Способ определения марочного состава каменных углей

Способ определения марочного состава каменных углей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАРОЧНОГО СОСТАВА КАМЕННЫХ УГЛЕЙ, заключающийся в том, что к образцу в. виде плоско параллельной пластины прикладывают переменное электрическое поле, нагревают образец с постоянной ско-: ростью и непрерывно определяют температурную зависимость электропроводности , отличающий ся тем, что, с целью повышения точности определения , перед прикладыванием переменного электрического поля об-разец вакуумируют и охлаждают до минимального значения -электропроводности , а марочный состав определяют по температуре максимального значения электропроводности. ffffS pi, t

СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) зьи (01((2 /02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(ТИЙ (21) 3436517/18-25 (22) 10.05.82 (46) 30.09.83. Бюл. N 36 (72) А.Ф. Сергатюк и С.А. Лизун (71) Институт геологии и геохимии горючих ископаемых АН Украинской ССР (53) 543.257 (088.8 ) (56) 1. Топорец С.А. О влиянии метаморфизма на электрические и .упругие свойства ископаемых углей. Доклады

АН СССР, 1961, т. 140 М 2, с. 451-454.

2. Андреевская Л.И., Чалисов Ю.И.

Исследование температурной зависимости электрического сопротивления и диэлектрической проницаемости. Известия АН СССР, ОТН, 1957, 11 8, с. 130-133. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАРОЧНО

ГО СОСТАВА КАМЕННЫХ УГЛЕЙ, заключающийся в том, что к образцу в. виде плоскс параллельной пластины прикладывают переменное электрическое поле, нагревают образец с постоянной ско-: ростью и непрерывно определяют температурную зависимост ь электропроводности, о тли ч ающий ся тем, что, с целью повышения точности определения, перед прикладыванием переменного электрического поля образец вакуумируют и охла>ндают до минимального значения электропроводности, а марочный состав определяют по температуре максимального значения электропроводности.

10 .. -; 302

Изобретение относится к физикохимическим исследованиям, конкретнее к исследованию состава горных пород, и может найти широкое применение., например, на шахтах и в лабораторных углеразведочных организациях для промышленной классификации ископаемых углей по маркам.

Известен способ определения марочного состава углей по величине их 10 удельного сопротивления постоянному электрическому току. Способ основан на зависимости между марочным соста" вом углей и их электропроводностью 51l.

Однако вследствие слабой дифференции по электропроводности каменных углей различного марочного состава разделение последних по маркам с помощью данного параметра в большинстве случаев не дает удовлетво,зительных результатов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения марочного состава углей, заключающийся в том, что к образцу в виде плоског:,.-.раллельных пластин прикладывают. .. - ременное электричес <ое поле, нагреBdloT образец с постоянной скоростью и регистрируют по температурной зависимости электропроводности образца.

На основании зависимости находят величину максимального значения удельного электрического сопротивления образца, и по этой величине судят о степени преобразования органического

35 вещества.

В основу этого способа положено установленное экспериментальным путем четкое различие по величине максимального значения удельного

40 электрического сопротивления разных видов твердого топлива - образцов каменного угля, бурого угля и горючего сланца P2) Однако из-за низкой чувствитель- 45

- ости и большой флуктации укаэанного физического параметра, вызванной существенным влиянием на него ряда внешних факторов, не связанных с физико-химическими особенностями 50 и структурой органического вещества, уверенная диагностика марочного состава каменных углей по величине максимального значения удельного электрического сопротивления практически 55 не возможна.

Цель изобретения — повышение точности определения марки угля .

Поставленная цель достигается

/A тем, что, согласно способу определения марочного состава каменных углей, э а ключа ющему ся в том, ч то образцу в виде плоскопараллельной пластины прикладывают переменное электрическое поле, нагревают образец с постоянной скоростью и регистрируют температурную зависимость его электропроводности, по максимуму которой находят физический параметр, позволяющий судить о степени преобразования органического вещества, перед прикладыванием поля пробу исследуемого угля предварительно вакуумируют и охлаждают до минимума электропроводности, а для установления марки каменного угля используют температуру максимального значения электропроводности.

Вакуумирование прежде всего десорбирует летучие компоненты, физически связанные с твердой фазой угля, и, исключив тем самым их влияние на электрические процессы, протекающие в объеме образца, повышает чувствительность измеряемых электрических параметров угольного вещества к особенностям его молекулярной структуры, закономерно изменяющейся в процессе природной углефикации(метаморфизма) при переходе от одной марки каменного угля к другой. Кроме того, вакуумирование нагреваемого образца угля способствует быстрому отводу из его объема газов, выделяющихся под воздействием на него температуры, и тем самым не допускает взаимодействия последних со свободными связями, образовавшимися при термодеструктивных процессах угольного вещества, что в свою очередь обеспечивает получение более достоверной термической зависимости электропроводности угля при его нагревании.

Переход в область низких темпера" тур позволяет стабилизировать распределение сформировавшихся в угольной массе свободных носителей зарядов и приводит к заполнению ими энергетических ловушек, максимальная глубина которых возрастает с повышением температуры образования угля, т.е. с увеличением степени углефикации органического вещества. Поэтому высвобождение всех этих зарядов при нагревании вакуумированного угольного

3 104 1 образца, осуществляемое только при достижении энергии, сравнимой с энер гией выхода из ловушки, будет проис" ,ходить при температурах тем больших, чем выше стадия метамо15физма угля.

А так как моменту выхода всех носителей зарядов иэ ловушек соответствует максимум тока, то .величина температуры этого максимального значе, ния тока должна характеризовать сте- >р пень метаиорфизма или марочный состав каменных углей.

Пример определения марочного состава каменных углей. Образец угля, представляющий собой плоскопараллельную пластинку толщиной

-ъ

1-1, 5 10 м, помещают в герметичную камеру, вакуумируют примерно

-1 до 1,3 10 Па, охлаждают жидким азотом до температуры порядка 170 К 2р

r при которой подвижность электрических зарядов практически отсутствует, а затем к образцу прикладывают переменное электрическое поле с частотой 20-30 Гц и напряженностью до 100 В/см. После этого, выдержав образец некоторое время под напряжением при низкой температуре, нагревают его с постоянной скоростью, равной 2-3 град/мин, регистрируют изменение электрического тока, судят о марке исследуемого угля.

На чертеже приведена серия кривых температурной зависимости электропроводности.

Для наблюдения приведенных кривых используется специальная лабораторная установка, основными элементами, которой является криостат, снабженный высокаамными электравводами и соединенный с вакуумной системой, и измерительная аппаратура. Нагревание образца с постоянной скоростью осуществляется при помощи микроэлектропечки. В качестве регистрирующего прибора используется двухкоординатный самопишущий потенциометр.

Изменение электрапроводнасти вакуумированнага угля при повышении его температуры с физической точки зрения можно объяснить следующим образом.

По мере увеличения температуры электропроводность угля возрастает как.за счет увеличения подвижности ионов, так и за счет возрастания 55 количества свободных радикалов, образующихся вследствие отрыва периферий ных групп молекулы при нагревании образца. При достижении определенной температуры, величина которой зависит от степени метамарфизма угля, электропроводность образца достигает своего максимальнога значения, что связано с высвобождением носителей зарядов, предварительно локализован ных на ловушках, а также с возбуждением в веществе процесса термической деструкции. Дальнейший рост темпе-. ратуры каменного угля приводит сначала к некоторому понижению его электрапровсднасти, вызванному поглощением носителей тока при структурномолекулярных превращениях угольного .вещества, а затем к увеличению его электрапроводнасти. Это вторичное .возрастание тока, начинающее примерно с 450-470 К, вызвано, во-первых усилением термической деструкции, приводящей к более интенсивному росту числа свободных радикалов, а вовторых, возникновением в угле Т) -электронов, обуславливающих постепенный переход ионной проводимости в электронную.

Температура, при которой наступает максимум така, совпадает с максимальной температурой, до которой нагревается уголь в процессе своего формирования, т.е. с температурой, обуслсвлившей определенные особенности молекулярной структуры и физикохимические свойства угольного вещества. Поэтому каменным углям разных марок, характеризующимся разными температурными условиями образования, будут соответствовать разные температуры максимальнога значения их электраправадности. При этом чем выше марка каменного угля, тем при большей температуре начинаются в угле необратимые термические превращения, непосредственна связанные с температурой углеаобразования, и тем выше, следовательно, температура максимума тока.

Как видно из чертежа, на всех кривых температурной зависимости электроправадности отмечается точка максимума тока или точка перегиба кривой, характерной особенностью которой является смещение ее в области возрастающих температур при переходе к более метаморфизованным углям. Так, для исследованного образца угля марки Д эта критическая точка находится в пределах температуры

104 102

Составитель И. Кривенко

Техред М. Гергель Корректор 8 . Гирня к

Реда!(Го о 6., 8ла сен ко

Заказ 7g41,)44 Тираж 873 Подписное

ВИ"::l1fltt Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1=;035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

% филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

368 К, для угля марки Г она смещается к температуре 388 К, для угля марки Ж ей отвечает температура

103 t(, а для еще более метаморфизованных каменных углей (марки К, ОС, Т ) температура максимума тока соответственно составляет порядка 423, 438 и 463 К.

Таким образом, по температурной зависимости электропроводности. угольных проб, а точнее по величине температуры максимума этой зависимости можно довольно точно установить марку каменного угля различной степени метаморфизма.