Органическая масса углей
Ископаемые угли в зависимости от исходного материала, из которого они образовались, делятся на два основных типа — гумусовые, образовавшиеся из высших наземных растений, и сапропелевые — из низших растений (в частности, микроводорослей) и продуктов распада животных организмов.
По глубине превращения органического вещества исходных растений угли делятся на бурые, каменные и антрациты.
Органическая масса углей состоит из углерода, водорода, кислорода, азота и серы.
Процент содержания углерода в бурых углях — 68—80, в каменных — 80—92, в антрацитах — более 92.
Водорода в гумусовых углях содержится не более 5,5—8%, в сапропелевых — обычно не менее 7%, до 10% и более.
Содержание кислорода уменьшается при переходе от бурых углей к каменным, а от последних — к антрацитам.
Содержание азота в углях не превышает 3% и редко составляет менее 0,5%.
Содержание органической серы колеблется в широких пределах, в отдельных случаях достигая 4% и более.
Состав органической массы углей определяет их теплотехнические свойства: при сжигании углей теплота образуется за счет сгорания углерода, водорода и горючей серы.
Приближенно теплоту сгорания подсчитывают по формуле Д. И. Менделеева
Qв = 81С + 300H — 26(О—S), ккал/кг.
Из органической массы углей можно выделить битумы, гуминовые кислоты и остаточный уголь.
Битумы — сложная смесь веществ, извлекаемых из углей путем экстракции органическими растворителями (бензином, бензолом, спиртом и т. д.). В состав битумов входят: восковая часть, состоящая из твердых парафиновых углеводородов, твердых жирных кислот и сложных эфиров, представляющих собой химические соединения из жирных кислот и спиртов; смолистая часть, в которой содержится ряд кислых и нейтральных веществ ароматического, нафтенового и терпенового рядов. Материалом для образования битумов послужили восковые покровы растений, их смолистые вещества и некоторые синтетические продукты, полученные при химическом взаимодействии отдельных составных частей гумуса в период торфообразования.
Гуминовые кислоты — вещества, извлекаемые из углей растворами едких щелочей, соды и аммиака и выпадающие из растворов в виде коллоидного осадка под действием неорганических кислот. Гуминовые кислоты являются высокомолекулярными оксикислотами, содержащими несколько карбоксильных групп (COOH), характерных для органической кислоты, гидроксильных групп (ОН), свойственных фенолам и спиртам, а также карбонильные (CO) и метаксильные (ОСН3) группы. Благодаря наличию указанных групп гуминовые кислоты являются активными веществами. Материалом для образования гуминовых кислот послужили лигнин, клетчатка и другие вещества, входившие в состав растений-углеобразователей.
Остаточный уголь — часть угля, нерастворимая в обычных условиях в органических растворителях и щелочах. Остаточный уголь гумусовых углей состоит из нейтральных производных гуминовых кислот, продуктов глубокого изменения растительных смол и других малоизученных веществ. Остаточный уголь сапропелевых углей представляет собой в основном продукты глубокого изменения жирового материала, входившего в большом количестве в состав микроводорослей.
При нагревании углей без доступа воздуха происходит разложение их органической массы и некоторых входящих в них минеральных примесей с образованием летучих веществ и твердого остатка.
В состав летучих веществ входят различные газы, смолы и пирогенетическая вода. Соотношение между выходом летучих веществ и твердым остатком, а также химический состав смолы и газа зависят от условий термического разложения углей и, в частности, от температуры, а также от типа углей (гумусовые, сапропелевые) и степени их углефикации. При повышении температуры выход летучих веществ увеличивается. При полукоксовании углей (температура ~550°) в смолах содержится значительное количество алифатических соединений, при коксовании (температура ~1000°) — большое количество ароматических соединений. С повышением температуры разложения углей в газах увеличивается содержание водорода и метана и снижается содержание гомологов метана и кислородных соединений.
Выход летучих веществ — один из основных классификационных показателей для определения марки углей. He менее важное значение имеет характер твердого остатка (сплавленный, спекшийся, порошкообразный и т. д.).
