Методы анализа угля представляют собой специальные аналитические методы, предназначенные для измерения конкретных физических и химических свойств углей . Эти методы используются главным образом для определения пригодности угля для коксования , производства электроэнергии или для выплавки железной руды при производстве стали .
Уголь бывает четырех основных типов или рангов: бурый или бурый уголь , битуминозный уголь или черный уголь, антрацит и графит . Каждый тип угля имеет определенный набор физических параметров, которые в основном контролируются влажностью, содержанием летучих веществ (алифатических или ароматических углеводородов ) и содержанием углерода.
Влажность — важное свойство угля, поскольку все угли добываются влажным способом. Грунтовые воды и другая посторонняя влага известны как примесная влага и легко испаряются. Влага, содержащаяся в самом угле, известна как собственная влага и анализируется количественно. Влага может присутствовать в угле в четырех возможных формах:
Общую влажность анализируют по потере массы между необработанным образцом и уже проанализированным образцом. Это достигается любым из следующих методов;
Методы 1 и 2 подходят для углей низкого качества, а метод 3 подходит только для углей высокого качества, поскольку сушка на свободном воздухе углей низкого качества может способствовать окислению. Собственная влага анализируется аналогичным образом, хотя это можно делать и в вакууме.
Летучие вещества в угле относятся к компонентам угля, за исключением влаги, которая выделяется при высокой температуре в отсутствие воздуха. Обычно это смесь углеводородов с короткой и длинной цепью, ароматических углеводородов и некоторого количества серы. Летучие вещества также оценивают применение адсорбционного активированного угля. Летучие вещества в угле определяются по жестко контролируемым стандартам. В австралийских и британских лабораториях это предполагает нагревание образца угля до 900 ± 5 ° C (1650 ± 10 ° F) в течение 7 минут. Также по мере повышения качества угля снижается содержание летучих веществ (АМК).
Зольность угля – это негорючий остаток, остающийся после сжигания угля. Он представляет собой объемное минеральное вещество после удаления углерода, кислорода, серы и воды (в том числе из глин) при горении. Анализ довольно прост: уголь полностью сгорел, а содержание золы выражается в процентах от первоначального веса. Это также может дать представление о качестве угля. Содержание золы можно определять как на основе воздушной сушки, так и на основе высушенной в печи. Основное различие между ними состоит в том, что последний определяется после исключения содержания влаги в образце угля.
Фиксированное содержание углерода в угле — это углерод, содержащийся в материале, который остается после удаления летучих материалов. Это отличается от конечного содержания углерода в угле, поскольку некоторая часть углерода теряется в углеводородах с летучими веществами. Фиксированный углерод используется для оценки количества кокса, который будет получен из образца угля. Фиксированный углерод определяют путем удаления массы летучих веществ, определенной с помощью теста на летучесть, описанного выше, из исходной массы образца угля.
Относительная плотность или удельный вес угля зависит от марки угля и степени минеральной примеси. Знание плотности каждого угольного пласта необходимо для определения свойств композитов и смесей. Плотность угольного пласта необходима для превращения ресурсов в запасы.
Относительная плотность обычно определяется потерей веса образца в воде. Лучше всего этого добиться, используя мелкоизмельченный уголь, так как объемные образцы достаточно пористые. Однако для определения тоннажа угля на месте важно сохранить пустое пространство при измерении удельного веса.
Гранулометрический состав измельченного угля частично зависит от сорта угля, который определяет его хрупкость, а также от обработки, дробления и помола, которым он подвергся. Обычно уголь используется в печах и коксовых печах определенного размера, поэтому необходимо определить дробимость угля и количественно оценить его поведение. Эти данные необходимо знать до начала добычи угля, чтобы можно было спроектировать подходящее дробильное оборудование, позволяющее оптимизировать размер частиц для транспортировки и использования.
Угольные слои и частицы имеют разную относительную плотность, определяемую содержанием витринита , рангом, зольностью/содержанием минералов и пористостью. Уголь обычно промывают , пропуская его через ванну с жидкостью известной плотности. Это удаляет частицы с высокой зольностью и увеличивает товарность угля, а также его энергетическую ценность на единицу объема. Таким образом, угли необходимо подвергнуть поплавково-поглотительному испытанию в лаборатории, которое позволит определить оптимальный размер частиц для промывки, плотность промывной жидкости, необходимую для удаления максимальной зольности с минимальными трудозатратами.
Плавающее-поглощающее испытание проводится на измельченном и пылевидном угле в процессе, аналогичном металлургическому испытанию на металлической руде .
Истирание — это свойство угля, характеризующее его склонность и способность изнашивать оборудование и подвергаться автономному измельчению. Хотя углеродистые вещества в угле относительно мягкие, кварц и другие минеральные компоненты угля весьма абразивны. Это проверяется на калиброванной мельнице, содержащей четыре лопасти известной массы. Уголь перемешивается в мельнице со скоростью 12 000 оборотов со скоростью 1 500 оборотов в минуту (например, 1500 оборотов в течение 8 минут). Индекс истирания определяют путем измерения потери массы четырех металлических лопастей.
Помимо физического или химического анализа для определения обращения с углем и профиля загрязняющих веществ, выходная энергия угля определяется с помощью бомбового калориметра , который измеряет удельную выходную энергию угля во время полного сгорания. Это особенно необходимо для углей, используемых в производстве пара.
Поведение зольного остатка угля при высокой температуре является решающим фактором при выборе углей для производства паровой энергии. Большинство печей предназначены для удаления золы в виде порошкообразного остатка. Уголь, содержащий золу, которая плавится в твердый стекловидный шлак, известный как клинкер, обычно непригоден для использования в печах, поскольку требует очистки. Однако печи могут быть спроектированы так, чтобы обрабатывать клинкер, обычно удаляя его в виде расплавленной жидкости.
Температуру плавления золы определяют, рассматривая сформованный образец угольной золы через смотровое окно в высокотемпературной печи. Зола в форме конуса, пирамиды или куба постепенно нагревается выше 1000 ° C до максимально высокой температуры, предпочтительно 1600 ° C (2910 ° F). Регистрируются следующие температуры;
Самый простой тест, позволяющий оценить, пригоден ли уголь для производства кокса, — это тест на индекс свободного набухания. Это включает нагрев небольшого образца угля в стандартном тигле примерно до 800 градусов Цельсия (1500 °F).
После нагревания в течение определенного времени или до тех пор, пока не будут удалены все летучие вещества, в тигле остается небольшая коксовая куча. Профиль поперечного сечения этой кнопки кокса по сравнению с набором стандартных профилей определяет индекс свободного набухания.
Некоторые международные стандарты классифицируют угли по их рангу, где повышение ранга соответствует углю с более высоким содержанием углерода. Ранг угля коррелирует с его геологической историей, как описано в законе Хилта .
В системе ASTM любой уголь с содержанием связанного углерода более 69% классифицируется по содержанию углерода и летучих веществ. Уголь с содержанием связанного углерода менее 69% классифицируется по теплотворной способности . Летучие вещества и углерод находятся на сухой минеральной основе; Теплотворная способность основана на содержании влаги в добытом виде, но без учета свободной воды.
В ISO также имеется система классификации угля, хотя ее подразделения не соответствуют стандарту ASTM.
Методы анализа угля. Blackwell Scientific Press, 1984.