Химический анализ лабораторных проб угля Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЛАБОРАТОРНЫХ ПРОБ УГЛЯ

1 2 Щербакова А.В. , Рублевская Е.В.

1Щербакова Анастасия Вячеславовна - магистрант,

направление: метрология и стандартизация, кафедра технического регулирования и метрологии;

2Рублевская Екатерина Валерьевна - магистрант, направление: конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств,

кафедра технологии машиностроения; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева,

г. Красноярск

Аннотация: в статье представлено описание химического анализа лабораторных проб угля. Рассмотрены основные этапы анализа и их краткая характеристика. Ключевые слова: химический анализ, проба, уголь, пробоподготовка, топливо.

При разведке и разработке месторождений угля одним из важнейших этапов является оценка его качества. Одним из наиболее информативных методов для изучения качества угля считается химический анализ. Химический анализ лабораторных проб угля - это комплекс методов, позволяющих определить состав и свойства углей. В зависимости от цели химического исследования может быть проведен технический или расширенный (элементный) анализ. Технический анализ служит для определения влажности, зольности, выхода летучих веществ, серы, теплоты сгорания. Если нужно получить более детальные характеристики, вместо технического анализа проводят расширенный. Данные, полученные в ходе расширенного анализа, применяются для определения химического состава угля, включая содержание углерода, водорода, азота, серы и кислорода [1].

Основные этапы анализа: отбор и усреднение пробы; пробоподготовка; количественное измерение аналитического сигнала анализ полученных результатов и оценка их достоверности, т.е. обработка результатов измерений.

Первым этапом химического анализа является отбор проб. Данный этап имеет большое значение, так как от надлежащего выполнения этого этапа зависит представительность и точность результатов анализа. Существует несколько способов для осуществления отбора проб: вручную, с помощью автоматического, маятникового, ковшового или шнекового пробоотборника или другим механическим способом. Рациональный выбор способа отбора проб способствует предотвращению загрязнений пробы и практически полностью исключает возможность возникновения систематической ошибки. Вследствие чего можно получить точные данные об общем уровне качества породы в разных слоях [2].

Этап пробоподготовки состоит из операций дробления, сокращения, измельчения и деления пробы, выполняемых в определенной последовательности. Выполнение данных операций осуществляется для качественной подготовки лабораторных и аналитических проб, пригодных для использования в дальнейших исследованиях. Все процессы, касающиеся обработки первичных проб, совершаются механизированным способом как с использованием комплексных проборазделочных машин, которые осуществляют весь цикл подготовки лабораторных и аналитических проб в заданной последовательности, так и посредством механизмов, служащих для проведения отдельных операций (дробилки, сократители, делители) [3].

При выполнении анализа производят определение содержания влаги в угле. Влага подразделяется на общую (рабочую), аналитическую, лабораторную, внешнюю (свободную) и влагу воздушно-сухого состояния. Содержание влаги в углях можно установить как прямыми, так и косвенными методами. К прямым методам относится отгонка воды из навески угля в замкнутой системе, улавливание выделяющихся при этом паров воды и определение, путем непосредственного замера, веса или объема воды в

6

навеске. Использование косвенных методов заключается в оценке косвенных показателей, например, убыли в весе навески угля после высушивания ее в сушильном шкафу до постоянного веса, реакций, в которые вступает влага угля при тех или иных воздействиях на нее, изменения свойств угля в зависимости от содержания в нем влаги [4].

Вычисление зольности углей осуществляется стандартным методом, суть которого состоит в полном сжигании навески топлива (озолении), прокаливании зольного остатка до постоянной массы при температуре 815±10°С и определении массы образовавшейся золы [5]. Существует два варианта выполнения данного процесса - медленное и ускоренное озоление. Их основным различием является скорость озоления, от которой зависит и общая продолжительность анализа. И в том, и в другом случае для определения зольности применяется аналитическая проба топлива, доведенная до воздушно-сухого состояния.

Измерение выхода летучих веществ выполняется при нагревании без доступа воздуха, так как в данных условиях происходит разложение угля и выделение газо- и парообразных продуктов, которые и называются летучими веществами. После удаления летучих веществ в зависимости от температуры нагревания остается твердый остаток (королек), кокс или полукокс.

Еще одним этапом химического анализа угля является вычисление массовой доли общей серы. Для выполнения данного процесса используется три способа: гравиметрический, алкалиметрическое и иодометрическое титрование. При этом, выбор способа осуществляют на основании конкретных условий и особенностей пробы.

Также при проведении химического анализа производят определение теплоты сгорания углей. Для этого широко используется как экспериментальный метод, заключающийся в сжигании угля в калориметрической бомбе, так и расчетный, суть которого состоит в применении определенных формул.

Таким образом, результаты химического анализа угля являются важным этапом в добывающей и перерабатывающей промышленности и позволяют обеспечивать соответствие продукта международным стандартам (ASTM, ISO, AS, D), оптимальные режимы эксплуатации промышленных ресурсов, планирование мероприятий по охране труда, соответствие договорным требованиям, а также регулирование выбросов в атмосферу.

Список литературы

1. Технический и расширенный анализ угля [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.sgs.ru/m-ru/mining/amlytical-services/coal-and-coke/proximate-and-ultimate-analysis/ (дата обращения: 21.09.2018).

2. Услуги по инспекции и отбору проб. Традиционный и механический отбор проб [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.sgs.ru/ru-ru/mining/inspection-and-sampling-services/traditional-and-mechanical-sampling/ (дата обращения: 21.09.2018).

3. Промышленность. Горное дело. Обработка проб [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://scicenter.online/gornoe-delo-scicenter/obrabotka-prob-14337Lhtml/ (дата обращения: 21.09.2018).

4. Файловый архив. Определение влажности угля [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://studfiles.net/preview/4200222/ (дата обращения: 22.09.2018).

5. Методы определения зольности углей [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://studopedia.info/6-44682.html/ (дата обращения: 23.09.2018).