з утворенням сірчанокислих солей магнію і натрію. Солі, що утворилися, розчиня- ють в гарячій воді і осаджують хлоридом барію в підкисленому соляною кислотою роз- чині. За кількістю сульфату барію обчислюють масову частку сірки. Міжнародний стан- дарт ISO 334-74 не має істотних відмінностей від описаного вище. Прискорений метод визначення загальної сірки передбачає спалення палива при високій температурі (1250-1350°С) в струмені повітря або кисню. Сірчисті сполу- ки, що утворюються при цьому, окислюються перекисом водню до сірчаної кислоти, яка титрується розчином лугу (перший спосіб) або розчином йоду (другий спосіб). Аналогічна методика наводиться в стандарті ISO 351-75. За міжнародним стандартом ISO 157-75, сульфатна сірка визначається ваговим і об'ємним методами. Ваговий метод зводиться до розчинення сульфатів вугілля в соля- ній кислоті і осадження сульфат-іонів хлористим барієм. При об'ємному методі визначення сульфатної сірки також розчиняють сульфати вугілля в соляній кислоті, однак кількість сірки знаходять шляхом титрування. У міжнародному стандарті ISO 157-75 наведені два методи визначення масової частки піритної сірки у вугіллі. Метод окислення оснований на визначенні вмісту заліза, пов'язаного з сіркою у вигляді FeS2, виходячи з того, що при окисленні піриту азотною кислотою утворюються розчинні сульфати, за кількістю яких можна визначити вміст піритної сірки. Метод відновлення заснований на відновленні піриту воднем до H2S, погли- нанні останнього ацетокислим калієм і йодометричному визначенні. Масову частку органічної сірки визначають за різницею шляхом віднімання з St масової частки сульфатної, піритної і елементної сірки. Науковий і технічний прогрес істотним чином відбився на методах аналізу. У приладах фірми Leco автоматично визначається вміст сірки у вугіллі, коксі і інших ма- теріалах за допомогою детектора інфрачервоного випромінювання і електронного мік- ропроцесора для обробки сигналу детектора. Разовий аналіз вугілля на сірку за допо- могою приладів фірми Leco триває до 1-2 хв. Інститут УкрНДІвуглезбагачення розробив золомір типу ЗАР, який рекомендо- ваний для визначення сірчистості вугілля рентгенометричним методом з необхідною для промисловості точністю. 10.6. Загальне поняття про груповий аналіз вугілля Груповим аналізом називають розділення складних сумішей на групи речовин, що мають однакові або близькі властивості по відношенню до дії хімічних реагентів. Розділення вугілля на складові частини за допомогою групового аналізу засто- совують для того, щоб перевести частину органічної маси в розчинний стан, оскільки розчини навіть складних сумішей легше піддаються комплексному дослідженню. Крім чисто наукових цілей, груповий аналіз використовується при технічному аналізі для характеристики хімічного складу вугілля і оцінки його придатності для виробництва. Це пов'язано з тим, що принцип розділення за розчинністю лежить в основі промисло-
вої переробки вугілля для отримання гірського воску, вуглелужних реагентів і гуматів. Суть групового аналізу полягає в тому, що вугілля послідовно обробляють роз- чинниками або хімічними реагентами і визначають масу речовини, що перейшла в ро- зчин (вихід). Як розчинники і хімічні реагенти в груповому аналізі вугілля застосову- ють: воду, різноманітні органічні речовини (толуол, бензол, етиловий спирт, піридин тощо), розчини кислот і лугів. Обробку твердих палив розчинниками і хімічними реа- гентами називають загальним терміном – розчиненням або екстракцією. Механізм дії цих речовин на вугілля різний. Хімічно нейтральні органічні розчинники (наприклад, толуол, бензол) можуть витягувати і розчиняти частину з складної суміші органічних речовин, якою є вугілля. Хімічно активні розчинники (піридин, кислоти і луги) всту- пають в хімічну взаємодію з органічною масою вугілля, яка супроводжується розривом найбільш доступних і слабких зв'язків в молекулах, і в розчин частково переходять продукти розкладання органічної маси. Відома велика кількість схем групового аналізу для різних видів палива відпо- відно до особливостей їх складу і властивостей. Найбільше значення має груповий аналіз бурого вугілля, оскільки значна частина органічної маси бурого вугілля може бути переведена в розчинений стан, а екстракти, які при цьому одержують, знаходять практичне застосування. Найбільш поширена схема групового аналізу бурого вугілля складається з двох етапів. Перший – обробка бурого вугілля органічними розчинниками. Суміш речовин, витягуваних з вугілля органічними розчинниками, називають бітумами. Другий – об- робка залишку після витягання бітумів (дебітумінованого вугілля) водними розчинами лугів. Суміш кислих речовин біохімічного перетворення вищих рослин, які витягують з палив водними розчинами лугів, називають гуміновими кислотами. Залишок після витягання бітумів і гумінових кислот називають залишковим вугіллям. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
55°С, час від часу перемішуючи
вугілля. Пробу охолоджують на повітрі і подрібнюють в один прийом у дробарці
або млині лабораторного типу до розміру -0,2 мм. Періоди- чно перевіряють
розмір аналітичної проби, проводячи контрольне просіювання через стандартне
сито з сіткою №020.
3
Стандартний зразок – еталон для хімічного аналізу, склад якого точно
встановлено за рядом елементів; використовується для контролю хімічного елементного
складу сировини та промислової продукції.
G1 100 ,
Аа т3
.
V a 100
Для
розробки методів знесірчення вугілля важливо знати не тільки загальний вміст
сірки в ньому, але і вміст різних сірчистих сполук. У твердому паливі розрізню-
ють сірку органічну Sо, що входить до складу органічної маси палива, сірку
сульфідну Sc і піритну Sp, в яку входять сульфіди і бісульфіди металів,
сульфатну, яка знаходить- ся у вигляді сульфатів металів, і елементну сірку,
яка присутня у вугіллі у вільному стані. Сума вказаних різновидів сірки складає
загальну сірку St. Показник технічного аналізу – загальна сірка вугілля (St,\%)
– вказує на сумарний вміст сірки у всіх сполу- ках, перерахований умовно на
елементну сірку (\%) по відношенню до вугілля, що ана- лізується. |
