CC BY
59Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 7. №7. 2021
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/68
УДК 634.511 https://doi.org/10.33619/2414-2948/68/13
AGRIS J11
ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА УГЛЯ ИЗ СКОРЛУПЫ ГРЕЦКОГО ОРЕХА
©Токторбаева Г. П., Ошский государственный университет, г. Ош, Кыргызстан, toktorbaeva89@inbox.ru ©Ташполотов Ы., SPIN-код: 2425-6716, д-р физ.-мат. наук, Ошский государственный
университет, г. Ош, Кыргызстан, itashpolotov@mail.ru ©Ысманов Э. М., Институт природных ресурсов им. А. С. Джаманбаева ЮО НАН КР,
г. Ош, Кыргызстан, eshkozu1960@mail.ru
STUDY OF CHEMICAL COMPOSITION OF WALNUT SHELL COAL
©Toktorbaeva G., Osh State University, Osh, Kyrgyzstan, toktorbaeva89@inbox.ru ©Tashpolotov Y., SPIN code: 2425-6716, Dr. habil., Osh State University, Osh, Kyrgyzstan, itashpolotov@mail.ru ©Ysmanov E., Dzhamanbaev Institute of Natural Resources SD NAS KR, Osh, Kyrgyzstan
Аннотация. В статье исследован химический состав угля из скорлупы грецкого ореха спектрографическим и рентгено-флуоресцентным методами. Определен состав зольности угля: Si, K, F, Ca, Mg, Fe, Na, Mn, Zn, Cu, I, Ba, As, Ni и др. Углерод — 84-84,9%.
Abstract. The article investigates the chemical composition of walnut shell coal by spectrographic and X-ray fluorescence methods. The composition of the ash content of walnut shell coal has been determined: Si, K, F, Ca, Mg, Fe, Na, Mn, Zn, Cu, I, Ba, As, Ni, etc. Carbon — 8484.9%.
Ключевые слова: уголь, зольность, грецкий орех, спектрограф, рентгено-флуоресцентный метод, фотометр МФ-2, градуировка.
Keywords: coal, ash content, walnut, spectrograph, X-ray fluorescence method, photometer MF-2, graduations.
Введение
Древесный уголь по своему составу схож с каменным углем, в котором углерод является также основным элементом. По сути и древесный и каменный угли имеют в основе древесину. Только в каменном угле древесина разлагалась многие века при ограниченном доступе кислорода, а древесный уголь — это обугленная древесина, которую частично сожгли при недостатке кислорода.
В процессе обугливания скорлупы греческой орехи выходят большая часть влаги, серы, фосфора и кислорода и при этом потери и углерода и водорода составляет минимального значения, а также остается зола, которая не удаляется при обугливании. При этом, чем выше температура выжигания, тем меньше углерода остается в составе древесного угля из скорлупы. Так, например при температуре 450 °С процентное содержание углерода составляет порядка 85%, а водорода — 3%. Содержание фосфора зависит от воды древесины:
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 7. №7. 2021
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/68
в березовым древесном угле его содержится 0,037%, в еловом — 0,017%, а в сосновом — 0,016%.
Как известно, процесс производства древесного угля достаточно прост: его выжигают в закрытом пространстве без доступа воздуха, т. е. методом пиролиза. При высокой температурной обработке из древесины получается: древесный уголь, а также жидкие и газообразные продукты (аустон, метанол, уксусная кислота, смола и др.). Но несмотря на всю простоту, процесс пиролиза нужно тщательно регулировать. В противном случае количество полученного древесного угля кажется меньше, а сам уголь будет мелким и пахнут смолами. Поэтому во время производства древесного угля процесс пиролиза должна происходить без доступа воздуха и лучшим древесным углем считается уголь, полученный при температуре, не превышающей 400-500°С без доступа воздуха.
Современные предприятия, на которых производится древесной уголь оснащены специальными ретортными печами. По обеим сторонам печи располагаются реторты, слева с подготовленными дровами, а справа — с остывающим углем. Завершает установку вытяжная труба. Камеры пиролиза и просушки угля разделены, благодаря чему тепло используется с большой пользой. Причем, пламя образуется за счет горения летучих продуктов, а не счет горения дров. Летучие продукты, которые выделяются при сгорании, переносятся обратно в точку и там сгорают [1].
В статье [2] замечено, что в южном регионе КР отходы угольных месторождений при добыче составляет до 60% в виде штыба, то есть не кондиционные угольные мелочи, которые остаются не использованными. Исследованы процессы нагревания каменного угля Узгенского месторождения (Чангент) в лабораторных условиях методом пиролиза в термической печи при температуре 950-1000 °С без доступа воздуха [3].
При медленном и поступательном нагревании каменных углей от 950-1000 °С образуется высококолорийный кокс.
В статье [4] изложены результаты научных исследований по переработке ореховой скорлупы методом пиролиза. Описаны физико-химические свойства ореховой скорлупы и продуктов разложение, полученных при пиролизе скорлупы грецкого ореха в интервале температур 250-550 °С с образованием древесного угля без доступа воздуха. Установлено, что выход древесного угля из скорлупы грецких орехов составляет при 550 °С 31,3% веса.
Изучение процессов пиролиза скорлупы греческого ореха в интервале температур 100550 °С показало, что активное формирование структуры происходит при температурах от 300 до 400 °С. Выход древесного угля при 550 °С составляет 31,4%. Зольность получаемого древесного угля из скорлупы грецкого ореха с повышением температуры пиролиза возрастает от 0,53% в исходной скорлупе при 100 °С до 1,92% при температуре пиролиза 550 °С. Концентрация йода в ореховой скорлупе составляет 0,105 мкг/дм3 [5].
Пирогенные смолы скорлупы грецкого ореха является сырьем для получения различных товарных продуктов, например, фенол. В процессе пиролиза образуется ценные органические продукты: летучие газы — 33,5%, жидкие вещества (органические вещества) — 35% и древесный уголь — 31,4%. В работе изучен химический состав фракции смолы пиролиза ореховый скорлупы с помощью терморегулятора ТКП-160 CN-MIYХЛ с применением холодильника. В реакторе из смолы были разделены следующие продукты: легкие, фенольные, нафталиновые, поглотительные, антрацены и ПСК. Установлены, что разделенные органические фракции зависят от индивидуального выкипания веществ [6].
Разнообразие углей по структуре и свойствами ставит перед исследователями задачу поиска путей оптимального использования их энергетического потенциала, что в свою
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 7. №7. 2021
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/68
очередь, определяет круг научных исследований, направленных на процессы переработки углей топливного и нетопливного назначения
В связи в этим, основной задачей настоящих исследований сводятся к установлению взаимосвязи структуры и свойств углей, выявлению закономерностей измерение свойств углей в ряду метаморфизма, научно-обоснованной интерпретации результатов физико-химических исследований молекулярной структуры и надмолекулярного строения на базе современных представлений о строении вещества.
Безусловно, поставленную задачу будет решать не просто, но работа в данном направлении ведется, и ниже будет представлен обзор нескольких традиционных способов [4] переработки углей, которые в перспективе, при должном своем развитии и совершенствованием, могли бы представляют собой интерес, с точки зрения использования получаемых продуктов в энергетике (топливное назначение) и других отраслях промышленности (не топливное назначение) [7].
Экспериментальная часть
В экспериментальной части исследованы и определены химический состав золы ореховой косточки методом спектрального анализа, с использованием спектрографа ИСП-28 и фотометра типа МФ-2, фотопленка ФФА. Спектрограф ИСП-28 предназначены для анализа и фотографирования эмиссионного потока излучения. Спектрографы состоит из оптической системы, которая фокусирует эмиссионный поток излучения, входной цехи, диспергирующей кварцевой призмы, излучение спектральных линий, выделяемых призмой, фокусируется объективом и проецируется на фотопленки. Степень засветки (почернения) изображения каждой спектральной линии на фотопластинке, пропорциональна интенсивности линии. После проведения измерений и проявки фотопластинки оптическая плотность линии(спектра), соответствующей интересующим химическим элементом в пробе путем измерения почернения на фотопленке на микрофотометре типа МФ-2 с оптической плотности в диапазоне от 0 до 1,40 Б с абсолютной погрешностью не более +0,02 Б. Для перевода значений оптической плотности спектральных линий на фотопластинке в концентрацию химических элементов в пробе проводится построение градуировочных зависимостей на основе анализа стандартных образцов соответствующих сплавов металлов, родственных измеряемым.
После пиролиза полученный термробработанный уголь обжигали в муфельной печи при температуре 900°С. Минеральный состав в составе зольности определенной эмиссионно-спектрографическим, и рентгено-флуоресцентным методами анализа представлены в Таблицах 1 и 2.
Таблица 1
МИНЕРАЛЬНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ УГЛЯ И ЗОЛЫ УГЛЯ (эмиссионно-спектрографический метод)
№ Определяемый элемент Концентрация химического элемента, в %
А. Минеральный химический состав золы угля
1 Si (кремний) 23,8
2 K (калий) 0,02
3 Р (фосфор) 0,49
4 Ca (кальций) 0,72
5 Mg (магний) 0,11
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 7. №7. 2021
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/68
№ Определяемый элемент Концентрация химического элемента, в %
6 Бе (железо) 0,035
7 № (натрий) 0,04
8 Мп (марганец) 1,9
9 2п (цинк) 0,010
10 Си (медь) 0,02
11 8е(селен) 0,0046
12 I(йод) 0,0002
13 Ва (барий) 0,013
14 Л8 (мышьяк) 0,010
15 N1 (никель) 0,015
Б. Химический состав угля
1 C (углерод) 84%
2 P (фосфор) 4,2%
3 S (сера) 1,0%
4 Прочие вещества 10,8%
Химический состав золы ореховой скорлупы исследована рентгено-флуоресцентным методом анализа (ХЯР^реСЛоМОК^, измерительный аппарат XL3T-960).
Таблица 2
МИНЕРАЛЬНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ УГЛЯ И ЗОЛЫ УГЛЯ (рентгено-флуоресцентный метод)
№ Наименование элементов Концентрация химического элемента, в %
А. Минеральный химический состав золы древесного угля
1 (кремний) 26,3
2 К (калий) 0,016
3 Р (фосфор) 0,52
4 Са (кальций) 0,63
5 Mg (магний) 0,13
6 Бе (железо) 0,028
7 № (натрий) 0,038
8 Мп (марганец) 1,6
9 2п (цинк) 0,011
10 Си (медь) 0,026
11 8е (селен) 0,0039
12 I (йод) 0,00026
13 Ва (барий) 0,011
14 Л8 (мышьяк) 0,0096
15 N1 (никель) 0,013
Б Химический состав древесного угля из орехового скорлупы
1 C (углерод) 84,9
2 P (фосфор) 5,0
3 S (сера) 1,2
4 Прочие вещества 8,9
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 7. №7. 2021
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/68
Выводы
1. Химический состав золы греческого угля исследовано спектрографическим и рентгено-флуоресцентным методом анализа;
2. Химический состав древесного угля из скорлупы грецкого ореха исследовано спектрографическим и рентгено-флуоресцентным. Установлено, что углерод исследованных веществах составляют 84-84,9% соответственно.
Список литературы:
1. Древесный уголь. Госстандарт. С 2012-2021 gosstandant.info. C. 1/8-8/8.
2. Алдашева Н. Т., Ысманов Э. М., Асанов Р. Э., Ташполатов Ы. Низкотемпературное и высокотемпературное коксование углей Алайского, Узгенского месторождения // Известия вузов Кыргызстана. 2017. №6. С. 31-32.
3. Осекова Г. П., Ташполатов Ы. Получение аммиачного удобрения из угля Узгенского бассейна Чангентского угольного месторождения // Интернаука: научный журнал. 2019. №15 (97). С. 123-125.
4. Токторбаева Г. П., Ташполотов Ы. Процессы пиролиза скорлупы Juglans regia L. в интервале температур 250-550° C с получением древесного угля // Бюллетень науки и практики. 2019. Т. 5. №7. С. 135-140. https://doi.org/10.33619/2414-2948/44/17
5. Токторбаева Г. Б., Ташполотов Ы. Т. Определение содержания йода в скорлупе ореха методом пиролиза в интервале температур 100-550° C // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 6. №7. С. 247-250. https://doi.org/10.33619/2414-2948/56/26
6. Токторбаева Г. П., Ташполотов Ы., Ысманов Э. М. Исследование разделения древесной смолы на органические фракции на основе индивидуального выкипания веществ // Бюллетень науки и практики. 2021. Т. 7. №1. С. 296-299. https://doi.org/10.33619/2414-2948/62/30
7. Гюльмахиев А. М., Головин Г. С., Голадун Т. Г. Теоретические основы химии угля. М.: МГУ, 2003. С. 335-485.
References:
1. Drevesnyi ugol'. Gosstandart. S 2012-2021 gosstandant.info. C. 1/8-8/8.
2. Aldasheva, N. T., Ysmanov, E. M., Asanov, R. E., & Tashpolatov, Y. (2017). Nizkotemperaturnoe i vysokotemperaturnoe koksovanie uglei Alaiskogo, Uzgenskogo mestorozhdeniya. Izvestiya vuzov Kyrgyzstana, (6), 31-32. (in Russian).
3. Osekova, G. P., & Tashpolatov, Y. (2019). Poluchenie ammiachnogo udobreniya iz uglya Uzgenskogo basseina Changentskogo ugol'nogo mestorozhdeniya. Internauka: nauchnyi zhurnal, (15 (97)), 123-125. (in Russian).
4. Toktorbaeva, G., & Tashpolotov, Y. (2019). Pyrolysis Processes of the Shell of the Juglans regia L. in the Temperature Range of 250-550°C to Produce Charcoal. Bulletin of Science and Practice, 5(7), 135-140. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/44/17
5. Toktorbaeva, G., & Tashpolotov, Y. (2020). Determination of the Content of Iodine in a Nut Corner by Pyrolysis in the Temperature Range 100-550°C. Bulletin of Science and Practice, 6(7), 247-250. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/56/26
6. Toktorbaeva, G., Tashpolotov, Y., & Ysmanov, E., (2021). Study of the Separation of Wood Resin Into Organic Fractions Based on Individual Boiling off of Substances. Bulletin of Science and Practice, 7(1), 296-299. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/62/30
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice https://www.bulletennauki.com
Т. 7. №7. 2021 https://doi.org/10.33619/2414-2948/68
7. Gyulmakhiev, A. M., Golovin, G. S., & Goladun, T. G. (2003). Teoreticheskie osnovy khimii uglya. Moscow, 335-485. (in Russian).
Работа поступила в редакцию 10.06.2021 г.
Принята к публикации 14.06.2021 г.
Ссылка для цитирования:
Токторбаева Г. П., Ташполотов Ы., Ысманов Э. М. Исследование химического состава угля из скорлупы грецкого ореха // Бюллетень науки и практики. 2021. Т. 7. №7. С. 90-95. https://doi.org/10.33619/2414-2948/68/13
Cite as (APA):
Toktorbaeva, G., Tashpolotov, Y., & Ysmanov, E. (2021). Study of Chemical Composition of Walnut Shell Coal. Bulletin of Science and Practice, 7(7), 90-95. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/68/13
