ГЛАВА 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБ УГЛИСТЫХ ГЛИН И МЕТОДОВ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристика исследуемых проб углистых глин и бурых углей
Исходя из поставленной цели и задач работы, в качестве объектов исследования,
были выбраны УГ действующих разрезов Днепровского буроугольного бассейна:
Бандуровского, Верболозовского, Константиновского и Морозовского, а также бурые
угли Бандуровского и Верболозовского разрезов. Элементный и технический анализы
проводились согласно следующим действующим стандартам: ГОСТ 2408.4-98 (ИСО
625-1975) – определение содержания углерода и водорода, ГОСТ 2059-75 (ИСО
351-84) – определение содержания общей серы, ГОСТ 11022-95 (ИСО 1171-81) –
определение содержания золы, ГОСТ 8719-90 – определение содержания влаги.
Основные характеристики УГ и бурого угля приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Характеристика исследуемых углистых глин и бурых углей
Месторождение
Технический анализ, %
Элементный состав, % daf
Wa
Ad
O+N+S
УГ, Бандуровское
6,7
59,4
2,6
51,4
6,1
42,5
уголь, Бандуровское
13,1
16,4
3,2
63,5
5,8
30,7
УГ, Верболозовское
8,2
51,1
2,9
51,5
5,3
43,2
уголь, Верболозовское
12,3
18,4
2,7
62,4
5,1
32,5
УГ, Морозовское
7,1
57,5
0,6
64,1
5,9
30,0
УГ, Константиновское
2,6
78,2
1,5
65,8
5,8
28,4
2.2. Методика проведения пиролиза
Пиролиз УГ проводили на лабораторной установке (рис. 2.1). Навеску УГ 100 г
помещали в реактор емкостью 0,5 л. Фракции УГ меньше 0,5 мм предварительно
обрабатывали 1 М раствором щелочи для получения гранулированных карбонизатов.
Нагревание до заданной температуры осуществляли со скоростью 10 єС в минуту и
выдерживали определенное время при конечной температуре. Жидкие и газообразные
продукты в горячем виде удаляли через систему холодильников. Количество жидких
продуктов, конденсирующихся в колбе-приемнике, а также масса твердого остатка
(карбонизата) определялись весовым методом. Газообразные вещества собирались в
газометре, их качественный и количественный анализ осуществляли
хроматографическим методом на хроматографе ЛХМ-80 с детектором по
теплопроводности. В качестве газа-носителя использовали гелий. Разделение
низкокипящих газов – Н2, О2, СН4, N2 было проведено на колонке из нержавеющей
стали диаметром 3 мм и длиной 1,5 м, заполненной молекулярными ситами 5 Е,
предварительно активированными при 400-500 єС в течение 3 часов. Для
одновременного определения С2Н6, С3Н8, С4Н10, СО и СО2, использовали колонку с
силикагелем, соединенную параллельно с первой колонкой через четырехходовой
кран. Разделение проводили при температуре 40 єС и скорости газа-носителя – 40
мл/мин, ток 130 мА. Порядок выхода компонентов газа уточняли введением чистых
веществ. Количественное определение компонентов смеси производили путем
подсчета площади хроматографических пиков с учетом поправочных коэффициентов,
являющихся постоянными величинами для данного вида детектора и газа-носителя
[73].
Жидкие продукты пиролиза разделяли на фракции методом ректификации под
вакуумом при остаточном давлении 667 Па [74], изучали их качественный состав с
помощью физико-химических методов анализа (ИК и ЯМР-спектроскопия).
Рис. 2.1 Схема установки пиролиза:
1 – автоклав; 2 – электропечь; 3 – холодильник; 4 – колба приемник; 5 –
трансформатор; 6 – вольтметр;
7 – потенциометр; 8 – манометр; 9 – штатив; 10 – газометр; 11 – термопара; 12 –
мерный цилиндр.
Сорбенты получали путем активации твердых остатков пиролиза парами воды при
температурах на 25-50 є выше температуры пиролиза.
2.3. Методы исследования углистых глин
В связи со сложностью химического состава и строения природных
высокомолекулярных соединений, к которым относится и УГ, для их исследования
был применен комплекс физических, физико-химических и химических методов
исследования.
Для исследования исходных УГ и продуктов, полученных в результате пиролиза и
активации, использовались следующие методы: оптическая микроскопия,
ИК-спектроскопия, газовая хроматография, рентгеноструктурный анализ,
определение удельной поверхности методом низкотемпературной адсорбции аргона,
дериватографические исследования.
Оптическая микроскопия. Для изучения петрографического состава УГ использовали
методы петрографического анализа, основанного на оптической микроскопии.
Петрографические анализы проведены на микроскопе МИМ-8М: в отраженном свете в
воздушной среде при увеличении 280Х и в иммерсии (кедровое масло) при
увеличении 630Х.
Петрографические анализы и методы исследования следующие:
– определение состава мацералов и компонентов минерального вещества; метод
ГОСТа 9414.1-94 (ИСО 7404.1-84);
– визуальная оценка (под микроскопом) микроструктуры твердых остатков пиролиза
УГ;
– определение показателей отражения твердых остатков пиролиза гуминита, ГОСТ
12113-94 (ИСО 7404.5-84)
Препараты для анализов – аншлиф-брикеты, приготовленные из измельченных
средних проб УГ и твердых остатков пиролиза по методу ГОСТа 9414.2-93. Для
мацералов бурых мягких углей принята терминология [75], ГОСТа 28663-90 и
12112-93.
Инфракрасная спектроскопия. Она дает возможность прямого и независимого
определения ряда важных функциональных групп и структурных фрагментов в
небольших количествах исследуемого вещества и без какого-либо существенного
нарушения физико-химических свойств.
Структурный анализ по ИК-спектрам сводится к установлению характеристических
частот поглощения и их отнесению к соответствующим функциональным группам с
учетом численных значений частот максимумов поглощения, формы и интенсивности
полос. Отнесения полос осуществлялось на основании данных, приведе
- Київ+380960830922