1.3 Определение выхода летучих веществ

Летучими веществами считаются паро- и газообразные продукты термического разложения органической массы угля и некоторых минеральных его примесей, выделяющиеся из угля при нагревании без доступа воздуха.

Сюда не входит влага, содержащаяся в угле и испаряющаяся при его нагревании.

Выход летучих веществ и их состав в значительной степени зависят от температурных условий и времени нагревания угля.

Поэтому сравнимые результаты определений выхода летучих веществ могут быть получены лишь при строго регламентированных температурном режиме и времени нагревания угля.

Определяют весовой и объемный выходы летучих веществ.

Рис.3. Подставка для тиглей: из а-жаростойкой стали; б - из нихромовой проволоки

При определении выхода летучих веществ в каменных углях и антрацитах для их классификации зольность проб не должна быть более 10%. В противном случае их обогащают расслоением в четыреххлористом углероде плотностью 1,4 г/см3 (каменные угли) или в хлористом цинке плотностью 1,8 г/см3 (антрациты).

Весовой выход летучих веществ определяют (по ГОСТ 6382 - 80) нагреванием навески аналитической пробы угля. За выход летучих веществ принимают разность между общей убылью веса навески после нагревания, выраженной в процентах к первоначальному весу, и убылью ее веса за счет испарившейся влаги.

Определение весового выхода летучих веществ

Навески аналитической пробы угля берут на различной глубине из двух-трех мест в предварительно взвешенные фарфоровые или кварцевые высокой формы тигли с притертыми крышками.

Навески бурых углей (а также окисленных каменных углей) перед испытанием брикетируют в лабораторном брикетном прессе. Брикеты вынимают из пресса и взвешивают в тиглях, уточняя взятую для испытания навеску угля.

Для нагревания навесок угля применяют электрическую муфельную печь с температурой нагрева до 1 0000 С и с автоматическим регулированием температуры. В передней стенке печь должна иметь отверстия для выпуска летучих веществ, а в задней стенке - отверстия для установки термопары. В печи должен быть участок с устойчивой температурой 850 ± 100 С, площадь которого определяется предварительным замером температуры в закрытом муфеле.

Термопару располагают так в муфельной печи, чтобы горячий спай ее находился в пространстве на расстоянии 1 0 - 20 мм от пода печи по середине зоны с устойчивой температурой.

Тигли с навесками, закрытые крышками, вводят в печь, нагретую до 8600 С, на специальной подставке на шесть, четыре или два тигля (рис.1 2) из нихромовой проволоки или из жаростойкой стали в зону устойчивой температуры, с таким расчетом, чтобы под печи был от дна тигля на расстоянии 20 мм.

Рис.4. Схема установки тиглей в муфельной печи

Схема установки тиглей в печи показана на рис.4.

В закрытой печи выдерживают тигли в течение 7 мин. Температура, понизившаяся при установке тиглей в печь, должна снова достичь 850 ? 10° С не более чем за 3 мин. В противном случае испытание повторяют.

После 7-минутного пребывания тиглей в печи их вынимают оттуда и охлаждают сначала в течение 5 мин на воздухе (не снимая крышек), а затем до комнатной температуры в эксикаторе, после чего взвешивают и освобождают от нелетучего остатка.

Вычисление выхода летучих веществ аналитической пробы угля производят по формулам

Va= (G1Ч100) /G-Wa; Va= (G1Ч100) /G-Wa - [ (C02) ak],

где G1 - убыль веса навески после выделения летучих веществ и испарения влаги, г;

G - навеска угля, г;

Wa - влага аналитическая, %;

[ (C02) ak] - разность между содержанием двуокиси углерода карбонатов в исходной пробе испытуемого угля и в нелетучем остатке после определения выхода летучих веществ, %.

При содержании в аналитической пробе более 2% двуокиси углерода карбонатов (C02) ak выход летучих веществ рассчитывают с поправкой на двуокись углерода.

Выход летучих веществ в аналитической пробе пересчитывают на условную горючую массу угля:

Vdaf= VaЧ100/ (100-Wa - Va)

Vdaf= VaЧ100/ (100-Wa-Va - [ (C02) ak],

Твердый нелетучий остаток в тигле, получаемый после определения выхода летучих веществ, переносят путем опрокидывания и легкого встряхивания тигля на фарфоровую или стеклянную пластинку.

В зависимости от внешнего вида и прочности нелетучего остатка его характеризуют по следующей классификации: порошкообразный; слипшийся - при легком нажиме пальцем рассыпается в порошок; Допускаемые расхождения между результатами двух параллельных

Таблица 4

Определение объемного выхода летучих веществ

Сущность метода определения объемного выхода летучих веществ заключается в нагревании пробирки с навеской аналитической пробы

угля в трубчатой печи при температуре 900 ±10 С в течение 15 мин и определении объема выделившихся из навески летучих веществ. Установка для проведения анализа показана на рис.5.

Рис.5. Установка для определения объемного выхода летучих веществ: I - гальванометр; 2 - термопара; 3 - трубка хлоркальциевая; 4 - отводная трубка; 5 - пробирка кварцевая; 6 - трубчатая печь; 7 - навеска угля; 8, 9, 14, 16 - краны; 1 0 - манометр; 11 - термометр; 12 - аспиратор; 13 - уравнительный сосуд; 1 5 - тройник; 1 7 - мерный цилиндр

Аспиратор наполняют насыщенным раствором хлористого натрия, слегка подкисленным соляной кислотой и подкрашенным метиловым оранжевым индикатором. Закрывают пробкой открытый конец манометра и открывают все краны, кроме крана на уравнительном сосуде. При этом из аспиратора вытекает раствор хлористого натрия в мерный цилиндр, вследствие чего в системе создается разрежение. Если система герметична, то ток раствора через 1,0-1,5 мин прекращается.

Определяют величину поправки на расширение воздуха в пробирке при ее нагревании.

Пробирку (без навески) закрывают пробкой с отводной трубкой, присоединяемой к системе, и опускают на глубину 145 мм в печь, нагретую до температуры 910 - 9150 С, где выдерживают в течение 15 мин, поддерживая температуру нагрева 900 ± 10 С. Объем жидкости, вытекшей из аспиратора за это время, принимают за постоянную величину.

Для определения выхода летучих веществ берут навеску аналитической пробы угля.

Навеску помещают в кварцевую пробирку диаметром 11 мм, длиной 210 мм, соединяют с установкой через отводную трубку и опускают в нагретую до температуры 910 - 9150 С трубчатую печь на глубину 145 мм. Краны, соединяющие пробирку с манометром и аспиратором, должны быть при этом открыты.

Понизившаяся при установке пробирки температура в печи должна подняться до 900 +100 С не более чем за 3 мин, в противном случае испытание повторяют. Последняя температура поддерживается в печи за весь период испытания. Ток раствора хлористого натрия из аспиратора регулируют так, чтобы давление в системе поддерживалось постоянным.

Нагревание пробирки с навеской производят в течение 15 мин, записывая через каждые 3 мин температуру газа в аспираторе. Затем закрывают вначале краны у манометра и мерного цилиндра, а затем кран, соединяющий пробирку с аспиратором, вынимают пробирку из печи. В мерном цилиндре отмечают объем вытекшей в него жидкости.

Объемный выход летучих веществ в навеске аналитической пробы рассчитывают для нормальных условий по формуле

Vaоб= (V1 - V2) Ч293P/ (273+t) Ч760, мл/г

где V1 - объем раствора хлористого натрия, вытекший из аспиратора, мл;

V2 - объем воздуха, выделившийся из пробирки при нагревании, мл;

293 - нормальная температура воздуха (200 С), 0К (градусы абсолютной шкалы);

Р - барометрическое давление во время испытания с учетом разрежения в аспираторе (Р = Р1 - Р), где Р1 - барометрическое давление, р - разрежение), мм рт. ст.;

t - средняя температура газа в аспираторе, 0 С;

273 + t - то же, 0 К;

760 - нормальное атмосферное давление, мм рт. ст.

Объемный выход летучих веществ на 1 г горючей массы пересчитывают по формуле

Vdafo6= Vao6Ч100/100-Wa-Aa, мг/г

где - содержание влаги в аналитической пробе, %,

Аа - зольность аналитической пробы, %.

При анализе углей новых месторождений в них определяют содержание двуокиси углерода карбонатов. Если содержание ее более 2 %, то вводят поправку на объемный выход летучих веществ. Содержание двуокиси углерода карбонатов определяют в навеске 1 г и в нелетучем остатке (для анализа берут весь остаток) после определения объемного выхода летучих веществ. Разница между результатами этих определений представляет собой количество двуокиси углерода карбонатов, перешедшей в газ при анализе на объемный выход летучих веществ.

Объем двуокиси углерода карбонатов, перешедшей в газ, вычисляют по формуле

VaCO2=g (22400Ч293P) / (44 (273+t) 760), мл

где g - вес двуокиси углерода, перешедшей в газ.

Остальные значения букв - см. предыдущие формулы.

С учетом двуокиси углерода карбонатов объемный выход летучих веществ в навеске антрацита составит

Vao6=Vao61 - VaCO2, мл/г.

Допускаемые расхождения в результатах параллельных определений выхода летучих веществ Vaoб для одной лаборатории - 6 % по отношению к меньшему результату определения; Vгoб для разных лабораторий - 8 % отн.

Определение весового содержания двуокиси углерода, карбонатов.

Определение двуокиси углерода карбонатов производят (по гост 13455 - 68) путем воздействия на навеску аналитической пробы угля соляной кислотой и весового определения выделяющейся при этом в результате разложения карбонатов двуокиси углерода, поглощаемой едким кали, и натронной известью.