Кіріспе

Көмірдің қасиеттерін өлшеу

Көмірді талдау әдістері – көмірдің нақты физикалық және химиялық қасиеттерін өлшеуге арналған арнайы талдау әдістері. Бұл әдістер көмірдің кокс жасауға, қуат өндіруге немесе болат өндірісінде темір кенін балқытуға жарамдылығын анықтау үшін негізгі арналған.

Көмірдің химиялық қасиеттері

Көмірдің төрт негізгі түрі немесе сапасы бар: лигнит немесе қоңыр көмір, битумдық көмір немесе қара көмір, антрацит және графит. Көмiрдің әр түрінің белгілі бір физикалық параметрлері болады, олар негізiнен ылғалдылық, ұшқыш заттардың мөлшері (алифалық немесе ароматтық көмірсутектер тұрғысынан) және көміртегінің мөлшерімен анықталады.

Ұшып жүретін заттар

Көмірдегі ұшқыш заттар – ауаның болмауында жоғары температурада бөлінетін, ылғалдан басқа, көмірдің құрамына кіретін компоненттер. Бұл әдетте қысқа және ұзын тізбекті көмірсутектер, ароматты көмірсутектер және күкірттің шағын қоспаларынан тұрады. Ұшқыш заттар белсендірілген көмірдің адсорбциялық қасиеттерін бағалауға да мүмкіндік береді. Көмірдің ұшқыш заттарының мөлшері қатаң бақылаудағы стандарттарға сәйкес анықталады. Австралия және Ұлыбритания зертханаларында көмір үлгісі 7 минут бойы 900 ± 5 °C (1650 ± 10 °F) температураға дейін қыздырылады. Көмірдің сапасы жоғарылаған сайын, ұшқыш заттардың мөлшері азаяды (АМК).

Күл

Көмірдің күлділігі – көмірді жаққаннан кейін қалған жанбайтын қалдық. Ол көміртек, оттегі, күкірт және су (саз қосылғандарымен бірге) жану барысында кеткеннен кейін қалған минералдық заттардың көп бөлігін көрсетеді. Талдау салыстырмалы түрде қарапайым: көмір толық жағылады, ал күлдің мөлшері бастапқы салмақтың проценттік көрсеткіші ретінде беріледі. Бұл көрсеткіш көмірдің сапасы туралы да ақпарат бере алады. Күлділік ауада кептірілген және пеште кептірілген күйінде анықталуы мүмкін. Екі жағдайдың арасындағы басты айырмашылық – екіншісі көмір үлгісіндегі ылғалды толығымен жойғаннан кейін есептеледі.

Белгілі көміртек

Көмірдің тұрақты көміртегінің мөлшері – ұшқыш заттар жойылғаннан кейін материалда қалған көміртегі. Бұл көмірдің жалпы көміртегі мөлшерінен өзгеше, себебі бір бөлігі ұшқыш заттармен бірге көмірсутектер түрінде жоғалады. Тұрақты көміртегі көмір үлгісінен қанша кокс алынатынын бағалауға мүмкіндік береді. Тұрақты көміртегіні анықтау үшін көмір үлгісінің бастапқы массасынан жоғарыда сипатталған ұшқыш заттарды анықтау тесті арқылы есептелген ұшқыш заттардың массасы алынады.

Салыстырмалы тығыздығы

Көмірдің салыстырмалы тығыздығы немесе меншікті салмағы көмірдің түріне және минералды қоспамалардың мөлшеріне байланысты. Композициялар мен қоспалардың қасиеттерін анықтау үшін әрбір көмір түрінің тығыздығын білу қажет. Көмір қабаттарының тығыздығы ресурстарды қорларға ауыстыру үшін қажет. Салыстырмалы тығыздық әдетте сынаманың судағы салмағының төмендеуі арқылы анықталады. Бұл ұсақ ұнтақталған көмірді қолдану арқылы жақсырақ орындалады, себебі ірі үлгілердің құрамында көп мөлшерде бос кеңістік болады. Дегенмен, орнындағы көмірдің көлемін анықтау үшін, меншікті салмақты өлшегенде бос кеңістікті сақтау маңызды.

Бөлшектердің өлшемдері

Ұнтақталған көмірдің бөлшек мөлшерінің таралуы көмірдің сапасына және оның қаттылығына, сондай-ақ оның тасымалдану, ұсақталу және майдалану процестеріне байланысты. Көмір әдетте пештерде және кокс пештерінде белгілі бір мөлшерде қолданылады, сондықтан көмірдің ұсақталу қабілетін анықтау және оның қасиеттерін сандық тұрғыда бағалау қажет. Көмірді өндіру алдында осы деректерді білу маңызды, осылай көліктік және қолдануға қолайлы бөлшек мөлшерін алу үшін тиісті ұсақтау машиналарын жобалауға болады.

Суға батыру сынағы

Көмір қабаттары мен бөлшектерінің салыстырмалы тығыздығы витринит құрамы, сорталу дәрежесі, күлділік/минералдық құрамы және кеуектілігімен анықталатын түрлі шамаларға ие. Көмірді әдетте белгілі тығыздықтағы сұйықтық ваннасынан өткізу арқылы жуады. Бұл күлділігі жоғары бөлшектерді жойып, көмірдің сатуға жарамдылығын, сондай-ақ бірлік көлеміндегі энергия мазмұнын арттырады. Сондықтан, көмірді зертханада суға батыру/шығару сынағынан өткізу қажет, ол жуу үшін ең қолайлы бөлшек мөлшерін және ең аз жұмсалатын еңбекпен күлдің максималды мөлшерін жоюға қажетті жуу сұйығының тығыздығын анықтайды. Суға батыру/шығару сынағы ұнтақталған және майдаланған көмірде металл кеніндегідей металлургиялық сынақтарға ұқсас процесс арқылы жүргізіледі.

Ыдырау сынағы

Абразия – көмірдің машиналарды тозуға бейімділігі мен қабілетін, сондай-ақ өздігінен ұнтақталуға ұшырауын сипаттайтын қасиет. Көмірдегі көміртекті заттар салыстырмалы түрде жұмсақ болғанымен, кварц және басқа минералды құрамдастар өте абразивті болып келеді. Бұл қасиет белгілі массасы бар төрт пышақты калибрленген диірменде сыналып көріледі. Көмір диірменде минутына 1500 айналымдық жылдамдықпен 12000 айналымға дейін араластырылады (яғни, 8 минут ішінде 1500 айналым). Абразия индексі төрт металл пышақтың массасының қанша жоғалғанын өлшеу арқылы анықталады.

Өзгеше энергия

Көмірдің физикалық немесе химиялық талдаулары оның өңделуін және ластағыштарын анықтаудан басқа, көмірдің энергиялық сыйымдылығы бомбалық калориметр арқылы анықталады, ол толық жану кезінде көмірдің берілген энергия мөлшерін өлшейді. Бұл, әсіресе, бу өндіруге қолданылатын көмірлер үшін қажет.

Көшпенділік сынағы

Көмірдің күл қалдықтарының жоғары температурадағы қасиеттері бу электр станциялары үшін көмір таңдаудағы маңызды фактор болып табылады. Көптеген пештер күлді ұнтақ күйінде шығару үшін құрылған. Клинкер деп аталатын қатты, шыны тәрізді шлакқа айналатын күлге ие көмірлер пештерде тиімсіз болып саналады, себебі оларды тазалау қажет. Дегенмен, пештер клинкерді өңдеуге бейімделуі мүмкін, әдетте оны балқыған сұйықтық түрінде шығару арқылы. Көмір күлінің балқу температурасы жоғары температуралы пеште күлдің қалыпталған үлгісін байқау терезесі арқылы анықталады. Күл, конус, пирамида немесе куб пішіндес, 1000 °C-тан асып, мүмкіндігінше жоғары температураға дейін бірте-бірте қыздырылады. Төмендегі температуралар тіркеледі:
Деформация температурасы: Бұл қалыптың бұрыштары бірінші рет дөңгеленген кезде жетеді.
Жұмсару (сфера) температурасы: Бұл қалыптың жоғарғы жағы шар пішіндес болған кезде жетеді.
Жарты шар температурасы: Бұл қалыптың толығымен жарты шар пішіндес болған кезде жетеді.
Ағым (сұйық) температурасы: Бұл балқыған күл пеш еденіне тегістелген түймеге құлаған кезде жетеді.

Түйіршектің қабыну көрсеткіші (еркін қабыну көрсеткіші)

Көмірдің кокс өндіруге жарамдылығын бағалаудың ең қарапайым тәсілі – еркін кеңею индексінің сынағы. Бұл, стандартталған тостағанда көмірдің кішкентай үлгісін шамамен 800 градус Цельсийге (1500 °F) дейін қыздыруды қамтиды. Белгілі бір уақыт бойы қыздырудан кейін, немесе барлық ұшқыш заттар кеткенге дейін, тостағанда кішкентай кокс түймесі қалады. Осы кокс түймесінің қимасының пішіні стандартталған пішіндер жинағымен салыстырылып, еркін кеңею индексі анықталады.

Көмірдің дәреже бойынша жіктелуі

Бірнеше халықаралық стандарттар көмірді оның сапасы бойынша жіктемелейді, онда сапасы жоғарылаған сайын көмірдегі көміртегінің мөлшері артады. Көмірдің сапасы оның геологиялық тарихымен байланысты, бұл Хилттің заңында сипатталған. ASTM жүйесінде 69%-дан астам бекітілген көміртегі бар кез келген көмір көміртегі және ұшқыш заттардың мөлшері бойынша жіктеледі. 69%-дан аз бекітілген көміртегі бар көмір жылу беру қабілеті бойынша жіктеледі. Ұшқыш заттар мен көміртегі құрғақ, минералсыз негізде; жылу беру қабілеті кендегі ылғал мазмұнына негізделген, бірақ еркін сусыз. ISO-да да көмірді сапалау жүйесі бар, бірақ оның топтары ASTM стандартына сәйкес келмейді. +ASTM Көмір жіктемесіТопТұрақты көміртегі % Құрғақ, минералсызҰшқыш заттар % Құрғақ, минералсызЖылу беру қабілеті МДж/кгТұзды, минералсызАнтрацитМета-антрацит>98<2 Антрацит92–982–8 Жартылай антрацит86–928–14 БитуминозТөмен ұшқыш78–8614–22 Орташа ұшқыш69–7822–31 Жоғары ұшқыш A<69>31>32.6 Жоғары ұшқыш B30.2–32.6 Жоғары ұшқыш C26.7–30.2 СуббитуминозСуббитуминоз A24.4–26.7 Суббитуминоз B22.1–24.4 Суббитуминоз C19.3–22.1 ЛигнитЛигнит A14.7–19.3 Лигнит B<14.7