5. Гумусовые и сапропелевые горючие ископаемые. Происхождение и особенности структуры и состава.

Все горючие ископаемые – твердые, жидкие, газообразные - образовались из остатков растительного или животного происхождения. Гумитовые ТГИ образовались из наземных, в основном высших растений. Сапропеллитовые ГИ происходят из водорослей, а также животных организмов (планктона), находящихся в застойных водоёмах.

Макро- и микроструктуру изучает наука петрография – описание ТГИ по таким признакам, как цвет кусков или цвет, черты, степень блеска, характер излома и др.

Макроструктура – участки, видимые невооружённым глазом. Микроструктура – видна под микроскопом в проходящем или отражённом свете.

Надмолекулярная структура – структура частиц ГИ, имеющая хим. и физ. связи (кристаллическая – графит, аморфная – битум, кристаллаты – в-ва, приближённые к кристаллам).

Для ГИ: L_с – высота пачки (для угля = 0,1415 нм), L_а – диаметр (2-3 нм), d – межплоскостное расстояние (0,3354 нм).

Менее однородны гуммиты, травы, мхи, древесина. Водные растения и сапропелевые угли однообразны.

Способы изучения молекулярной структуры:

1. расчленение на отдельные участки, более мелкие с меньшей молекулярной массой, а после – изучение этих участков – термодеструкция (первичная 600°C – идёт только разложение, выше 600 – идёт поликонденсация).

2. Физико-химические методы: ИК-спектроскопия – определяет сколько Аr, сколько С в Аr, какие связи С-С и С-Н, сколько их; парамагнитный резонанс опрделяет наличие неспаренных электронов.

Методы разделения углей на отдельные части:

1. Растворители – растворяют низкомолекулярную часть углей

2. Определение кратных связей (йодное число, наличие карбонильных групп)

3. С помощью рефрактометрии M-ρ-n

4. Термодеструкция

Молекулярную структуру в основном составляют:

1. Ув-фрагменты, в т.ч. алканы – С8-С30, циклоалканы – в основном производные С5 и С6, арены – гомологи – бензол, нафталин, дифенил, фенантрен и антрацен.

2. О-содержащие: -ОН, -СООН, -СОН, эфирные (в основном, простые) или фурановые и их производные.

3. N-содержащие: амины, пиролл, пиридин, индол, хинолин.

4. S-содержащие: сульфиды, меркаптаны, производные тиофена.

В основе надмолекулярной структуры углей находятся плоские структурные единицы - ламели, содержащие Аr и алициклические структуры с заместителями. Они расположены друг под другом. В результате получается пачка. Чем более совершенный кристалл, тем более правильное расположение этих плоскостей.

6.Физические свойства углей

К физическим свойствам углей от­носятся:

1) плотность: истинная (1,2-1,6 г/см3)- масса вещества в объеме, при этом из объема вычитается объём пор и трещин. Чем выше плотность, тем больше ароматики и тем больше степень упорядоченности; кажущаяся(1,1-1,3г/см3) – плотность куска угля, в объём входят и трещины и поры; насыпная (0,48-0,75 г/см3)– отношение массы зерен измельченного угля к заполненному объёму).

2) пористость характеризует структуру ГИ в целом и удельную поверхность – чем выше пористость, тем больше удельная поверхность. Свободный объ­ем и строение пор оказывает огром­ное влияние на поведение угля в раз­личных процессах. Для предсказания пористости полукокса часто исполь­зуют истинную плотность. Сначала уголь находится в особой форме, и пористость имеет форму щелей, рас­щелин. По мере подъема температуры до 350 - 400 °С приводит к когерент­ной пористой структуре (стадии пла­стичности). Пластическая масса за­твердевает с образованием полукокса. На этой стадии различают пористость двух типов: существующая внутри кусков полукокса и в виде трещин или внешняя пористость,

(пористость) П% = (d„ - d_K)/d„ • 100%- связанная с молекулярной и над­молекулярной структурой.

3)электропроводность(угли - по­лупроводники, их удельное электрическое сопротивление: Бурых 10⁹-10¹⁰Ом•см, Антрациты 10⁵ – 10⁶Ом•см).Чем более упорядоченный материал, тем большая проводимость и меньше сопротивление.

4) механическая прочность – сопротивление сжатию, изгибу и разрыву. Это отношение усилий напряжения к площади (кг/м2).

5) микротвердрсть – определяется под микроскопом вдавливанием алмазной пирамидки под определенным усилием и определением диаметра отпечатка.

6) теплота сгорания [кДж/кг] - за­висит от элементарного состава, зольности, влажности и др.

7) оптические свойства – (цвет, блеск) – характеризуют степень отражения.

Технологические свойства – показатели качества, по которым судят о пригодности использования ТГИ и какие продукты можно получить:

- процесс, где важен твердый остаток (получение металлургического кокса).

- процесс, направленный на получение жидких продуктов – смол.

- процесс, направленный на получение газов (газификация).

а) пластометрическая усадка – разность между высотой исходного и конечного материала. Зависит от выхода летучих веществ, сколько улетело и сколько осталось.

б) толщина пластического слоя – у антрацита не будет, у молодых углей тоже не будет, только средние угли способны к образованию данного кокса.

в) выход летучих веществ – продуктов деструкции, которые выходят из печи. t° =850°C, 10 мин. К,% = m_кокса/m_угля•100%, V,% = 100%-К,%. Летучих веществ нет в угле, они образуются в результате разложения.

г) спекаемость – дает характеристику пластической массы углей. Сначала происходит процесс разрушения молекулярной структуры и образуется ж-к структура, а после удаления летучих происходит поликонденсация с образованием кокса – твердого остатка. Проверка прочности спекаемости – спекающийся уголь перемешивают инертным веществом и определяют прочность – метод Рога.

Технические показатели: зольность, влажность, выход летучих веществ.