Определение кислотности торфа

ПО ФИЗИКЕ ТОРФА

 

 

 

Тверь 2012

 

 

УДК 622.331:552.577:[543.25+539.27](075.8)

ББК 26.343.4я7

 

Ященко, Н.Е.  Лабораторный  практикум  по  физике  торфа.  / Н.Е. Ященко, С.Б. Лаптева, С.Ю. Алексеева. Тверь: ТвГТУ, 2012. 141 с.

 

Включает 21 лабораторную работу. Практикум предназначен для работы студентов по дисциплине «Физика торфа» специальности 130403 Открытые горные работы (специализация 07 Разработка торфяных месторождений).

Учебное пособие может представлять интерес для научных сотрудников, инженерно-технических работников торфяной промышленности.

 

 

Практикум подготовлен на кафедре «Геология, переработка торфа и сапропеля» Тверского государственного технического университета.

 

Рецензенты: заведующий кафедрой органической химии ТвГУ, доктор химических наук, профессор Л.И. Ворончихина; генеральный директор ЗАО «Селигер-Холдинг» А.Д. Лебедев.

 

Под общей редакцией кандидата физико-математических наук доцента Ященко Н.Е.

 

 © Тверской государственный

 технический университет, 2012

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

 

В основу учебного пособия положена рабочая программа и курс Физики торфа для специалистов по направлению Горное дело, в течение многих лет (с 1969 г), читающийся в Калининском политехническом институте (ныне ТвГТУ).

В результате изучения дисциплин будущие специалисты должны знать химический состав, технические, физические и химические свойства торфа и его составляющих (органической и минеральной), физические и химические процессы, протекающие на различных стадиях технологии и механизации торфяного производства, в ходе механической и физико-химической переработки торфа, а также овладеть методами и уметь с их помощью самостоятельно определять основные физические и механические свойства исходного торфа и готовой продукции.

При проведении лабораторного практикума по курсу «Физика торфа» преследуется основная цель – научить студентов методам определения технических, физических и химических свойств торфа, а также правильно выбирать методику эксперимента и измерительные приборы. Студент при этом должен научиться понимать и применять теорию изучаемого явления.

Для сознательного выполнения эксперимента студент должен заранее изучить теорию предстоящей работы и ознакомиться с приборами (установками), на которых необходимо выполнить лабораторную работу.

Собрав установку (прибор), отрегулировав ее и показав при необходимости преподавателю, производят измерения, их результаты заносят в предварительно заготовленные таблицы.

Проделав все требуемые измерения, производят необходимые расчеты. Результаты опытов и расчетные данные представляют преподавателю на подпись.

 

Лабораторные работы включают:

 

1. Теоретическую информацию по изучаемому свойству.

2. Методы определения показателей.

3. Принцип рекомендуемого метода определения.

4. Последовательность выполнения.

5. Обработку и оформление результатов определения.

6. Контрольные вопросы для самоподготовки.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Торф является уникальным природным образованием из остатков болотных растений (лиственных и хвойных деревьев, кустарников, трав, мхов), подвергающихся неполному разложению при недостаточном доступе воздуха. Для выбора эффективных направлений комплексной переработки и использования торфа необходимо всестороннее изучение физико-химической природы, состава и свойств торфяного сырья. Расширение сфер его использования в промышленности, сельском хозяйстве и в других отраслях непосредственно связано с проведением исследований по физико-химии торфа, тепло- и массопереносу, полевой сушке, реологии и физико-химической механике, физико-механическим свойствам торфа и торфяных залежей. 

Эти области знаний получили благоприятную почву для развития на базе фундаментальных работ советских физиков и химиков, в первую очередь выполненных школами М.П. Воларовича и В.Е. Раковского.

Основу торфа составляют растительные остатки твердых высокополимеров целлюлозной природы и продукты их распада, находящиеся в равновесии с водным раствором низко- и высокомолекулярных веществ. Кроме большого разнообразия ценных органических компонентов, в торфе содержатся также и различные неорганические соединения. Наличие в торфе органической, минеральной и водной составляющих определяют его сложность. Основными кинетическими единицами торфяных систем являются проницаемые для молекул воды и ионов агрегаты – ассоциаты макромолекул сосуществующих компонентов. Такая сложность и нестабильность структуры торфа, с одной стороны, затрудняет изучение его физико-химических особенностей, а с другой – открывает широкие возможности направленного регулирования свойств исходного сырья и готовой продукции. 

Рациональное освоение торфяных месторождений с целью применения в сельском хозяйстве, для топливно-энергетических нужд и других целей, а также развития важного направления комплексной переработки торфа по безотходным технологиям во многом определяются результатами всесторонних научных исследований в области торфа, в том числе по физике и химии.

 

 

Лабораторная работа № 1

 

Определение влаги торфа

Во влагонасыщенном состоянии торф состоит из твердого вещества (органических и неорганических соединений) и воды. Вода в торфе как топливе является балластом и может находиться в свободном и связанном состояниях с сухим веществом. Свободная вода удаляется из торфа под действием гравитационных сил, а связанная не удаляется из торфа самостоятельно. Для ее удаления необходимо затратить энергию. Связанная вода разделяется на категории в зависимости от энергии связи.

Количество воды в торфе оценивается показателями влаги (влажности) и влагосодержания.

Отношение массы содержащейся воды в торфе m_в к общей массе образца m, выраженное в процентах, называется относительной влажностью ω,

                                                     ,%.                                            (1)

Относительная влажность изменяется от 0 до 100%.

Отношение массы воды в торфе к массе сухого вещества, выраженное в долях единицы, называется влагосодержанием U,

U = .                                                       (2)

Иногда отношение массы воды в торфе к массе его сухого вещества m_с, выраженное в процентах, называется абсолютной влажностью W,

, % или ,%.                        (3)

Абсолютная влажность изменяется от 0 до бесконечности.

Относительная влажность наиболее широко используется в технологических расчетах. При анализе процесса сушки торфа используют влагосодержание U или абсолютную влажность W.

Между относительной и абсолютной влажностью существует взаимосвязь. Она вытекает из соотношений:

= 100, %.

Если числитель и знаменатель умножить на величину , то используя выражение (3), можно получить

, % или ,%.                   (4)

Аналогичным образом можно записать

= 100, %.

Если числитель и знаменатель умножить на величину , то используя выражение (1), находим                                             

                                , %     или  .                   (5)

Между влажностью и массой   торфа   существует   взаимосвязь.  Из выражения (1) можно рассчитать массу воды в торфе:

, г,

 

а также массу сухого вещества

 = , г.

В одном и том же образце при изменении влажности и соответственно общей массы торфа количество сухого вещества остается постоянным. В связи с этим для пересчета массы торфа m₁ с одной влажности w₁ на массу торфа m₂ c влажностью ω₂ можно воспользоваться равенством

,

откуда

 .                                        (6)

Если ω₁ и ω₂ выразить через влагосодержание, то уравнение (6) примет вид:

.

Формула (6) часто используется на практике и известна под названием формулы пересчета массы торфа с одной влажности на другую и позволяет вычислить также выход торфяной продукции из единицы объема торфяной залежи. Если начальную массу торфа m₁ с влажностью w₁ выразить через объем V, м³ и плотность p, кг/м³

m₁ = V · ρ ,                                         (7)

то выход воздушно сухого торфа при условной влажности рассчитывается по формуле

, кг/м³                               (8)

В применении к различным состояниям торфа различают следующую терминологию по влажности:

Естественная влажность w_е – влажность торфа в неосушенной залежи. Она изменяется от 86 до 94%. В среднем для залежей верхового типа w_е = 92%, а низинного – 90%. Эмпирические формулы позволяют оценить естественную влажность по величине степени разложения R, %: для верхового типа w_е = 96–0,1R, а для низинного – w_е = 95–0,2 R.

Эксплуатационная влажность w_э – влажность торфа в разрабатываемом слое осушенной залежи. Для торфяных залежей верхового типа эксплуатационная влажность 79%, а низинного – 75%.

Условная влажность w_усл – влажность, принятая для расчета предприятий с потребителями, а также для различных расчетов технологических процессов. Для фрезерного торфа w_усл составляет 40%, кускового торфа – 33%, торфяной подстилки 1 категории – 40%, торфяной подстилки 2 категории – 45%, торфоизоляционных плит – 15%, торфяных брикетов –16%, удобрений и компостирования – 55%.

Рабочая влажность w_р – влажность, характеризующая торф, поступающий в топку для сжигания (обычно в расчетах принимают w_р = w_усл).

Кондиционная влажность w_кон – влажность торфа, определяющая возможность его использования в различных отраслях народного хозяйства. Кондиционная влажность определяется содержанием влаги, при котором торфяную продукцию бракуют. Так, верхний предел допускаемой влажности фрезерного торфа равен 52%; кускового торфа – 45%; торфяной подстилки 1 категории – 45%; торфяной подстилки 2 категории – 50%, изоляционных плит – 18%, компостов и торфоминеральноаммиачных удобрений (ТМАУ) – 60%.

Влажность торфа и его продуктов при любом содержании влаги называется натуральной влажностью w_нат.

Методы определения влаги торфа подразделяются на прямые и косвенные. Прямые методы основаны на удалении воды в процессе сушки и определении потери массы, соответствующей испарившейся влаге. Косвенные (физико-химические)основаны на зависимости физических (химических) свойств торфа от содержания влаги в нем.

К прямым методам определения влажности торфа относятся:

Типовой.   Является самым точным и широко применяемым в торфяной промышленности. Для усреднения пробы при анализе влажного торфа его измельчают до размера частиц не более 3 мм, а подсушенного – пробу пропускают через мельницу или растирают в ступке. Берут две параллельные пробы, засыпают в бюксы по 5-10 г сырого торфа и 2-3 г сухого и взвешивают с точностью до 0,01 г. Пробы ставят в сушильный шкаф и при температуре 105-110°С сушат 4 часа. После сушки бюксы закрывают крышками и охлаждают в эксикаторе с гранулированным СаСl₂. Охлажденные бюксы взвешивают, а далее следуют контрольные сушки в течение 30 минут до постоянной массы навески. Допустимые расхождения между параллельными определениями влаги не должны превышать 0,5% для сырого и 0,2% для воздушно-сухого торфа.

Ускоренный 1. Как и типовой, основан на высушивании навесок торфа в сушильном шкафу. Отличие – в высушивании навески торфа при более высокой температуре, а именно 145-150°С в течение 45 мин. Повышенная температура в шкафу позволяет значительно сократить время удаления влаги из торфа. Точность анализа при этом понижается, так как при этой температуре процессы окисления и распада органического вещества происходят более интенсивно, чем при температуре 105-110°С.

Ускоренный 2. С применением для сушки ламп–термоизлучателей. При использовании ламп–термоизлучателей мощностью 500 Вт для ускорения процесса сушки торф непрерывно перемешивается. Окончание сушки контролируется охлажденным стеклом. Если при накрывании чашки стекло запотевает, то сушка не закончена. Длительность определения составляет 4-7 минут.

Точность ускоренных методов не превышает 1,5%.

К косвенным методам определения влажности торфа относятся:

Карбидный метод, основанный на регистрации выделившегося ацетилена, содержание которого эквивалентно количеству воды, прореагировавшей с карбидом кальция. Реакция протекает по следующей схеме:

CaC₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ +C₂H₂.

Ацетилен создает избыточное давление Р в камере прибора, которое фиксируют манометром, а затем по градуировочному графику  Р = ƒ (w) определяют влажность торфа.

Нейтронный метод. Его сущность заключается в том, что при облучении быстрыми нейтронами вещества, содержащего влагу, скорость нейтронов уменьшается от воздействия атомов водорода. Интенсивность потока замедленных нейтронов пропорциональна объемному водородосодержанию, по которому можно определить влажность.

Емкостной метод. Основан на зависимости электрических свойств от влажности вещества. При этом измеряются диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери материала посредством измерения емкости электрического конденсатора, в котором роль диэлектрика играет исследуемый материал.

Оптический метод определения влажности торфа и других дисперсных систем с использованием прибора ИКВТ, разработанного Н.И. Гамаюновым, А.Е. Афанасьевым, Г.А. Архиповым. В приборе реализован многоволновой способ измерения. Влагомер состоит из измерительного устройства отражательной способности исследуемого материала, блока питания и электронного измерителя отражания. Его отличает высокая чувствительность в широком диапазоне измерения влажности. В интервале ее изменения от 0 до 85% максимальная квадратическая погрешность абсолютного значения составляет 2,5%. Время измерения влаги без подготовки образцов 30 с.

 

Целью работы является определение влажности торфа ускоренным  методом с сушкой в сушильном шкафу при температуре 145-150°С.

 

Последовательность выполнения работы

 

1. Каждый студент взвешивает бюкс на технических весах 1 класса с точностью до 0,01 г.

2. В бюкс помещается 3-5 г торфа.

3. Взвешивается бюкс с торфом.

4. Бюкс с торфом в открытом виде помещают в сушильный шкаф, предварительно прогретый до температуры 170°С.

5.  Сушку ведут при температуре 145-150°С в течение 45 мин.

6. По окончании сушки бюкс вынимают, закрывают крышкой и охлаждают в эксикаторе в течение 5-10 мин.

7.  После охлаждения бюкс с торфом взвешивают.

8.  Общую убыль массы образца принимают за содержание влаги в аналитической пробе.

9. Расчет влажности производят по формулам (1), (2), и (3). Результаты заносятся в табл. 1.

Экспериментальные данные проверяются и подписываются преподавателем в конце лабораторных занятий. После выполнения расчетов оформленная работа подлежит защите.

 

Пример оформления работы

 

Объект сушки:

Температура сушки в сушильном шкафу 145-150°С.

Время сушки                мин.

 

Таблица 1. Результаты определения влаги торфа

 

№ бюкса	Масса бюкса, г	Масса бюкса с торфом до сушки, г	Навеска торфа m, г	Масса бюкса с торфом после сушки, г	Масса воды mв , г	Показатели влажности
						w, %	U	W, %

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Показатели влажности торфа.

2. Связь между показателями влажности.

3. Формулы пересчета массы торфа с одной влажности на другую.

4. Выход воздушно-сухого торфа.

5. Терминология по влажности.

6. Типовой и ускоренный методы определения влаги в торфе. Их различия.

7. Физические методы определения влажности торфа.

 

Лабораторная работа № 2

Определение зольности торфа

Остаток после сжигания торфа называется золой. Различают конституционную золу, или первичную, и вторичную, или наносную. В первом случае источником поступления зольных элементов в торф являются растения, во втором – пыль, грунтовые и поверхностные воды.

   Зольность торфа характеризуют показателями рабочей зольности А^р, то есть отношением массы золы m_з к массе торфа m, выраженным в процентах:

= ,                                     (1)

а также зольностью на сухое вещество А^с, то есть отношением массы золы m_з к массе сухого торфа m_с, выраженным в процентах:

= .                                       (2)

   Между зольностью на сухое вещество и рабочей зольностью существует связь, так как масса сухого вещества связана с общей массой и влажностью.

= .                                (3)

   Подставляя в формулу (2) значение m_с из (3), получим количественную связь между А^с и А^р:

= , %.                            (4)

   Рабочая зольность является переменным показателем, зависящим от влажности торфа. Зольность на сухое вещество не зависит от влажности и является постоянным показателем. Ее используют в качестве характеристики торфа. Если зольность торфа превышает 50 %, то это органическая почва.

Установлены значения зольности типов торфа. Так содержание золы выше 5% в торфах верхового типа и выше 13% в низинных торфах связано в большинстве случаев с механической примесью минеральных веществ, т.е. с преобладанием вторичной золы. Торф с зольностью ниже этих пределов называется нормальнозольным. Данные по зольности типов торфа (табл.1) указывают на закономерное ее увеличение от верховых к низинным типам торфа.

 

Таблица 1. Зольность типов торфа А^с, %

 

Тип торфа	Среднее значение	Пределы изменения
Низинный	7,6	1,0 – 18,0
Переходный	4,7	1,2 – 15,9
Верховой	2,4	0,7 – 13,4

 

В пределах типов торфа зольность уменьшается от древесных к моховым, что согласуется с представлениями о влиянии неорганической части на процесс развития видового состава растений-торфообразователей. Зольность одного и того же торфа незначительно повышается с увеличением степени разложения. Это объясняется относительным накоплением золы по мере распада органического вещества в процессе торфообразования.

Между зольностью и влажностью существует обратная связь. Для торфа неосушенной залежи верхового типа w_е = 100,5 – 3,7А^с, низинного w_е = 97 – 1,2А^с.

По содержанию золы различают: малозольные торфы, А^с< 5%; среднезольные, А^с от 5 до 10% и высокозольные, А^с> 10%.

Производство различных видов торфяной продукции предъявляет строгие требования к содержанию золы в сырье. Установлены следующие браковочные пределы по зольности для торфяной продукции. Фрезерный торф, идущий на: топливо – А^с£ 23%; брикетирование – А^с£ 15%; удобрение – А^с£ 30%; подстилку первой категории – А^с£ 5%; второй категории – А^с£ 10%.

   Для определения зольности торфа  используются типовой (стандартный) и ускоренный методы. Оба метода основаны на прокаливании навески торфа в муфельной печи при температуре 800±25^оС. Их недостатками являются большая продолжительность опыта и невозможность повторить анализ на одном и том же образце.

   Типовой метод. Зольность каждой пробы торфа  определяется параллельно в двух тиглях. Торф может анализироваться в сыром или в сухом состоянии. Лучше использовать сухие пробы, т.к. при этом результаты определения будут варьировать меньше. Для сырых образцов пробу торфа пропускают через шнековый механизм с диаметром отверстий в решетке не более 4 мм. Во взвешенные с точностью до 0,0002 г и прокаленные тигли помещают навески торфа для сырой пробы 6-8 г, сухой – 1-3 г. Торф в тиглях сжигают либо в муфельной печи, либо на электроплитке. После сжигания золу прокаливают в муфельной печи при температуре 800±25°С в течение 2-3 ч. Тигли охлаждают на асбестовом листе, а затем в эксикаторе и взвешивают. Контрольные прокаливания производят в течение 40 минут при той же температуре до постоянной массы золы.

   Ускоренный метод предусматривает прокаливание золы в муфельной печи при температуре 800±25°С в течение 1 ч. Если тигли имеют крышки, то их можно сразу поставить в муфельную печь. Через 10-15 минут крышку следует снять. Каждую пробу лучше анализировать в двух тиглях, или по одному тиглю двумя студентами. Расхождение между результатами определения зольности по ускоренному методу составляет 0,8%  при А^с<8% и 1,5% при А^с>8%.

 Отмеченные недостатки прямых методов устраняются применением ядерно-физического метода, основанного на регистрации обратнорассеянного бета-излучения от образцов торфа с различным содержанием минеральных веществ.

Физической основой данного метода является зависимость интенсивности обратнорассеянного бета-излучения от эффективного атомного номера среды, который, в свою очередь, зависит от атомных номеров элементов, входящих в ее состав, и их процентного содержания. Торф в сухом или влажном состояниях можно рассматривать как двухкомпонентную среду, состоящую из органической и минеральной частей. Органическая часть торфа представляет собой совокупность сложных химических соединений, в состав которых входит углерод (z = 6), водород (z = 1), кислород (z = 8), азот (z = 7) и сера (z = 16). Последняя присутствует в очень малых количествах, а в некоторых торфах ее содержание равно нулю.

Минеральная часть торфа на 98 – 99 % состоит из окислов СаО, SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, MgO, К₂O, Nа₂О, Р₂О₅, SO₃ и около одного-двух процентов приходится на долю микроэлементов и редких соединений. Состав неорганической части торфа и содержание отдельных минеральных элементов зависят от геоморфологических условий образования и развития торфяного месторождения, строения торфяной залежи и водноминерального режима. 

Эффективный атомный номер z_эф такой сложной системы, как торф, можно вычислить в предположении аддитивности взаимодействия бета-частиц со всеми атомами, входящими в данный образец

,                                               (5)

где z_i – порядковый номер элемента, входящего в данную систему; Р_i – его массовая доля.

Выражение (5), в предположении рассмотрения торфа как двухкомпонентной системы, преобразуется к следующему виду:

,                                            (6)

где z₁ и z₂ – соответственно эффективные атомные номера органической и минеральной частей торфа; Р₂ – массовая доля минеральной части. 

Значит эффективный атомный номер торфа при его постоянном химическом составе зависит линейно от содержания минеральных составляющих.  Этот результат можно объяснить тем, что состав органической части торфа является относительно стабильным.

Средние эффективные атомные номера органической части торфа равны соответственно:

для верхового торфа z₁ = 6,45 ± 0,08;

для переходного 6,4 ± 0,07;

для низинного 6,46 ± 0,08.

В пределах каждого типа торфа относительные отклонения z₁ не превышают 1,5%, что позволяет считать z₁ = const.

Неорганическая часть торфа, как уже отмечалось, состоит из большого числа различных элементов, которые значительно отличаются по порядковому атомному номеру (от z = 11 для калия до z = 26 для железа) и по содержанию. При расчете учитывались только те элементы, содержание которых не менее 0,5% от общего состава минеральной составляющей. Средние значения z₂ равны:

для верхового торфа 13,6 ± 1,1;

для переходного 13,5 ± 1,0;

для низинного 13,7 ± 1,1%.

Следовательно, с увеличением зольности должен увеличиваться и эффективный атомный номер. Проведенные расчеты зависимости z_эф от зольности торфа А^с подтверждают наличие прямой функциональной связи между ними с коэффициентом корреляции от 0,8 до 0,94.

Для определения зольности торфа методом регистрации обратнорассеянного бета-излучения применяется радиоизотопный золомер торфа РЗТ-1, разработанный в нашем институте под руководством Ященко А.И., Суркова М.И. (рис. 1).

Рис. 1. Схема РЗТ-1: 1 – образец торфа; 2 – капсула с источником бета-излучения;  3 – детектор; 4 – измерительный блок; 5 – пересчетное устройство

 

Прибор состоит из измерительного блока 4 и пересчетного устройства 5 типа ПП-16. Анализируемый образец торфа 1 помещается на специальную подставку, которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси прибора. Установленный таким образом образец торфа подводится под блок источника бета-излучения 2 с детектором 3 и фиксируется на определенном от них расстоянии. После этого в течение 2-3 мин пересчетным прибором ПП-16 регистрируется интенсивность обратнорассеянного от образца торфа бета-излучения (источник стронций 90 плюс иттрий 90). Зольность определяется по тарировочному графику (рис. 2), который строится по результатам измерений на образцах торфа с известной зольностью. На графике по оси ординат отложено отношение скорости счета пересчетного прибора от образца торфа к скорости счета от эталона I_эт, в качестве которого обычно используется диск из эбонита, а по оси абсцисс – зольность торфа на сухое вещество.

Методика приготовления образцов торфа для определения зольности по этому методу заключается в следующем. Навеска торфа подсушивается до влажности 20 ± 5%, после чего измельчается в механической мельнице и просеивается через сито с размерами отверстий не больше 3 мм. Из приготовленной пробы навеска 10 ± 0,1 грамма помещается в матрицу пресса и формируется в виде таблетки (диаметр 30 мм, толщина 8 мм). Процесс прессования длится 1-1,5 минуты.

 

Рис. 2. Тарировочный график прибора РЗТ-1

 

Прибор РЗТ-1 прошел лабораторные и производственные испытания. Зольность проанализированных образцов торфа изменялась от 3 до 45 %. Анализ данных его испытания показал, что различия в значениях зольности торфа, полученных методом сжигания и данным методом, более чем в 80% случаев не превышает 1,5-2%, т.е. метод регистрации интенсивности обратнорассеянного бета-излучения можно использовать для определения зольности торфа без сжигания образцов.

В данной лабораторной работе применяют ускоренный метод определения зольности торфа с использованием муфельной печи. В связи с ограниченностью времени, отводимого на занятие, в работе допускаются некоторые отступления от ГОСТа ускоренных методов. К этим отступлениям относятся предварительное сжигание навески на электроплитке (до полного выделения дыма) и уменьшение времени прокаливания остатка до 40-50 минут в муфельной печи при температуре 800±25°С.

 

Последовательность выполнения работы

 

1. В табл. 2 записывают номер и массу взвешенного на аналитических весах с точностью 0,001 г тигля.

2. Записывают характеристику торфа, имеющуюся на этикетке банки.

3. Пробоотборником перемешивают содержимое банки и берут навеску массой 3-5 г.

4. Тигель с навеской торфа взвешивают на аналитических весах и массу записывают в табл. 2.

5. Взвешенный тигель помещают на разогретую электроплитку для сжигания торфа (до прекращения выделения дыма), затем переносят в разогретую до 800^оС муфельную печь для прокаливания остатка в течение 1часа. Если тигель имеет крышку, его можно сразу поставить в муфельную печь. Через 10-15 минут крышку следует снять.

6. По окончании прокаливания тигель вынимают из муфельной печи и охлаждают на асбестовом листе, а затем в эксикаторе.

7. Охлажденный тигель с золой взвешивают, записывают результат в табл. 2.

8. По формуле (1) рассчитывают рабочую зольность торфа и, пользуясь формулой (2) или (4), определяют зольность на сухое вещество. Расчеты выполняют с точностью до 0,1%.

 

Характеристика торфа

Влажность w =    %

Время сжигания – 20 мин.

Время прокаливания – 1 час.

 

Таблица 2. Результаты определения зольности торфа

 

№ тигля	Масса пустого тигля, г	Масса тигля с навеской, г	Масса навески m, г	Масса тигля с золой, г	Масса золы, mз, г	Показатели зольности
						А^р, %	А^с, %	А^сср, %

 

Контрольные вопросы

 

1. Источники поступления золы в торф.

2. Первичная и вторичная зола торфа.

3. Показатели зольности.

4. Связь между А^р и А^с.

5. Кондиции торфа по зольности.

6. Сущность типового и ускоренного методов определения зольности торфа.

7. Физический метод определения и его преимущества.

 

Лабораторная работа № 3

Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 5

 

Лабораторная работа № 6

 

Лабораторная работа № 7

 

Лабораторная работа № 8

 

Мелкокускового торфа

 

Плотность торфа является важной характеристикой, которая используется во многих технологических расчетах (при определении цикловых сборов, выхода воздушно-сухого торфа, усадки торфа, осадки торфяной залежи и др.).

Плотность торфа и других дисперсных систем (ρ) определяют как

                                                  , кг/м³,                                                                            (1)

где m – масса вещества, кг; V – его объем, м³,

или                                 , кг/м³,

где m_с – масса сухого вещества, кг; V_с – его объем, м³; m_в – масса воды, кг; V_в – объем, занятый водой, м³; V _г – объем, занятый воздухом, м³.

Существует понятие плотности скелета торфа r_ск – отношение массы сухого вещества торфа (скелета) ко всему объему торфа.

.                                                (2)

Понятие плотности скелета часто используется в теории сушки для характеристики минерализации торфа при сельскохозяйственном использовании месторождений, при компрессионных исследованиях и т.д.

Значения плотности торфа и торфяной продукции приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Плотность торфа и торфяной продукции

 

Вид продукции, сырья	Плотность, кг/м^3
	торфа и готовой продукции	скелета торфа
Неосушенная торфяная залежь	1000	110
Осушенная залежь:
при экскаваторном способе добычи	800-1000	120-110
при фрезерном способе добычи	600-900	150-220
в пахотном горизонте торфяных почв	600-1000	200-400
Торф фрезерный (насыпная плотность)	200-500	120-300
Торф кусковой:
в штабелях	300-500	200-330
в отдельных кусках	400-1000	270-600
Торфяной брикет	1100-1490	–
Изоплиты	170-250	–
Подстилки:
насыпная	100-150	60-90
прессованная в кипы	170-250	100-150
Торфяные удобрения 60% - ой влажности	500-600	–

 

  Плотность торфа в залежи зависит от степени разложения, влажности, типа торфа и для инженерных расчетов берется из таблиц С.А. Сидякина или может быть рассчитана по уравнениям:

для верхового торфа

;                                           (3)

для низинного торфа

.                                      (4)

Здесь ρ в кг/м³, R и ω в %.

  Плотность торфа и торфяной продукции определяется разными методами. Все они отличаются между собой приемами определения объема. 

Плотность торфа в залежи ­определяют методом режущего кольца. С этой целью кольцо с заостренными кромками и известным объемом вдавливается в залежь. Вынутый вместе с кольцом торф зачищается по торцам и взвешивается. Масса торфа, деленная на объем кольца, дает плотность в залежи. Для получения достоверного результата число измерений должно быть не менее пяти. Точность определения растет с увеличением диаметра кольца.

Плотность рассыпного фрезерного торфа в лабораторных условиях определяют методом мерногоцилиндра, а в полевых условиях насыпную плотность торфа – методами мерного ящика, мерного цилиндра и радиобура (см. работу № 9). 

Плотность кускового торфа определяется методами волюменометра и гидростатического взвешивания.     

 Знание величины плотности дисперсной системы позволяет определить ее структурные характеристики: пористость, влаго- и газонасыщенность.

  Пористостью торфа n называется отношение объема пор V_n, занятых водой и воздухом, ко всему объему образца V, выраженное в процентах:

n = , %                                                (5)

или                                          n = , %.