Теоретические представления о процессе образования брикета из угольной мелочи при прессовании

Современные представления о явлениях, происходящих при брикетировании бурых углей без связующего вещества, ограничиваются лишь гипотезами, освещающими отдельные стороны этого сложного процесса (битумная, гуминово-кислотная, капиллярная и коллоидная гипотезы).

Битумная гипотеза основана на предположении, что образование брикетов из отдельных угольных частиц, содержащих битуминозные вещества, происходит благодаря склеиванию частиц этими веществами, которые размягчаются под действием высокой температуры, возникающей от трения в форме пресса, и застывают после охлаждения брикета. (Склеивающее действие битуминозных веществ проявляется также при брикетировании каменных углей с пеком, нефтяными битумами и другими битуминозными связующими).

Гуминово-кислотная гипотеза объясняет возникновение сил сцепления между частицами угля при прессовании действием гуминовых кислот, присутствующих в угле и представляющих собой коллоиды. Молекулы гуминовых кислот, обладая сильными диполями, ориентируются определенным образом в пространстве и способствуют проявлению молекулярного сцепления между частицами угля, тесно соприкасающимися друг с другом под давлением прессования.

Капиллярная гипотеза рассматривает бурый уголь как неэластичный гель с мельчайшими капиллярами, содержащими воду. Возникновение сцепления частиц угля при прессовании объясняется тем, что вода, вытесненная давлением из капилляров и разместившаяся между отдельными частицами угля, не всасывается целиком обратно в капилляры после снятия давления, а частично остается между частицами угля, образуя новые капилляры и обусловливая появление сил капиллярного натяжения, стремящихся приблизить частицы угля друг к другу. Вода также адсорбируется на поверхности частиц в виде тончайших пленок, которые являются источником сил сцепления между частицами.

Упрощенную схему образования брикета можно представить следующим образом.

Адсорбционные пленки воды прочно удерживаются на поверхности угольных частиц за счет молекулярных сил сцепления и стремятся самопроизвольно сжаться и уменьшить до минимума свою поверхность, в результате чего отдельные частицы, окруженные общей пленкой, плотно прижимаются друг к другу, образуя таким образом прочный кусок.

Коллоидная гипотеза объясняет образование брикетов из частиц угля действием молекулярных сил сцепления или когезионных сил (по Ван-дер-Ваальсу). При высоких давлениях прессования макромолекулы кристаллов и коллоидные частицы угля сближаются между собой настолько тесно, что между ними начинают проявляться силы молекулярного взаимодействия, обеспечивающие сцепление отдельных угольных частиц и образование брикетов.