Спосіб визначення генетичних типів за відновленістю кам’яного вугілля та антрацитів

Изобретение относится к анализу углей, в частности, к определению типа по восстановленности каменных углей и антрацитов и может быть использовано в угольном и коксовом производствах, при нетопливных использованиях углей, а также при исследовании их на стадии геологоразведочных работ, а именно: для прогноза внезапных выбросов при разведке и разработке угольных пластов, для подбора и контроля углей при производстве кокса, для производства термоантрацитов; термографитов, сульфо-углей, для управления процессами обогащения углей. Качество угля и его химико-технологические свойства определяются его генетическим типом по восстановленности и стадией метаморфизма. В природе существуют два генетических типа углей по восстановленности (известно, и более детальное деление): маловосстановленный (тип "а") и восстановленный (тип "в"). Особенности химического состава и структуры этих двух типов, образовавшихся в первичном периоде углеобразования, сохранились на всех стадиях метаморфизма, но в измененном в соответствии со степенью метаморфизма виде. Так как все характеристики свойств углей (выход летучих веществ, пластометрические показатели, элементный состав, теплота сгорания, показатели отражения и анизотропии отражения витринита, микротвердость и микрохрупкость, сорбционные и др.) различны у углей этих типов и вместе с тем закономерно изменяются с изменением степени метаморфизма углей, то ни одна из названных характеристик не может быть единым прямым показателем генетического типа по восстановленности для углей всех стадий метаморфизма. В основу изобретения поставлена задача: разработать способ определения генетического типа по восстановленности каменных углей и антрацитов, основанном на выявлении в составе органической компоненты углей веществ-восстановителей, который был бы единым для углей всех стадий метаморфизма, прост в исполнении и непродолжителен во времени и мог бы применяться в шахтных и даже полевых условиях геологоразведочных экспедиций. Эта задача решается благодаря тому, что в методе определения генетического типа по восстановленности углей всех стадий метаморфизма, согласно изобретению, измельченный уголь дисперсностью не более 100 мкм обрабатывают 0,02н раствором минеральной кислоты при соотношении твердой и жидкой фаз 1:5, перемешивают в течение 20 мин, уголь отфильтровывают и в полученном фильтрате определяют наличие восстановителя, Для этого к 25 мл фильтрата прибавляют 10 капель 0,1н раствора перманганата калия. Если раствор перманганата калия обесцвечивается, то уголь относится к восстановленному типу (типу "в"), если не обесцвечивается - то к маловосстановленному (типу "а"). В таблице помещен ряд углей различных марок, тип по восстановленности которых определен по классификационной диаграмме согласно приведенным физико-химическим характеристикам. В этой же таблице приведены результаты анализа исследованных углей по предлагаемой методике. Сопоставление этих данных показывает полное совпадение результатов анализа. Правомерность предложенного метода обосновывается следующим образом. Формирование типов углей по восстановленности связано с условиями среды захоронения торфяного пласта и периода первичного диагенетического превращения гумита в процессе углеобразования. Угли типа "в" формировались в анаэробной обстановке, в результате чего не происходило полного окисления растительного материала. Разложение его шло с образованием различных веществ, в том числе и структур, содержащих фенольные и альдегидные группировки (П.Каррер. Курс органической химии, 1960, с. 547), которые являются прекрасными восстановителями. Поэтому фильтрат, полученный из углей типа "в", обладает прекрасными восстановительными свойствами и восстанавливает ионы МnО 4- до бесцветных Мn2+: малиновый раствор перманганата калия обеспечивается фильтратом. Присутствие в фильтрате фенольных и альдегидных группировок подтверждается наличием в ИК спектрах полос поглощения групп ОН (n = 3600 см-1) и СОН (n = 1600 см-1). Угли генетического типа "а" формировались в аэробных условиях и благодаря участию в их превращениях кислорода и аэробных микроорганизмов растительные остатки дошли до глубоких стадий окисления. Поэтому вещества, содержащие фенольные и альдегидные группировки, в фильтратах, полученных в описанных выше условиях, отсутствуют. Для обработки дисперсий угля выбраны 0,02н растворы минеральных кислот (HCI, H2SO4, HNO3) по той причине, что именно в этих условиях наблюдается четкое различие в составе фильтратов, полученных из углей восстановленного (тип "в") и маловосстановленного (тип "а") типов. При повышении концентрации воздействующей кислоты соединения, содержащие - фенольные и альдегидные группировки, выделяются не только из угля генетического типа "в", но и из угля типа "а", хотя количество их в последнем случае (тип "а") гораздо меньше. Но в связи с тем, что по мере возрастания степени метаморфизма углей количество выделяемых веществ из углей обоих генетических типов ("а" и "в") будет уменьшаться (Г.В.Харитонов. Влияние отдельных структурных элементов на свойства углей. Фрунзе: Изд-во АН Киргизии. 1960, с. 235), и поэтому может случиться так, что в углях типа "а" низких стадий метаморфизма концентрация выделяемых в раствор веществ будет больше, чем в углях типа "в" высших стадий метаморфизма. Это обстоятельство существенно усложнит анализ, так как для получения достоверных данных необходима будет дополнительная информация. Вещества, содержащие альдегидные и фенольные группировки, присутствуют в фильтратах, полученных воздействием на угли генетического типа "в" и более слабых растворов кислот, но содержание этих веществ в фильтрате будет более низким и соответственно менее выразительные будут результаты, хотя и дадут правильные результаты. Соотношение твердой и жидкой фаз 1:5 при проведении анализа считается лучшим, поскольку при более низком содержании жидкой фазы затрудняется фильтрование, а при более высоком - концентрация выделяемых из угля веществ в фильтрате уменьшится, что сделает менее четким анализ. Добавка 10-15 капель перманганата калия оптимальна, поскольку при меньшем количестве не четко будет выражено изменение цвета фильтрата. При добавке большего количества пёрманганата калия, весь восстановитель, присутствующий в фильтрате, полученном из углей генетического типа "в", окислится и фильтрат окрасится в малиновый цвет. Пример: 10 г измельченного в измельчителе любой конструкции или вручную растиранием в ступке до дисперсности не более 100 мкм угля любой стадии метаморфизма помещают в колбу или стакан, добавляют 50 мл 0,02н раствора H2SO4, перемешивают при помощи мешалки или периодическим встряхиванием в течение 20 мин, уголь отфильтровывают и в полученный раствор добавляют 0,1н раствор перманганата калия. Если при добавлении первой капли перманганата калия фильтрат окрашивается в малиновый цвет уголь принадлежит к маловосстановленному типу (типу "а"), если же раствор перманганата калия обесцвечивается фильтратом - уголь относится к восстановленному типу (типу "в").