раздел 2).
Четыре пробы углей Западного Донбасса (ш. Терновская, Днепровская, Степная и Им. Героев Космоса) и одна - Южного Донбасса (ш. Южно-Донбасская № 3) имели неоднородный мацеральный состав (%): Vt - 55-62; I - 25-32; L - 11-15, а основная масса проб (20 из 25) - содержала от 85 до 95 % витринита, т.е. была петрографически весьма однородной.
3.1. Элементный состав и атомные отношения
Общая закономерность изменения содержания в ОМУ отдельных элементов в ряду метаморфизма хорошо известна - рост содержания углерода, снижение содержания водорода и кислорода при относительно постоянном содержании азота. Сернистость углей в этом ряду изменяется без определенной закономерности.
Зависимость элементного состава от ГТВ углей в ряду метаморфизма менее изучена и ограничивается, в основном, малометаморфизованными углями марок Д и ДГ [50-56].
Данные табл. 3.1 свидетельствуют, что внутри каждой из марок (кроме марки Т) каменных углей Донбасса в большей или в меньшей степени проявляются следующие отличия углей типа "а" от углей типа "в": повышенное содержание углерода, азота и кислорода при меньшем содержании водорода и серы. На стадии метаморфизма, соответствующей тощим углям, различие в содержании углерода, а также водорода нивелируется, тогда как содержание азота и кислорода в углях типа "а" остается большим, а серы - меньшим, чем в углях типа "в".
Адекватно массовым долям элементов в составе ОМУ изменяются и атомные отношения.
В маловосстановленных углях на каждый атом углерода и азота приходится меньше атомов водорода, чем в восстановленных, т.е. отношения Н/С и Н/N у углей типа "а" меньше, чем у углей типа "в".
Напротив соотношение О/С у углей этих типов, как правило, противоположное.
Графической иллюстрацией сказанного являются данные рис. 3.1.
Зависимость Н/С = f(Cdaf) для углей обоих типов по ГТВ хорошо описывается единым линейным уравнением регрессии с высоким коэффициентом парной корреляции (r = -0,989).
Зависимость О/С = f(Cdaf) четко разграничивает угли по типам "а" и "в". Для каждого из них она имеет вид линейного регрессионного уравнения со значением r соответственно -0,991 и -0,979.
Тот факт, что во всем исследованном интервале Cdaf на каждый атом углерода маловосстановленных углей приходится больше атомов кислорода, чем в восстановленных, согласуется с представлениями как об образовании первых в аэробных условиях кислой среды, так и о накоплении в ходе метаморфизма наименее реакционноспособных форм кислорода (в составе простых и сложных эфиров, метоксильных и металлсодержащих групп [49]).
Таблица 3.1
Характеристика углей по данным элементного
состава (daf,%) и атомных отношений
ШахтапластМаркаТип по восстановлен ностиСНNSOН/СО/СH/NN/C
•10Терновскаяс5ДГв81,815,801,491,869,040,8510,08354,500,16Днепровскаяc8ВДГв81,845,881,511,659,120,8620,08354,520,16Им. Героев Космосас9ДГа82,805,611,760,689,150,8130,08344,630,18Им. Абакумоваm3ДГа82,305,601,800,949,360,8170,08543,560,19Степнаяс76Гв83,205,801,402,557,050,8360,06458,000,141-3 НовогродовскаяK8Гв83,105,901,502,297,210,8520,06555,070,15Южно-Донбасская №3товарГа83,845,771,650,987,760,8260,06948,960,17Родинскаяk5HГа84,065,761,810,907,470,8220,06744,550,18Дуваннаяк2ВЖв86,295,541,563,523,090,7700,02749,720,15Молодогвардейскаяк2Жв84,605,601,603,704,500,7940,04049,000,1617-17 бнсh7Жа87,305,401,900,974,430,7420,03839,790,19Им. СкочинскоготоварЖа87,915,491,861,063,680,7490,03141,320,18Им. Бажановаm3Кв87,505,101,702,792,910,6990,02542,000,17Комсомолецк22Кв87,605,101,602,233,470,6990,03044,630,16Калиновская-Восточнаяl1Ка88,404,901,901,023,780,6650,03236,110,18Им. Горькогоh7Ка88,205,022,000,684,100,6830,03535,140,19К-З № 1товарК(?)4а86,645,421,560,885,500,7510,04848,640,15Им. Румянцеваl5ОСв88,604,901,603,001,900,6640,01642,880,15Им. Калининаm3ОСв89,204,801,612,821,570,6460,01341,740,15Ясин. Глубокаяl4ОСа90,04,801,701,052,450,6400,02039,530,16Заперевальнаяh8ОСа90,34,701,900,701,970,6250,01634,630,18Фащевскаяm3Тв90,54,201,502,611,190,5570,01039,200,14Холодная БалкаhB10Тв90,14,301,602,341,660,5730,01437,630,15Моспинскаяh4Та90,64,401,800,972,230,5830,01834,220,17Глубокаяh8Та90,24,201,800,832,970,5590,02532,670,17
Рис. 3.1. Зависимость атомных отношений Н/С, О/С и H/N
от содержания углерода (Cdaf) в углях:
1 - типа "а"
2 - типа "в", где
¦ - значения показателей для углей типа "а"
? - значения показателей для углей типа "в"
Высвобождающийся при коксовании углей кислород этих форм может участвовать в образовании новых термодинамических устойчивых связей, способствующих упрочнению структуры кокса.
Из данных табл. 3.1. видно, что значения Н/N изменяются в достаточно широком интервале для углей разных марок и ГТВ: от 54,50 до 37,63 в ряду марок от ДГ до Т (тип "в") и от 43,56 до 32,67 в том же ряду (тип "а"). Вместе с тем, отношение N/С изменяется весьма незначительно, практически независимо от степени метаморфизма и слабо зависит от ГТВ углей: для углей марок от ДГ до Т (тип "а") 0,017?N/С?0,019, а для тех же углей (тип "в") 0,014?N/С?0,017.
Это позволяет предположить наличие в составе ОМУ разных форм соединений азота: весьма лабильной, связанной с водородом, которой соответствует изменяющееся отношение Н/N, и устойчивой, связанной с углеродом, при практически постоянном отношении N/C.
При коксовании азот первой формы, преимущественно, удаляется в составе летучих продуктов (NН3, HCN и др.), а азот второй формы может участвовать в образовании дополнительных связей между молекулярными и надмолекулярными углеродными структурами, влияя тем самым на качество кокса.
Зависимость Н/N = f(Cdaf) также лучше описывают два р