Определение весового выхода летучих веществ

Навески 1 ± 0,1 г аналитической пробы угля берут на различной глубине из двух-трех мест в предварительно взвешенные фарфоровые или кварцевые высокой формы тигли с притертыми крышками.

Рис. 12. Подставки для тиглей: а – из жаростойкой стали; б – из нихромовой проволоки

Навески бурых углей (а также окисленных каменных углей) перед испытанием брикетируют в лабораторном брикетном прессе. Брикеты вынимают из пресса и взвешивают в тиглях, уточняя взятую для испытания навеску угля.

Для нагревания навесок угля применяют электрическую муфельную печь с температурой нагрева до 1000⁰ С и с автоматическим регулированием температуры. В передней стенке печь должна иметь отверстия для выпуска летучих веществ, а в задней стенке - отверстия для установки термопары. В печи должен быть участок с устойчивой температурой 850 ± 10⁰ С, площадь которого определяется предварительным замером температуры в закрытом муфеле.

Термопару располагают так в муфельной печи, чтобы горячий спай ее находился в пространстве на расстоянии 10 - 20 мм от пода печи по середине зоны с устойчивой температурой.

Тигли с навесками, закрытые крышками, вводят в печь, нагретую до 860⁰ С, на специальной подставке на шесть, четыре или два тигля (рис. 12) из нихромовой проволоки или из жаростойкой стали в зону устойчивой температуры, с таким расчетом, чтобы под печи был от дна тигля на расстоянии 20 мм.

Схема установки тиглей в печи показана на рис. 13.

Рис. 13. Схема установки тиглей в муфельной печи

В закрытой печи выдерживают тигли в течение 7 мин. Температура, понизившаяся при установке тиглей в печь, должна снова достичь 850 ± 10⁰ С не более чем за 3 мин. В противном случае испытание повторяют.

После 7-минутного пребывания тиглей в печи их вынимают оттуда и охлаждают сначала в течение 5 мин на воздухе (не снимая крышек), а затем до комнатной температуры в эксикаторе, после чего взвешивают и освобождают от нелетучего остатка.

Если после испытания каменного угля с выходом летучих более 20% получен порошкообразный или слипшийся нелетучий остаток, то опыт определения выхода летучих веществ повторяют с предварительно брикетированной навеской угля и выход летучих веществ вычисляют по результатам второго испытания.

Вычисление выхода летучих веществ аналитической пробы угля производят по формулам

V^a=(G₁100)/G-W^a; V^a=(G₁100)/G-W^a-[(СО2)^a_k],

где G₁ - убыль веса навески после выделения летучих веществ и испарения влаги, г;

G - навеска угля, г;

W^a - влага аналитическая, %;

[(СО₂)^a_k] - разность между содержанием двуокиси углерода карбонатов в исходной пробе испытуемого угля и в нелетучем остатке после определения выхода летучих веществ, %.

При содержании в аналитической пробе более 2% двуокиси углерода карбонатов (СО₂)^a_k выход летучих веществ рассчитывают с поправкой на двуокись углерода[8].

Выход летучих веществ в аналитической пробе пересчитывают на условную горючую массу угля:

V^daf= V^a´100/(100-W^a- V^a)

V^daf= V^a´100/(100-W^a-V^a-[(СО2)^a_k],

Все вычисления ведут с точностью до 0,01 % и с той же точностью пересчитывают их на условную горючую массу. Окончательные результаты округляют до десятых долей процента (табл. 10).

Твердый нелетучий остаток в тигле, получаемый после определения выхода летучих веществ, переносят путем опрокидывания и легкого встряхивания тигля на фарфоровую или стеклянную пластинку.

В зависимости от внешнего вида и прочности нелетучего остатка его характеризуют по следующей классификации:

порошкообразный;

слипшийся – при легком нажиме пальцем рассыпается в порошок;

Таблица 10

Допускаемые расхождения между результатами двух параллельных
определений выхода летучих веществ

Выход летучих веществ, %	Допускаемые расхождения, %
	в одной лаборатории	в разных лабораториях
Менее 9	0,3	0,5
От 9 до 45	0,5	1,0
45 и более	1,0	1,5

Пример расчета результатов анализа на выход летучих веществ

Вес тигля с крышкой и навеской, г 28,6222

Вес тигля с крышкой без навески, г 27,6210

Навеска, г 1,0012

Вес тигля с крышкой и нелетучим остатком после

нагревания, г 28,4788

Убыль в весе навески, г 0,1434

Содержание влаги W^a, % 4,35

Зольность А^a, % 11,59

Содержание углекислоты карбонатов, % 2,0

Выход летучих веществ составляет 11,4 %.

3. Определение объемного выхода летучих веществ

Сущность метода определения объемного выхода летучих веществ заключается в нагревании пробирки с навеской аналитической пробы антрацита (угля) в трубчатой печи при температуре 900 ± 10⁰ С в течение 15 мин и определении объема выделившихся из навески летучих веществ. Установка для проведения анализа показана на рис. 14.

Рис. 14. Установка для определения объемного выхода летучих веществ: 1 – гальванометр; 2 – термопара; 3 – трубка хлоркальциевая; 4 – отводная трубка; 5 – пробирка кварцевая; 6 – трубчатая печь; 7 – навеска угля; 8, 9, 14, 16 – краны; 10 – манометр; 11 – термометр; 12 – аспиратор; 13 – уравнительный сосуд; 15 – тройник; 17 – мерный цилиндр

Собранную установку проверяют на герметичность. Аспиратор наполняют насыщенным раствором хлористого натрия, слегка подкисленным соляной кислотой и подкрашенным метиловым оранжевым индикатором. Закрывают пробкой открытый конец манометра и открывают все краны, кроме крана на уравнительном сосуде. При этом из аспиратора вытекает раствор хлористого натрия в мерный цилиндр, вследствие чего в системе создается разрежение. Если система герметична, то ток раствора через 1,0 - 1,5 мин прекращается.

Определяют величину поправки на расширение воздуха в пробирке при ее нагревании.

Пробирку (без навески) закрывают пробкой с отводной трубкой, присоединяемой к системе, и опускают на глубину 145 мм в печь, нагретую до температуры 910 - 915⁰ С, где выдерживают в течение 15 мин, поддерживая температуру нагрева 900 ± 10⁰ С. Объем жидкости, вытекшей из аспиратора за это время, принимают за постоянную величину. Этот объем учитывают при вычислении результатов испытания антрацита.

Для определения выхода летучих веществ берут навеску 1 ± 0,1 г аналитической пробы антрацита (угля).

Навеску помещают в кварцевую пробирку диаметром 11 мм, длиной 210 мм, соединяют с установкой через отводную трубку и опускают в нагретую до температуры 910 - 915⁰ С трубчатую печь на глубину 145 мм. Краны, соединяющие пробирку с манометром и аспиратором, должны быть при этом открыты.

Понизившаяся при установке пробирки температура в печи должна подняться до 900 ± 10⁰ С не более чем за 3 мин, в противном случае испытание повторяют. Последняя температура поддерживается в печи за весь период испытания.

Ток раствора хлористого натрия из аспиратора регулируют так, чтобы давление в системе поддерживалось постоянным.

Нагревание пробирки с навеской производят в течение 15 мин, записывая через каждые 3 мин температуру газа в аспираторе. Затем закрывают вначале краны у манометра и мерного цилиндра, а затем кран, соединяющий пробирку с аспиратором, вынимают пробирку из печи. В мерном цилиндре отмечают объем вытекшей в него жидкости.

Объемный выход летучих веществ в навеске аналитической пробы рассчитывают для нормальных условий по формуле

V^а_об=(V1-V2)´293P/(273+t)´760, мл/г

где V1 - объем раствора хлористого натрия, вытекший из аспиратора, мл;

V2 - объем воздуха, выделившийся из пробирки при нагревании, мл;

293 - нормальная температура воздуха (20⁰ С), ⁰К (градусы абсолютной шкалы);

Р - барометрическое давление во время испытания с учетом разрежения в аспираторе
(Р = Р1 - р), где Р1 - барометрическое давление, р - разрежение), мм рт. cт.;

t - средняя температура газа в аспираторе, ⁰ С;

273 + t - то же, ⁰ К;

760 - нормальное атмосферное давление, мм рт. cт.

Объемный выход летучих веществ на 1 г горючей массы пересчитывают по формуле

V^daf_об= V^а_об´100/100-W^a-A^a, мг/г

где W^а - содержание влаги в аналитической пробе, %,

А^а - зольность аналитической пробы, %.

Результаты вычислений округляют до целых чисел.

При анализе антрацитов новых месторождений в них определяют содержание двуокиси углерода карбонатов. Если содержание ее более 2 %, то вводят поправку на объемный выход летучих веществ. Содержание двуокиси углерода карбонатов определяют в навеске 1 г и в нелетучем остатке (для анализа берут весь остаток) после определения объемного выхода летучих веществ. Разница между результатами этих определений представляет собой количество двуокиси углерода карбонатов, перешедшей в газ при анализе на объемный выход летучих веществ.

Объем двуокиси углерода карбонатов, перешедшей в газ, вычисляют по формуле

V^a_CO2=g(22400´293P)/(44(273+t)760), мл

где g - вес двуокиси углерода, перешедшей в газ.

Остальные значения букв - см. предыдущие формулы.

С учетом двуокиси углерода карбонатов объемный выход летучих веществ в навеске антрацита составит

V^a_об=V^a_об1- V^a_CO2, мл/г.

Допускаемые расхождения в результатах параллельных определений выхода летучих веществ V^a_об для одной лаборатории - 6 % по отношению к меньшему результату определения; V^г_об для разных лабораторий - 8 % отн.