BADANIA TECHNICZNE I OZNACZENIA JAKOŚCIOWE WĘGLA

1. BADANIA TECHNICZNE I OZNACZENIA JAKOŚCIOWE WĘGLA

2. Substancja mineralna w węglu Substancja mineralna w węglu występuje w postaci formy zewnętrznej jak i wewnętrznej. • Domieszki mineralne, które występują jako oddzielne ziarna nierównomiernie rozmieszczone w masie organicznej w formie wtrąceń, jak również w formie wydzielonych konkrecji, a także wypełniające pękniecia w złożach węglowych tworzą substancję mineralną zewnętrzną. • Może być ona w dużym stopniu usunięta w procesach wzbogacania węgla.

3. Substancja wewnętrzna tworzy homogeniczną mieszaninę z substancją organiczną i nie może być usunięta za pomocą działań fizycznych. • Pochodzi ona z nieorganicznych składników substancji roślinnych a więc metalicznych soli kwasów organicznych jak również ze związków będących istotnymi komponentami przyrody żywej – chlorofil, protoplazma itp.

4. Składniki substancji mineralnej w węglu Krzemiany: • kwarc • chalcedon • opal Glinokrzemiany sodu i potasu: • ortoklaz • albit Glinokrzemiany uwodnione (minerały ilaste): • kaolinit • montmorillonit • illit • alofan Węglany: • kalcyt • dolomit • ankaryt • syderyt • smitsonit • carusyt

5. Składniki substancji mineralnej w węglu Siarczki: • melnikowit • piryt • markasyt • sfaleryt • galena • chalkozyn • chalkopiryt Siarczany: • gips • epsomit • melanteryt • jarosyt • celestyn • anhydryt • baryt

6. Składniki substancji mineralnej w węglu Wodziany i wodorotlenki: • limonit • getyt • lepidokropit • hydragilit • diaspor • hematyt Chlorki: • halit • sylwin Fosforany: • apatyt • fosforyt

7. Składniki substancji mineralnej w węglu Humiany i siarczany sodu, potasu, wapnia, magnezu i żelaza Siarka elementarna

8. Składniki substancji mineralnej w węglu W śladowych ilościach występują jeszcze różnorodne pierwiastki: ind In, kadm Cd, tal Tl, beryl Be, lit Li, rubid Rb, cez Cs, skand Sc, tytan Ti, chrom Cr, kobalt Co, itr Y, nikiel Ni, gal Ga, german Ge, lantan La, cyrkon Zr, molibden Mo, cyna Sn, wolfram W, ołów Pb, lutet Lu, niob Nb, miedź Cu, srebro Ag, tantal Ta, uran U, cynk Zn, bor B.

9. Wymienione związki i pierwiastki rodzime stanowią przeważnie część substancji mineralnej wszystkich węgli i stanowią źródło popiołu.

10. OZNACZANIE ZAWARTOŚCI SUBSTANCJI MINERALNEJ • Normy przewidują dwie metody oznaczania zawartości substancji mineralnej w węglu: • Metoda ekstrakcyjna • Metoda obliczeniowa

11. Metoda ekstrakcyjna • Zasada tej metody polega na ilościowym usunięciu rozpuszczalnej części substancji mineralnej z węgla kamiennego oraz jej oznaczeniu, które przeprowadza się za pomocą kwasu solnego i fluorowodorowego. • W próbce analitycznej węgla oznacza się zawartość wilgoci analitycznej, popiołu Aa oraz CO w węglanach. • W węglu wyeksrachowanym oznacza się popiół i chlor. • W popiele natomiast oznacza się zawartość żelaza. • Mając te dane, oblicza się zawartość substancji mineralnej przy uwzględnieniu poprawki na zaabsorbowany kwas solny HCl.

12. Metoda obliczeniowa • Zawartość substancji mineralnej w węglu kamiennym dla stanu analitycznego można obliczać za pomocą wzoru: • Ma= 1,13Aa + 0,5Spa + 0,8 CO2 + 2,8 Sso4 + • + 0,5 Cla + 2,8 SAa , %

13. Popiół • Popiół jest to pozostałość składająca się z substancji mineralnej, otrzymana po całkowitym spalaniu węgla w określonej temperaturze. • Podczas spalania węgla poszczególne grupy minerałów wchodzące w skład substancji mineralnej ulegają przemianom.

14. Grupa minerałów krzemionkowych • W temp 1073 K (800 C) przekształca sieć przestrzenną. • W temp 1143 K (870 C) kwarc przechodzi w trydymit.

15. Skalenie potasowe i sodowe W temp 1423-1473 K (1150-1200 C) topią się i ulatniają się z nich alkalia.

16. Minerały ilaste • W temp 873-1073 K (600-800 C) tracą wodę. • Kaolinit w temp 1073 K (800 C) przechodzi w sillimanit, który w temp. 1373-1423 K (1100-1150 C) w obecności topników np. żelaza, przekształca się w mulit. • Illit w temp 1523-1573 K (1250-1300 C) traci potas.

17. Węglany • Zachowują się różnie. • Syderyt w temp 723-773 K (450-500 C) rozkłada się na FeO i CO2 i przechodzi w magnetyt, który już nie ulega zmianie w wyższych temp. • Dolomit ulega rozkładowi w temp 1038-1168 K (765-895 C). • Kalcyt rozkłada się w temp 1173 K (900 C). Powstały CaO w obecności SO3 przechodzi w CaSO4 , który w wyższych temp ulega ponownemu rozkładowi na CaO i SO3.

18. Siarczki Siarczki żelaza (piryt, markasyt) rozkładają się w temp 773-783 K (500-510 C) na hematyt i SO2 . Siarczki cynku i ołowiu ulegają rozkładowi w temp zbliżonych do temp rozkładu siarczków żelaza. Natomiast w temp około 1273 K (1000 C) tlenki tych metali przechodzą w stan lotny.

19. Uwodnione siarczany • Gips, epsomit, melanteryt, jarosyt w temp 673 K (400 C) tracą wodę krystalizacyjną. W temp powyżej 1173 K (900 C) następuje termiczna dysocjacja bezwodnych siarczanów.

20. Wodorotlenki żelaza • Tracą wodę w temp 383-423 K (110-150 C) i przechodzą w hematyt. • Wodorotlenki glinu • Tracą wodę krystalizacyjną w temp 873 K (600 C).

21. Chlorki sodu i potasu • W temp 1273 K (1000 C) przechodzą w stan lotny.

22. Fosforany • W temp około 1073 K (800 C) ulegają częściowo rozkładowi, który całkowicie się kończy w temp 1573-1623 K (1300-1350 C).

23. Huminiany • W temp powyżej 1073 K (900 C) tracą węgiel. Tlenki sodu i potasu w temp 1173 K (900 C) przechodzą w stan lotny, a tlenki wapnia i magnezu przechodzą w siarczany.

24. Siarka elementarna • W temp 717 K (444 C) przechodzi w stan lotny.

25. SiO2 - 5-70% Al2 O3 - 2-40% Fe2 O3 - 1-60% CaO - 1-50% MgO - 0-10% Na2O - 0-5% K2O - 0-5% SO3 - 0-15% P2O5 - 0-2% Duże znaczenie ma jakość i ilość popiołu w węglu dostarczanym do koksowni. Skład chemiczny popiołów jest bardzo zmienny, i zawiera się w szerokich granicach:

26. GZW SiO2 - 41,50% Al2 O3 - 23,75% Fe2 O3 - 17,50% CaO - 8,40% MgO` - 1,75% SO3 - 6,05% Inne - 1% ROW SiO2 - 33,90% Al2 O3 - 21,95% Fe2 O3 - 16,55% CaO - 10,45% MgO - 5,50% SO3 - 9,55% Inne - 2,10% Typowy skład chemiczny popiołów polskich węgli

27. Oznaczanie zawartości popiołu w węglu. • Zasada oznaczania zawartości popiołu polega na całkowitym spaleniu odważki węgla i wyprażeniu otrzymanego popiołu w ściśle określonych warunkach.

28. Metody oznaczania zawartości popiołu • metoda powolnego spopielania węgla, • metoda szybkiego spopielania węgla • metoda spopielania węgla w atmosferze powietrza z dodatkiem tlenu

29. Oznaczanie topliwości popiołu • Ilość, skład popiołu zawartego w węglu oraz topliwość tego popiołu ma istotne znaczenie w energetyce zawodowej. • Popiół topiący się w niskich temperaturach powoduje między innymi zalewanie i zaklejanie żużlem rusztów, uszkadzanie obudowy pieca, utrudnianie obiegu powietrza itp. • Oznaczanie topliwości popiołu ma na celu podanie wskazówek, co do zachowania się węgla w trakcie spalania.

30. Metoda oznaczania topliwości popiołu polega na obserwacji i oznaczaniu charakterystycznych temperatur topliwości • temperatura spiekania • temperatura mięknięcia popiołu • temperatura topnienia popiołu • temperatura płynięcia popiołu

31. Temperatura spiekania • rozpoczyna się nadtapianie poszczególnych ziarn popiołu na granicy ich zetknięcia, przy równoczesnym zmniejszaniu się wymiarów próbki (kształtki – stożka, walca lub sześcianu) popiołu, bez zmiany jej początkowej postaci

32. temperatura mięknięcia popiołu • następuje pierwsza zmiana postaci lub wyglądu próbki (kształtki)

33. temperatura topnienia popiołu • temperatura tworzenia półkuli o wysokości równej 2/3 kształtki walcowej lub sześciennej, kształtka w formie stożka przegina się tak, że jej wierzchołek dotyka podstawki

34. temperatura płynięcia popiołu • próbka rozpływa się tworząc warstwę o grubości 1/3 wysokości półkuli, obserwowanej w temperaturze topnienia.

35. Ze względu na temperaturę popiołu można węgiel podzielić na: • - łatwo topliwy, gdy temperatura topliwości popiołu jest niższa od 12000C • - trudno topliwy, gdy temperatura topliwości popiołu jest wyższa od 13500C

36. Metody oznaczania topliwości popiołu • Oznaczanie charakterystycznych temperatur topliwości popiołu wykonuje się dwoma metodami: • - metoda bezpośredniej obserwacji • - metoda mikroskopowa • Do oznaczania temperatury spiekania popiołu gdy wymagana jest dokumentacja fotograficzna przebiegu zjawiska topliwości stosuje się metodę mikroskopową

37. Radioizotopowe oznaczanie zawartości popiołu • Radioizotopowe oznaczanie zawartości popiołu przeprowadza się za pomocą miernika izotopowego ze źródłem promieniowania beta. • Metody pomiaru polegają na wykorzystaniu: • - zjawisk transmisji i rozproszenia promieniowania X o energii 40-60 keV • - zjawisk rozproszenia promieniowania X o energii < 8 keV lub o energii , 25 keV z równoczesnym wzbudzeniem rentgenowskiego promieniowania fluorescencyjnego żelaza • - zjawiska wstecznego promieniowania beta

38. Radioizotopowe oznaczanie zawartości popiołu • Ogólnie można powiedzieć, że w metodach radiometrycznych wykorzystuje się zróżnicowanie intensywności oddziaływania promieniowania ze składnikami substancji organicznej i mineralnej węgla. Efekt oddziaływania promieniowania uwidacznia się w zmianie natężenia promieniowania przechodzącego lub rozproszonego od próbki węgla. • Zastosowane mierniki wzoruje się na podstawie próbek wzorcowych.

39. Metoda radioizotopowego oznaczania zawartości popiołu w węglu może być stosowana przy badaniach: • - węgla w złożu – cel : rozpoznanie złoża i ustalenie opłacalności jego eksloatacji, • - węgla wywodzącego się z poszczególnych przodków – cel: mieszanie węgla dla otrzymania wymaganej nadawy (pod względem parametrów jakościowych), • - nadawy do poszczególnych urządzeń – cel: regulacja urządzeń do wzbogacania dla osiągnięcia wymaganych produktów, • - produktów przejściowych – cel: wyznaczenie sprawności technologicznej maszyn i urządzeń, • - produktów końcowych – cel: wyznaczenie skuteczności procesów przeróbki mechanicznej i kontroli jakości produktów końcowych.

40. siarka • Siarka zawsze występuje w węglu. • Zawartość siarki wynosi od dziesiątych procentu do kilku procent. Siarka w węglu występuje z reguły w dwóch formach: • - związki organiczne • - związki nieorganiczne • Rzadko w węglach występuje siarka elementarna.

41. Siarka organiczna • Wchodzi w konstytucyjną budowę komponentów organicznych, a więc składników egzynitowych i sklerocji • Zawartość siarki organicznejjest niewielka i wynosi zwykle od 0,1 do około 0,5%

42. Siarka nieorganiczna • Występuje w postaci dwusiarczku żelaza FeS2 – najczęściej pirytu lub markasytu bądź też w postaci skrytokrystalicznej jako melnikowit.

43. Piryt W polskich węglach głównym nośnikiem siarki nieorganicznej jest piryt, który może występować w postaci: • Odrębnych gniazd, soczewek i buł nie związanych z węglem, • Wypełnień komórek strukturalnych takich składników jak – fuzynit, semifuzynit, sklerotynit i telinit, • Pseudomorfoz po komórkowatych komponentach węgla, • Nawarstwień tworzących się na płaszczyznach spękań i płaszczyznach miedzywarstwowych.

44. Inne formy występowania siarki nieorganicznej w węglu Są to siarczany: • Gips, epsomit, jarosyt, melanteryt • Ich występowanie w węglu jest niewielkie – są produktami rozkładu pirytu. • W trakcie wzbogacania w ośrodku wodnym rozpuszczają się i przechodzą do wód płuczkowych.

45. Zawartość siarki w węglu ma istotne znaczenie technologiczne. • W procesie spalania węgla do atmosfery emitowany jest SO2 i SO3 a także pyły siarczanowe. • Ilościowo przeważa SO2 i dlatego też przyjmuje się określone wskaźniki emisji dwutlenku siarki do atmosfery

46. Podstawowe określenia form występowania siarki

47. Siarka całkowita St • Składająca się z siarki organicznej i nieorganicznej występujących w paliwie stałym

48. Siarka popiołowa SA • Siarka zawarta w popiele paliw stałych najczęściej związana z żużlem i pyłem

49. Siarka palna SC • Reprezentowana przez palne związki siarki w paliwie, • Jest różnicą pomiędzy zawartością siarki całkowitej i zawartością siarki popiołowej

50. Siarka siarczanowa SSO4 • Reprezentowana przez siarczany zawarte w paliwie – gips, epsomit , melanteryt, jarosyt