Г Л а В а 3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ
При добыче и использовании ГИ в народном хозяйстве в большинстве случаев их качество определяется такими характеристиками, как содержания влаги, минеральных примесей и общей серы, выход летучих веществ при нагреве без доступа воздуха (для ТГИ) и фракционный состав (для нефти).
§ 9. Содержание влаги
Количество воды, содержащейся в ТГИ в естественных условиях залегания, называются влагой естественной ИУЄСТ( а в уже добытых товарных ТГИ — общей влагой Wt. Выделяющаяся при выдерживании ТГИ на воздухе влага называется внешней Wex, а оставшаяся — связанной Wf, ТГИ, содержащие только связанную влагу, называются воздушно-сухими. Если из их массы удалить всю влагу, то ТГИ называют сухими: Wt = Wex + Wh.
Гигроскопическая влага зависит от влажности воздуха. Для технического анализа углей используют аналитическую пробу массой 125 г, измельченную до крупности < 0,2 мм и доведенную до воздушно-сухого равновесного состояния при постоянной относительной влажности (60 ± 2 %) и температуре воздуха 20 ± 5°С. Влагу такой пробы обозна-
чают Wa, поэтому общую влагу рабочей массы ТГИ 1ЛУ{ определяют
как W{ = Wex + W3.
Аналитическая (гигроскопическая) влага зависит от гигроскопичности топлива, его пористости, капиллярности и свойств поверхности. Поскольку молекулы воды полярны, то они удерживаются на внутренней поверхности ТГИ водородными связями и ван-дер-ваальсовыми силами. Влага ТГИ в значительной мере определяется их составом и степенью химической зрелости.
Торф в естественном состоянии характеризуется большим содержанием влаги. Различают химически и физико-химически связанную воду в торфе, а также воду энтропийной связи и механического удерживания. Первые два вида включают воду, связанную с активными функциональными группами гуминовых веществ, углеводного комплекса и лигнина. Особенность различия здесь заключается в том, что связь имеет объемный, а не поверхностный характер. Энтропийная вода удерживается в торфе осмотическими силами внутри агрегатов торфа, перегородки между которыми являются проницаемыми для молекул воды и не проницаемыми для ионов. Вода механического удерживания включает капиллярную, внутриклеточную и структурно-захваченную.
Гумиты буроугольной стадии зрелости (бурые угли) также содержат значительное количество гигроскопической влаги, причем общая влага зависит от их зрелости. Так, украинские бурые угли содержат от 12,2 до 25,4 % гигроскопической влаги, плотные матовые подмосковные - 6—10 %, а челябинские полублестящие - 5,0-8,0 %.
Характерным образом изменяется гигроскопическая (аналитическая) влага в катагенетическом ряду каменных углей. Наиболее высоким содержанием влаги характеризуются угли низкой степени зрелости — длиннопламенные, затем оно снижается до тощих углей, а в антрацитах вновь возрастает, что видно из следующих данных:
По И.Л.Эттингеру, повышение гигроскопической влаги у антрацитов связано с характером их пористости, а именно — возрастанием пор наименьшего размера и увеличением их количества, что обусловливает повышение развитости внутренней поверхности и адсорбцию паров воды.
Из макрокомпонентов угля наименьшей гигроскопической влагой обладает фюзен; витрен, напротив, имеет высокое ее содержание. Наиболее характерным образом изменяется гигроскопическая влага микрокомпонентов угля. Аналитическая влага витринита в ряду химической зрелости углей изменяется адекватно ее изменению для углей в целом. Аналитическая влага инертинита закономерно уменьшается от 7—8 в бурых и 4—1,2 % в длинноппаменных,до 0,3—0,4 в тощих углях и 0,2—0,6 % в антрацитах, а для липтинита она колеблется от 0,7 до 2 %. Она, хотя и меньше для споринита в углях средней стадии зрелости nOij
сравнению с длиннопламенными углями, все же пределы ее изменения незначительны в сравнении с витринитом.
Макрокомпоненты - кларен и фюзен — характеризуются гигроскопической влагой, изменяющейся в зависимости от их микрокомпонентного состава.
Сапропелиты обладают влагой меньшей, чем гумиты, причем характерного для гумитов изменения влаги в ряду химической зрелости сапропелитов не наблюдается. Влага липтобиолитов буроугольной стадии зрелости довольно значительная (7—10 %). Липтобиолитовые угли каменноугольной стадии зрелости имеют значительную влагу.
Влага горючих сланцев изменяется в пределах 2—5 % и зависит главным образом от строения органо-минерального комплекса.
Методы определения влаги ТГИ подразделяются на прямые (весовые, объемные) и непрямые (нагрев на концентрированной H2SO4 токами высокой частоты, инфракрасными лучами и др.). Наибольшее распространение получили методы прямого определения содержания влаги с ТГИ путем отгонки с ксилолом и измерением ее объема с помощью прибора Дина и Старка, а также косвенный метод путем испарения влаги в сушильном шкафу при 102—105°С. Влагу вычисляют по разности массы ТГИ до и после ее высушивания.
