machnikowski, technologia węgla i materiałów węglowych, Podstawowe składniki węgla. Przeliczanie oznaczeń na różne stany węgla.docx

Podstawowe składniki węgla (wilgotność, substancja mineralna, substancja organiczna). Przeliczanie oznaczeń na różne stany węgla.

Podstawowe składniki węgla

·         Wilgotność (zawartość wody)

·         Substancje mineralne

·         Substancje organiczne

Rodzaje wilgotności węgla i metody jej oznaczania

·         Suszenie w azocie stosuje się, gdy węgiel w temperaturze 110oC mógłby ulec utlenieniu.

·         Podczas oznaczania higroskopijnego o ile nie jest możliwe posługiwanie się suszarką z przepływem azotu, powinno stosować się metodę destylacyjną aby uniknąć utleniania się węgla.

·         Suszenie dwustopniowe stosuje się dla węgla mokrego w sposób widoczny

Wilgotność przemijająca (Wp)

              Cześć wody zawartej w węglu, którą węgiel traci podczas suszenia na powietrzu osiągając stan równowagi z wilgotnością atmosferyczną.

Suszenie węgla tą metoda polega na wysuszeniu odważki w temperaturze pokojowej lub nieco podwyższonej i na pomiarze masy odważki przed i po wysuszeniu. Suszenie przeprowadza się na tacach nierdzewnych o takich wymiarach, aby na 1dm2 dna tacy przypadało nie więcej niż 100g węgla. Podczas suszenia w podwyższonej temperaturze można stosować suszarkę z ogrzewaniem gazowym lub elektrycznym, w której możliwe jest utrzymanie przedziału temperatur 40-50oC. próbkę w suszarce pozostawia się przez 8 godzin, a następnie suszy się dalej w temperaturze pokojowej, mieszając od czasu do czasu.

Suszenie kończy się, gdy w czasie, gdy w ciągu 2 godzin ubytek masy  jest mniejszy niż 0,1% w stosunku do początkowej masy odważki węgla.

Zawartość wilgotności przemijającej można oznaczać w próbce, w której największy wymiar ziarn nie przekracza 20mm. Można obliczyć zawartość wilgoci przemijającej węgla według wzoru:

Wp=m1-m2m1-m3∙100%

m1- masa tacy z odważką przed suszeniem

m2- masa tacy z odważka po suszeniu

m3- masa tacy

Wilgoć węgla powietrzno- suchego (Wh)

              Jest to woda pozostała w węglu po wysuszeniu go na powietrzu i osiągnięciu przez niego równowagi z wilgocią atmosferyczną. Wodę tę wilgoć traci przy suszeniu w temperaturze 105-110oC lub przez destylację. Wilgoć węgla powietrzno- suchego oznacza się metodą suszenia albo destylacji.

Metoda suszenia polega na całkowitym wysuszeniu odważki i pomiarze różnicy ciężarów próbki przed i po suszeniu. Suszenie przeprowadza się w suszarce elektrycznej z regulacją temperatury w przedziale 105-110oC. Do suszenia używa się naczynka wagowe szklane lub aluminiowe o powierzchni dna około 35 cm2 z doszlifowaną pokrywą.

              Wielkość ziarna próbki węgla nie może przekraczać 3 mm. Czas suszenia dla węgla kamiennego wynosi 60 minut, a dla antracytów 120 minut. Po wysuszeniu próbkę chłodzi się w ekstraktorze do temperatury pokojowej i dokładnie waży. Po zważeniu przeprowadza się kontrolne suszenie przez 30 minut. Suszenie kończy się z chwilą gdy różnica między dwoma kolejnymi ważeniami będzie mniejsza niż 0,01g. Zawartość wilgoci oblicza się ze wzoru:

Wh=m1-m2m1∙100%

m1- odważka węgla przed suszeniem

m2-odważka węgla po suszeniu

              Należy wykonać co najmniej dwa oznaczenia, za wynik przyjmuje się średnia arytmetyczną dwóch zgodnych oznaczeń. Różnica między oznaczeniami wykonanymi w tym samym laboratorium nie powinna przekraczać:

·         0,3% absolutnych, przy zawartości wilgoci do 10%

·         0,3% względnych, przy zawartości wilgoci przy 10%

Metoda destylacji polega na oddestylowaniu z ksylenem lub toluenem wody zawartej w węglu i na pomiarze objętości oddestylowanej wody. Temperatura wrzenia ksylenu wynosi 135-140oC, a toluenu 110oC. W takiej temperaturze woda ilościowo oddestylowuje zaś węgiel nie zostaje naruszony. Oznaczenie przeprowadza się na węglu powierzchniowo-suchym.

              Stosowana aparatura składa się z:

-        kolby destylacyjnej o pojemności 500ml z krótką szyjką,

-        chłodnicy zwrotnej Liebiega o długości płaszcza 400mm,

-        odbieralnika mierniczego,

-        biurety z podziałką co 0,05 ml,

-        rurki szklanej o średnicy 5mm

Zawartość wilgoci węgla oblicza się ze wzoru:

Wh=V+∆Vm∙100%

V- objętość oddestylowanej wody

ΔV- poprawka objętości aparatu odczytana z wykresu

m- odważka węgla

W celu wyznaczenia ΔV należy wykonać ślepe oznaczenie.

Wilgoć całkowita (Wc)

              Jest to suma wilgoci przemijającej i wilgoci węgla powietrzno- suchego. Można ją oznaczyć kilkoma sposobami zależnie do sposobu przeprowadzenia oznaczenia.

              Wilgoć całkowitą można obliczyć jako sumę wilgoci przemijającej i w stanie powietrzno-suchym lub też oznaczyć wprost w badanej próbce stosując jedna z trzech metod oznaczenia:

·         metoda suszenia dwustopniowego

Polega na oznaczeniu zawartości przemijającej, następnie zawartości próbki powietrzno-suchej i obliczeniu wilgoci całkowitej ze wzoru:

Wc=Wp+Wh∙100-Wp100

Różnica miedzy wynikami oznaczeń wykonanych w różnych laboratoriach z jednej próbki nie powinna przekraczać:

-        0,5% absolutnych, przy zawartości wilgoci do 10%

-        5% względnych, przy zawartości wilgoci powyżej 10%

·         metoda suszenia jednostopniowego

Oznaczenie przeprowadza się na próbce węgla w stanie dostarczonym sposobem podanym dla oznaczenia wilgoci węgla powietrzno- suchego.

·         metoda destylacyjna

Oznaczenie przeprowadza się na próbce węgla w stanie dostarczonym metodą destylacyjną

              Zawartość wilgoci w próbce może się dość szybko zmieniać, zwłaszcza przy typach węgla niżej uwęglonych lub przy węglach brunatnych.

Substancje mineralne:

Rozpoznanie pochodzenia, składu mineralnego i chemicznego oraz właściwości substancji mineralnych występujących w węglu ma duże znaczenie poznawcze i technologiczne. Składniki substancji mineralnych miały wpływ na formowanie się złóż węgla, przebieg procesu uwęglenia i tworzenia się określonych typów struktury węgli.

              Substancje mineralne znajdujące się w węglu stanowią niejednorodną mieszaninę związków chemicznych, z których tylko niewielka ilość jest chemicznie związana z substancją węglową albo tworzy z nią jednorodną mieszaninę. W złożu węglowym występuje substancja mineralna głównie w postacipoziomych warstw różnej grubości, rzadko jest rozmieszczona nieregularnie.

              Substancja mineralna zawarta w węglach  pochodzi ze składników mineralnych roślin węglotwórczych oraz z substancji mineralnej gromadzącej się w węglach na wszystkich etapach jego uwęglania.

              Główne grupy substancji mineralnych występujących w węglu to:krzem, glin, żelazo, wapń, siarka nieorganiczna, fosfor.

Substancja organiczna:

Substancja organiczna to materia powstała w czasie wzrostu organizmów żywych, a następnie obumarła uległa przemianą (uwęgleniu). Składa się z pierwiastków takich jak: C, H, O, S, N, P i innych występujących w śladowych ilościach.

Chemiczna struktura substancji organicznej węgla:

              Rozkład termiczny substancji organicznej następuje po podgrzaniu powyżej 600oC. Wówczas substancja organiczna rozkłada się na: części lotne oraz pozostałość koksową (karbonizat).