21.02.2021

Технический анализ проб углей и горючих сланцев


Технический анализ — определение в углях (горючих сланцах) содержания влаги, зольности, содержания серы и фосфора, выхода летучих веществ, теплоты сгорания, спекаемости.

Все анализы производят по аналитическим пробам угля (сланца); содержание влаги в рабочем топливе определяют по лабораторным пробам.

Результаты анализов аналитических проб пересчитывают на сухую, горючую и рабочую массы угля или сланца (табл. 9).
Технический анализ проб углей и горючих сланцев

Определение содержания влаги


Содержание влаги в углях (горючих сланцах) определяют прямыми или косвенными методами.

Прямые методы заключаются в улавливании воды, выделяющейся из угля (сланца) при высушивании его или при кипячении с не смешивающейся с водой жидкостью, температура кипения которой выше 100°, и в определении веса этой воды.

Косвенные методы заключаются в высушивании угля до постоянного веса и в определении содержания влаги по потере в весе пробы после сушки или в замере каких-либо свойств угля, зависящих от содержания в нем влаги.

Прямые методы дают более точные результаты, но они сложнее косвенных. Последние чаще применяются в производственных углехимических лабораториях.

Определение содержания влаги в углях и горючих сланцах (по ГОСТ 6379—59)


Определение содержания влаги в угле по лабораторной пробе. Навески по 10±1 г помещают в весовые стаканчики и сушат в сушильном шкафу при температуре 105—110° до постоянного веса (в пределах ±0,01 г), проверяемого контрольным просушиванием. Постоянства веса можно достигнуть при высушивании: бурого угля, продуктов мокрого обогащения и породы — в течение 90 мин., антрацита — 120 мин., каменного угля и горючих сланцев — 50—60 мин.

После сушки стаканчики охлаждают 2 мин. на воздухе и далее в эксикаторе до комнатной температуры, а затем взвешивают, производят контрольное просушивание навески в течение 30 мин. и определяют потерю веса; если потеря менее 0,01 г, испытание заканчивают и для расчета принимают последний вес. При потере веса 0,01 г и более производят контрольные просушивания до тех пор, пока разность в весе при двух последовательных взвешиваниях будет менее 0,01 г или пока последнее просушивание не даст увеличения веса. В последнем случае для расчета принимают предпоследний вес. Взвешивания производят с точностью до 0,001 г.

Определение содержания влаги по аналитической пробе. Навески по 1—2 г помещают в весовые стаканчики и сушат в сушильном шкафу при температуре 105—110° до постоянного веса (в пределах ±0,001 г), проверяемого контрольным просушиванием. Постоянства веса можно достигнуть при высушивании: бурого угля, продуктов мокрого обогащения и породы — в течение 40—60 мин., остальных видов топлива — 30 мин.

После сушки производят взвешивание стаканчиков и контрольные просушивания навесок продолжительностью по 30 мин. до тех пор, пока разность в весе при двух последовательных взвешиваниях будет менее 0,001 г или до увеличения веса. Взвешивания производят с точностью до 0,0002 г.

Определение содержания влаги в каменных углях, антрацитах и горючих сланцах ускоренным методом (по ГОСТ 6963—55)


Навески из лабораторной (10±1 г) или аналитической (1±0,1 г) проб помещают в весовые стаканчики и сушат в сушильном шкафу при повышающейся температуре от 130 до 150° в течение 20 мин. (навески из лабораторной пробы), и 5 мин. (навески из аналитической пробы).

После сушки стаканчики охлаждают в течение 2—3 мин. на воздухе и далее в эксикаторе до комнатной температуры, а затем взвешивают их и данные взвешивания принимают для расчета потери в весе навески.

Точность взвешивания принимается такая же, как по ГОСТ 6379—59.

Содержание влаги (Wp, Wл, Wа) вычисляют по формуле

где G1 — потеря веса при высушивании навески, г;

G — навеска., г.

Если в лабораторной пробе при доставке ее в лабораторию была установлена потеря веса (не более 0,5% веса пробы), то содержание рабочей влаги вычисляют по формуле

где Wп — потеря веса (влаги) пробы, %.

Вычисления результатов анализов производят с точностью до 0,01%, окончательные результаты округляют до 0,1%.

Определение содержания влаги производят параллельно в двух навесках. Расхождение в результатах параллельных определений в одной лаборатории не должно превышать: для лабораторных проб — 0,4%, для аналитических — 0,3%.

Определение зольности


Методы определения зольности заключаются в озолении навески пробы угля (сланца), прокаливании зольного остатка до постоянного веса, определении зольности по весу остатка.

Определение зольности углей и горючих сланцев (по ГОСТ 6383—52)


Определение зольности методом медленного озоления. Навески из аналитической пробы (по 1—2 г) помещают в лодочках или тиглях на под муфеля, холодного или нагретого до температуры не свыше 300°. Закрывают дверцу печи и постепенно, в течение 1—1,5 часа, нагревают муфель до температуры 800±25° для углей и 850±25° для горючих сланцев.

При указанной температуре навески выдерживают в муфеле в течение 1—2 час. Затем лодочки или тигли охлаждают 5 мин. на воздухе и далее в эксикаторе до комнатной температуры, после чего взвешивают. Контрольные прокаливания зольного остатка производят в течение 30 мин. до тех пор, пока разность в весе при двух последовательных взвешиваниях будет менее 0,01 г. Все взвешивания производят с точностью до 0,0002 а.

Определение зольности методом быстрого озоления. Нагревают муфель до температуры 850±25° для углей и 900±25° для горючих сланцев и постепенно со скоростью около 1 см/мин продвигают в муфель лодочки с навесками. После этого дверцу муфеля закрывают и прокаливают остаток в течение 40 мин. при той же температуре. Затем -производят контрольные прокаливания зольного остатка продолжительностью по 15 мин.

Определение зольности каменных углей и антрацитов ускоренным методом (по ГОСТ 2661—58)


Навески из аналитической пробы по 1±0,1 г помещают в лодочки и ставят на предварительно разогретую электрическую плитку.

Лодочки выдерживают на плитке в течение 3 мин. при температуре 850±25°, а затем накрывают их стеклянным (или алюминиевым) колоколом и подают в него кислород, постепенно увеличивая количество его до 6—8 л/мин. При такой подаче кислорода лодочки выдерживают на плитке еще 12—15 мин., после чего лодочки с зольным остатком охлаждают в течение 5—8 мин. на воздухе и далее в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают с точностью до 0,0002 г.

Аппаратура для анализа показана на рис. 4.

Зольность угля (сланца) вычисляют по формуле

где G1 — вес зольного остатка, г;

G — навеска, г.

Вычисление результатов анализа производят с точностью до 0,01%, окончательные результаты округляют до 0,1%.

Определение зольности производят параллельно в двух навесках. Расхождение в результатах определений в одной лаборатории не должно превышать:

Определение содержания серы


В углях определяют содержание общей серы Sоба сульфатной Sса, колчеданной Sка и органической Sога. В горючих сланцах производят определение только общей серы.

Определение содержания серы в углях и горючих сланцах (по ГОСТ 8606—57)


Определение содержания серы общей. Сущность метода заключается в сжигании навески со смесью окиси магния и безводного углекислого натрия (смесью Эшка), растворении образовавшихся сульфатов, осаждении сульфат-иона в виде сернокислого бария и определении его веса.

Навески по 1±0,1 г помещают в тигли и добавляют в каждый тигель по 2±0,1 г смеси Эшка. Содержимое тиглей перемешивают, добавляют сверху еще 1 г смеси Эшка и ставят в холодный муфель, который в течение не менее 1 часа разогревают до температуры 800±25°. При этой температуре прокаливают навески не менее 2 час. Спекшуюся массу выщелачивают водой и осаждают сульфат-ион из образовавшихся сернокислых солей хлористым барием в присутствии соляной кислоты, отфильтровывают, промывают, прокаливают и взвешивают осадок.

Определение содержания серы сульфатной. Навеску кипятят с дистиллированной водой, в которой растворяются содержащиеся в угле сульфаты. Из раствора осаждают сульфат-ион в виде сернокислого бария и определяют вес промытого и прокаленного осадка.

Определение содержания серы колчеданной. Навеску обрабатывают разбавленной азотной кислотой и растворяют в ней сульфаты, содержащиеся в угле и образовавшиеся при окислении колчедана кислотой. Из раствора осаждают сульфат-ион в виде сернокислого бария и определяют вес промытого и прокаленного осадка. Содержание колчеданной серы вычисляют по разности между количеством серы, извлекаемой из угля азотной кислотой, и водой (сера сульфатная).

Содержание серы органической аналитически не определяют, а вычисляют по разности между содержанием общей серы и суммы сульфатной и колчеданной.

Содержание серы вычисляют по формулам:

где G1, G1', G1'' — вес сернокислого бария, полученного при анализе навесок, г;

G2 — вес сернокислого бария, полученного при контроле реактивов, г;

0,1373 — коэффициент для пересчета веса сернокислого бария на вес серы;

G, G', G'' — навески, г.

Вычисление результатов анализа производят с точностью до 0,01 %, окончательные результаты округляют до 0,1%, а при анализе углей, предназначаемых для коксования, — до 0,05%.

Определение содержания серы производят параллельно в двух навесках. Расхождение в результатах определений в одной лаборатории не должно превышать 0,1%.

Определение содержания серы в углях ускоренным методом (по ГОСТ 2059—54)


Сущность метода заключается в сжигании навески в кварцевой трубке при температуре 1150±50° в струе кислорода, улавливании сернистых соединений водным раствором перекиси водорода, объемном определении полученной в растворе серной кислоты титрованием ее раствором едкого кали.

Аппаратура для анализа показана на рис. 5. В поглотительный сосуд и коническую колбу наливают по 50 мл дистиллированной воды и добавляют в сосуд 2 мл, а в колбу 2—3 капли трехпроцентного раствора перекиси водорода.

В фарфоровую лодочку берут навеску (0,4—0,5 г) и засыпают сверху 0,15—0,20 г порошка окиси кремния. Лодочку с навеской помещают в кварцевую трубку перед входом в нагретую печь и начинают подавать в трубку кислород в количестве 400—500 мл/мин. Через 5 мин. трубку вводят в печь и медленно (в течение 3—5 мин.) перемещают так, чтобы лодочка находилась в середине печи, и в таком положении содержимое лодочки прокаливают в течение 3 мин. После этого трубку с лодочкой возвращают в исходное положение. Образующиеся при сгорании навески сернистые соединения улавливаются в поглотительном сосуде и колбе, где при взаимодействии с водой и перекисью водорода они образуют серную кислоту. Полученный раствор серной кислоты титруют 0,05н раствором едкого кали в присутствии индикатора метилового красного.

Содержание общей серы вычисляют по формуле

где 0,0008 — количество серы, соответствующее 1 мл 0,05н раствора едкого кали, г;

V — объем 0,05н раствора едкого кали, израсходованного на титрование, мл;

G — навеска, г.

Расхождение в результатах параллельных определений содержания серы в одной лаборатории не должно превышать 0,1%.

Определение содержания фосфора в каменных углях


Содержание фосфора определяют объемным или фотоколориметрическим методом (по ГОСТ 1932—54).

Объемный метод заключается в окислении содержащегося в угле фосфора в ортофосфорную кислоту путем сжигания навески (около 4 г) со смесью Эшка. Спекшуюся массу растворяют в азотной кислоте, из раствора выделяют кремневую кислоту и осаждают фосфор в виде фосфорномолибденовокислого аммония. Осадок растворяют в избытке титрованного раствора едкой щелочи и избыток щелочи оттитровывают серной кислотой.

Содержание фосфора вычисляют по формуле

где а — количество 0,1н раствора щелочи, взятой для растворения осадка, мл;

б — количество 0,1н серной кислоты, израсходованной на оттитрование щелочи, мл;

0,000135 — количество фосфора, соответствующее 1 мл 0,1н раствора щелочи, г;

G — навеска, г.

Фотоколориметрический метод заключается в окислении содержащегося в угле фосфора в ортофосфорную кислоту путем сжигания навески (около 1 г) со смесью Эшка. Спекшуюся массу обрабатывают соляной и азртной кислотами. При этом фосфоросодержащие соединения растворяются. Из раствора выделяют кремневую кислоту. В фильтрат добавляют сернистокислый натрий и молибденовокислый аммоний. В присутствии двухвалентного железа происходит реакция образования «молибденовой сини» при восстановлении фосфорно-молибденового комплекса сернистокислым натрием. Содержание фосфора определяют по интенсивности окраски сини при помощи фотоколоримётра и калибровочного графика, построенного по ряду стандартных растворов чистой соли КН2РО4.

Определение выхода летучих веществ


Определение выхода летучих веществ производят весовым и объемным методами.

Весовой метод определения выхода летучих веществ в углях (по ГОСТ 6382—52). Сущность метода заключается в нагревании навески 1±0,01 г в закрытом фарфоровом тигле при температуре 850±25° в течение 7 мин. и определении потери в весе навески. Выход летучих веществ вычисляют по разности между общей потерей в весе и потерей, происшедшей за счет испарения влаги, содержавшейся в навеске.

При определении выхода летучих веществ в бурых и выветрелых каменных углях навески брикетируют и испытывают в виде брикетов.

Выход летучих веществ вычисляют по формулам:

- при содержании углекислоты карбонатов (CO2)ка в аналитической пробе до 2%

- при содержании углекислоты карбонатов в аналитической пробе более 2%

где G1 — потеря в весе навески во время нагревания, г;

G — навеска, г;

Wa — содержание влаги в испытуемой аналитической пробе, %.

Расхождение в результатах параллельных определений выхода летучих веществ не должно превышать 0,5% для углей с выходом летучих веществ менее 45% и 1,0% при выходе летучих веществ 45% и более.

Объемный метод определения выхода летучих веществ в антрацитах и полуантрацитах. Сущность метода заключается в нагревании навески 1±0,01 г при температуре 900±10° в течение 15 мин. и определении объема выделившегося газа.

Аппаратура для анализа показана на рис. 6. Предварительно определяют величину поправки на расширение заключенного в пробирке воздуха при нагревании. Аспиратор наполняют насыщенным раствором поваренной соли, слегка подкисленным соляной кислотой и подкрашенным метиловым оранжевым индикатором. Пробирку (без навески) закрывают пробкой с отводной трубкой, соединенной с прибором, и опускают в печь, нагретую до температуры 910—915° на глубину 145 мм, где выдерживают в течение 15 мин. Объем жидкости (мл), вытекшей из аспиратора, принимают за постоянную поправку.

Вычисление выхода летучих веществ производят по формуле

где V1 — объем раствора поваренной соли, вытесненного из аспиратора, мл;

V2 — объем воздуха, выделившегося из пробирки при нагревании, мл;

293 — нормальная температура воздуха (20°С), град. К (градусы абсолютной шкалы);

P — барометрическое давление при испытании о учетом давления в аспираторе, мм рт. ст.;

t — средняя арифметическая величина замеров температуры газа в аспираторе, произведенных во время испытания, град. С;

273+t — то же, град. К;

760 — нормальное атмосферное давление, мм рт. ст.

Расхождение в результатах параллельных определений объемного выхода летучих веществ в одной лаборатории не должно превышать 7% от меньшего из них.

Определение теплоты сгорания углей и горючих сланцев (по ГОСТ 147—54)


Сущность метода заключается в сжигании навески в среде сжатого кислорода в калориметрической бомбе и определении количества выделившегося тепла.

Аппаратура для анализа показана на рис. 7, 8. Калориметрическую бомбу наполняют кислородом из баллона (через редукционный вентиль или манометр с предохранительным клапаном и медные кислородопроводные трубки) до давления 25—35 кГ/см2. Зажигание навески в бомбе осуществляется электрическим запалом от тока напряжением ~ 12 в.

Предварительно определяют водное значение (эквивалент) калориметра — весовое (в граммах) количество воды, имеющее теплоемкость, равную теплоемкости калориметрической системы (калориметрического сосуда, находящейся в нем воды, калориметрической бомбы, мешалки и термометра). Для этого сжигают в бомбе навеску эталонной бензойной кислоты, теплота сгорания которой известна (6329 кал/г) и замеряют изменяющуюся температуру калориметрической системы в результате поглощения выделившегося тепла. Количество калорий, вызвавшее повышение температуры калориметрической системы на 1°С, численно равно водному эквиваленту калориметра, выраженному в граммах.

Условия определения теплоты сгорания навески методом сжигания ее в калориметрической бомбе неточно отражают процесс сжигания топлива в топках.

В углях (сланцах) всегда содержится некоторое количество серы и азота, которые в бомбе окисляются и образуют серную и азотную кислоты с выделением некоторого количества тепла. В топках этого не происходит: горючие соединения серы образуют сернистый газ, удаляемый вместе с продуктами сгорания топлива; азот не окисляется и выделяется в виде инертного газа.

Вода, выделяемая при сгорании навески, находится в бомбе в основном в жидком состоянии. В толках вода испаряется, на этот процесс затрачивается скрытая теплота парообразования. Поэтому в полученные результаты анализа необходимо внести поправки на теплоту образования кислот в. бомбе и скрытую теплоту парообразования в топках.

Пересчет теплоты сгорания аналитической пробы угля (сланца) в калориметрической бомбе производят по формулам:

где Qба — теплота сгорания топлива в бомбе, кал/г;

22,5 — теплота, выделяющаяся при образовании серной кислоты из двуокиси серы и растворении этой кислоты в воде, кал на 1% серы, перешедшей в серную кислоту;

Sаб — количество серы, перешедшей в серную кислоту, % от навески;

а — коэффициент для расчета теплоты образования и растворения в воде азотной кислоты (0,001— для тощих углей и антрацитов, 0,0015 — для других углей и горючих сланцев);

6 — скрытая теплота парообразования, кал на 0,01 г сконденсировавшегося в калориметрической бомбе водяного пара;

Wа — содержание влаги в навеске, %;

9 — коэффициент пересчета содержания водорода в навеске на воду;

Hа — содержание водорода в навеске, %,

Расхождение в результатах параллельных определений теплоты сгорания угля в одной лаборатории не должно превышать 20 кал, для горючих сланцев и каменноугольного топлива с теплотой сгорания Qба менее 3500 кал/г и содержанием серы Sоба более 4,0% — 30 кал.





Яндекс.Метрика