Определение содержания аналитической влаги

Теоретическая часть

Технический анализ углей включает определение в них влажности, зольности, выхода летучих веществ с одновременным анализом вида и выхода нелетучего остатка, общего содержания сернистых соединений, так называемой общей серы.

Показатели технического анализа в большинстве случаев связаны с химической природой углей, по ним в некоторых случаях можно судить о геологическом возрасте углей, степени метаморфизма.

Так, выход летучих веществ предусмотрен в качестве одного из основных параметров во многих торгово-промышленных классификациях углей, а также в единой классификации углей России. Он позволяет судить не только об отнесении угля к той или иной технологической группе, но и о таком важнейшем показателе, как выход кокса, который в большинстве процессов термической переработки является конечным целевым продуктом. Выход летучих веществ является структурным показателем, характеризующем количество нестойких термически атомных групп в угольном веществе.

Количество гигроскопической (аналитической) влаги закономерно связано с природой угля (возраст, степень метаморфизма).

Содержание серы часто указывает на принадлежность угля к тому или иному бассейну.

Влажность и зольность позволяют в первом приближении судить о количестве балласта в угле и определять его технологическое применение.

По показателям технического анализа углей (результаты анализа всего одного грамма вещества) управляется и корректируется технологический процесс термической переработки. При этом следует учесть огромные масштабы (многотоннажность) производства. Поэтому методы технического анализа стандартизованы, что определяет строгое соблюдение постоянства и унифицирования методов производства анализов, методики отбора проб и подготовки их к испытанию. Это дает возможность получать в разных лабораториях сравнимые результаты.

Подготовка пробы

Для технического анализа используется аналитическая проба угля измельченная до крупности частиц 0-0,2 мм весом в один грамм с точностью до 0,0002. При взятии навески проба в представленной на анализ посуде должна быть тщательно перемешана, затем навеска набирается порциями в 2-3 приема из различных мест и с разной глубины. Одновременно набираются две пробы (параллельные).

Тара для взятия навески должна быть пронумерована и взвешена. Бюксы, фарфоровые тигли, противни должны быть предварительно прокалены и храниться в эксикаторе.

Работа по определению технического анализа углей выполняется в течение двух лабораторных занятий. Каждый студент получает пробу неизвестной марки и работает индивидуально.

 

Определение содержания аналитической влаги

Определение влажности воздушно-сухой аналитической пробы угля про-изводится путем высушивания навески угля в сушильном шкафу при температуре 102-105 °С.

Определение содержания минеральных примесей (зольность угля)

Определение зольности производится путем медленного озоления навески угля в муфельной печи при подъеме температуры от 280-300 °С до 800-830 °С.

Определение выхода летучих веществ из угля

Метод заключается в нагревании навески угля в закрытом крышкой тигле (т.е. без доступа воздуха) при 840-860°С в течение 7 минут и взвешивании, после охлаждения, тигля с образовавшимся коксовым остатком.

Выход летучих веществ определяется по разности между общей потерей массы навески угля и потерей, происходящей из-за испарения содержащейся в исходном угле влаги.

Определение сернистости угля

При определение сернистости угля необходимо все содержащиеся в нем виды серы превратить в сульфаты и количественно определить в виде сульфата бария.

В настоящее время определение сернистости угля в заводских условиях производится автоматически, но метод, который приводится в настоящем руководстве, широко используется как поверочный.

Сущность метода состоит в прокаливании пробы угля в муфельной печи со смесью Эшка, состоящей из одной части карбоната натрия и двух частей оксида магния. Во время прокаливания угля со смесью Эшка образуются сернистые металлы, которые затем окисляются до сульфатов и осаждаются затем в соляно-кислом растворе хлоридом бария. Количество полученного сульфата определяется взвешиванием.

Приборы и лабораторная посуда

Муфельная печь с нагревом до 1000°С и терморегулятором, тигли фарфоровые стандартных размеров (высота 38,5-46,5 мм, диаметр 28,5-36 мм) для прокаливания смеси угля со смесью Эшка, тигли фарфоровые высотой 32-35 мм и диаметром 42-45 мм для прокаливания сернистого бария, промывалка, воронка, стакан с носиком емкостью 300-500 мл, стеклянные палочки с оплавленными концами, металлические палочки,

Реактивы и материалы

Смесь Эшка (59-66% оксида магния и 31-44% карбоната натрия, все квалификации ч.д.а.). Кислота соляная х.ч. или ч.д.а. плотностью 1.19. Хлорид бария - 10% х.ч. или ч.д.а. водный раствор. Нитрат серебра - 3% водный раствор. Индикатор метилоранж - 0,02% водный раствор. Фильтры беззольные плотные (обложка с синей лентой) диаметром 70-80 мм для фильтрования сульфата бария. Бумага фильтровальная. Дистиллированная вода.

 

Ход определения

Навеску угля 1±0,1 г с точностью до 0,0002 г при ожидаемом содержании серы до 5% и 0,5±0.1 г при большем содержании серы набирают в фарфоровые тигли и тщательно перемешивают с навеской 2 г смеси Эшка, которую взвешивают с точностью до 0,1 г. Затем содержимое тигля засыпают сверху еще 1 г смеси Эшка.

Тигель с содержимым устанавливают в холодный муфель (температура менее 350°С), разогревают до температуры 850±25°С и прокаливают 2-2,5 часа. Содержимое тигля после охлаждения разрыхляют палочкой, пересыпают в стакан на 300 мл, приливают 100-150 мл горячей дистиллированной воды, смывая приставшие к стенкам тигля частицы. Содержимое стакана нагревают до кипения. Если в стакане наблюдаются несгоревшие частицы угля черного цвета, всплывающие на поверхность раствора, то анализ повторяют с новой пробой угля. Если содержимое тигля трудно отделяется от стенок, тигель помещают в тот же раствор и стакан нагревают до кипения. Водный раствор после кипячения в течение 30 минут декантируют на фильтр, фильтрат собирают в емкость 500 мл. Остаток в стакане 3 раза промывают горячей дистиллированной водой из промывалки, сливая её на фильтр. Затем остаток также переносится на фильтр и промывается горячей водой из промывалки. К полученному фильтрату (300-350 мл) добавляют 2-3 капли метилоранжа и добавляют соляную кислоту (концентрированную) до слабокислой реакции, проверяя ее лакмусным индикатором.

Раствор нагревают до кипения и постепенно приливают 10 мл 10% хлорида бария, в результате чего в стакане выпадает осадок сульфата бария. Раствор с этим остатком выдерживают в течение 2 часов на кипящей водяной или песочной бане при температуре, близкой к кипению. Содержимое стакана фильтруют через плотный беззольный фильтр (синяя упаковка). Осадок на фильтре промывают горячей водой из промывалки до полного удаления следов хлора. Для определения полноты удаления хлора 3-5 мл последней порции фильтрата набирают в пробирку и добавляют 3-4 капли раствора нитрата серебра. Если при этом не выпадает осадок хлорида серебра, а только происходит помутнение, промывку можно считать законченной. Фильтр с осадком сульфата бария переносят в тигель, слегка уплотняя стеклянной палочкой, затем медленно обугливают на электроплитке, не допуская воспламенения фильтра.

Тигель с обугленным осадком устанавливают в муфельную печь, нагретую до 850±25°С и прокаливают в течение 30-40 минут. После извлечения из печи тигель 5 минут охлаждают на воздухе, а затем помещают в эксикатор, где охлаждают до комнатной температуры, после чего взвешивают. Прокаливание повторяют до тех пор, пока разность в массе двух последних взвешиваний будет менее 0,0001 г, после чего определяют массу полученного сульфата бария.

Для устранения ошибок из-за возможного присутствия в применяемых реактивах серы производят два контрольных опыта, повторяющих во всех деталях приемы и условия определения серы в угле, но без навески последнего. Полученные в этих опытах данные о количестве сульфата бария (в граммах) принимают за поправку при определении содержания бария в угле.

Поправка на содержание серы в применяемых реактивах (a₂) не должна превышать 0,005 г сернистого бария. Поправку вычитают из массы сульфата бария, найденного при анализе угля. Расхождения между результатами двух параллельных контрольных анализов не должно превышать 0,002 г сульфата бария.

Общее содержание серы в аналитической пробе угля (в процентах) вычисляют по формуле

где a – навеска угля, г;
a₁–масса сульфата бария, г;
a₂–масса сульфата бария, полученная в опыте без угля, г;
0.1373 – коэффициент пересчета массы сульфата бария на массу серы.

Пересчёт данных анализа влажного угля на сухой производится по формуле

 

Расчёты

Для анализа угля неизвестной марки взяли колбу под номером 33.

Определение зольности

Проверили вес предварительно прокаленных до постоянного веса пронумерованных лодочек:

Лодочка 18: Лодочка II:

m = 19,5031 г m = 20,9305 г

Взвесили тщательно перемешанную пробу угля в них (1г):

m = 20,5847 г m = 22,1045 г

Поставили лодочки в муфельную печь с Т = 300°С и прокалили при 800°С в течение 1,5 ч., взвесили:

m = 19,6057 г m = 21,0414 г

Повторили контрольное прокаливание до тех пор, пока убыль веса не составила 0.001 г:

m = 19,6059 г m = 21,0412 г

Определили зольность пробы угля в процентах:

Определили среднее значение зольности аналитической пробы угля:

Затем пересчитали зольность на сухую массу угля:

Среднее значение зольности на сухую массу угля:

 

Теоретическая часть

Технический анализ углей включает определение в них влажности, зольности, выхода летучих веществ с одновременным анализом вида и выхода нелетучего остатка, общего содержания сернистых соединений, так называемой общей серы.

Показатели технического анализа в большинстве случаев связаны с химической природой углей, по ним в некоторых случаях можно судить о геологическом возрасте углей, степени метаморфизма.

Так, выход летучих веществ предусмотрен в качестве одного из основных параметров во многих торгово-промышленных классификациях углей, а также в единой классификации углей России. Он позволяет судить не только об отнесении угля к той или иной технологической группе, но и о таком важнейшем показателе, как выход кокса, который в большинстве процессов термической переработки является конечным целевым продуктом. Выход летучих веществ является структурным показателем, характеризующем количество нестойких термически атомных групп в угольном веществе.

Количество гигроскопической (аналитической) влаги закономерно связано с природой угля (возраст, степень метаморфизма).

Содержание серы часто указывает на принадлежность угля к тому или иному бассейну.

Влажность и зольность позволяют в первом приближении судить о количестве балласта в угле и определять его технологическое применение.

По показателям технического анализа углей (результаты анализа всего одного грамма вещества) управляется и корректируется технологический процесс термической переработки. При этом следует учесть огромные масштабы (многотоннажность) производства. Поэтому методы технического анализа стандартизованы, что определяет строгое соблюдение постоянства и унифицирования методов производства анализов, методики отбора проб и подготовки их к испытанию. Это дает возможность получать в разных лабораториях сравнимые результаты.

Подготовка пробы

Для технического анализа используется аналитическая проба угля измельченная до крупности частиц 0-0,2 мм весом в один грамм с точностью до 0,0002. При взятии навески проба в представленной на анализ посуде должна быть тщательно перемешана, затем навеска набирается порциями в 2-3 приема из различных мест и с разной глубины. Одновременно набираются две пробы (параллельные).

Тара для взятия навески должна быть пронумерована и взвешена. Бюксы, фарфоровые тигли, противни должны быть предварительно прокалены и храниться в эксикаторе.

Работа по определению технического анализа углей выполняется в течение двух лабораторных занятий. Каждый студент получает пробу неизвестной марки и работает индивидуально.

 

Определение содержания аналитической влаги

Определение влажности воздушно-сухой аналитической пробы угля про-изводится путем высушивания навески угля в сушильном шкафу при температуре 102-105 °С.