Физические свойства

 

Наиболее важные физические свойства углей - плотность угольного вещества и минеральных примесей, пористость, механическая прочность, термическая и термохимическая стойкость, тепловые, электрические свойства и т. д.

Плотность. Для дисперсных и пористых тел, к которым относятся угли, различают действительную, кажущуюся и насыпную плотности.

Действительная плотность представляет собой количественное выражение массы единицы объема углей без пор и трещин.

Кажущаяся плотность представляет собой количественное выражение отношения массы пористого (натурального)тела к единице его объема.

Насыпная плотность углей является количественным выражением отношения их массы к объему, заполненному свободной или неуплотненной насыпкой, т. е. насыпкой в штабеле, вагоне, бункере или в других емкостях. Насыпная плотность зависит от зольности, влажности, гранулометрического состава, формы частиц и их укладки.

Пористость углей различна и зависит от стадии метаморфизма, Она максимальна для углей средней степени метаморфизма.

Механическая прочность углей характеризуется дробимостью, хрупкостью, твердостью, временным сопротивлением сжатию, а также термоустойчивостью (для антрацитов).

Дробимость углей показывает их способность сопротивляться разрушению под действием напряжений, передаваемых углям непосредственно дробящими устройствами (молотками, шарами, зубьями и т. п.). Количественно дробимость выражается удельной работой, затраченной на образование новой поверхности, или отношением размеров кусков углей до и после дробления. Дробимость углей различной стадии метаморфизма резко изменяется. Она увеличивается по мере перехода к углям средней стадии метаморфизма.

Хрупкость углей свойство разрушаться при механичёском воздействии на них без применения специальных дробящих тел и устройств (молотков, шаров и др.). Для определения хрупкости уголь испытывают в закрытых стальных барабанах без дробящих элементов.

Твердость характеризует способность углей противодействовать проникновению в них другого, более твердого тела. Твердость каменных углей по шкале Мооса изменяется от 2 до 5. В СНГ для определения крепости (прочности) углей применяют метод толчения, разработанный М. М. Протодьяконовым.

Угли характеризуются также мокротвердостью, которую определяют по отпечатку алмазной пирамидки, вдавливаемой в уголь под постоянной нагрузкой, выраженной в ньютонах на квадратный миллиметр.

Упругие свойства углей характеризуются временным модулем упругости Юнга, который можно определить статичестким методом (сопротивлением изгибу или сжатию), а также динамическим - наложением механических вибраций.

Оптическое свойства - цвет, блеск, прозрачность, преломление света, отражательная способность тесно связаны с молекулярной структурой органического вещества углей и закономерно изменяются в зависимости от изменения этой структуры под влиянием факторов метаморфизма.

Отражательная способность - одна из наиболее важных оптических характеристик, применяемых для определения компонентов углей. Она измеряется отношением отраженного света к падающему. Различные попетрографическому составу микрокомпоненты углей имеют различную отражательную способность, возрастающую от липтинита к витриниту и инертиниту.

Термическая стойкость - свойство углей не разрушаться при нагревании; уменьшается с увеличением содержания в углях гигроскопической влаги. Последняя при быстром нагревании испаряется, способствуя разрушению углей. Такое же действие оказывают летучие вещества и минеральные примеси с коэффициентом теплового расширения, отличным от коэффициента теплового расширения органической массы углей.

Термохимическая стойкость - способность сопротивляться хими-ческому разложению при нагревании; возрастает с увеличением стадии метаморфизма.

Тепловые свойства. Угли представляют собой неоднородные тела, состоящие из твердых ингредиентов, воздушных прослоек (ячеек), и приближаются по своим тепловым свойствам к теплоизоляторам.

Коэффициент теплопроводности - количество тепла, проходящее в 1ч через 1 м пластины толщиной в 1 м при разности температур 1 °С. Он является в основном функцией температуры и физической геометрии образцов. С ростом температуры коэффициент теплопроводности повышается.

Наименьшими значениями теплопроводности характеризуются угли средней стадии метаморфизма, в первую очередь жирные и коксовые. Значение коэффициента теплопроводности выше у газовых углей, тощих и антрацитов. Теплопроводность органической массы углей значительно ниже теплопроводности минеральных включений, поэтому коэффициент теплопроводности возрастает с увеличением зольности углей.

Теплоемкость углей - количество тепла, которое необходимо сообщить единице массы исходного вещества (или единице объема), чтобы повысить его температуру на 1 °С. В температурном интервале 70 - 250°С зависимость теплоемкости от температуры для большинства углей линейна.

Диэлектрические свойства углей характеризуются диэлектрической проницаемостью, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в углях меньше, чем в вакууме. При взаимодействии электрических зарядов в углях часть энергии необратимо преобразуется в тепло (диэлектрические потери), в результате чего уголь нагревается. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери зависят от многих факторов, в том числе частоты электрического тока, стадии метаморфизма углей, содержания в них углерода, температуры нагрева и т. д.

Установлено, что диэлектрические потери резко увеличиваются при нагреве углей, начиная примерно с температуры б00°С.

Электрическое сопротивление. Угли всех марок по своим свойствам относятся к классу полупроводников. Электрическое сопротивление углей зависит от химического и минерального состава, влажности, температуры, стадии метаморфизма и других факторов. Удельное электрическое сопротивление, определенное в порошке при комнатной температуре и атмосферном давлении, составляет для донецких углей марок Г и Ж1О —2,1010 Ом•см, для антрацитов 5,105-2,106 Ом•см.

 

4.7 Технологические свойства углей

Решение о рациональном использовании угля в народном хозяйстве принимается в соответствии с его технологическими свойствами. На основании изучения технологических свойств определяется стадия метаморфизма угля, производится классификация по маркам, технологическим группам.

При классификации углей по маркам и технологическим группам в качестве показателей приняты выход летучих веществ на сухую беззольную массу, толщина пластического слоя и общая влага. Кроме того, для отнесения некоторых углей к определенной марке используется характеристика нелетучего остатка, объемный выход летучих веществ на беззольную массу, удельная теплота сгорания, индекс Рога, выход первичной смолы.

Для генетической классификации по классам, категориям, типам и подтипам используются оптические свойства (средний показатель отражения витринита и анизотропия отражения нитринита) и петрографический состав (содержание фюзенизированных компонентов) угля, а также выход летучих веществ на сухое беззольное состояние, теплота сгорания на влажное беззольное состояние.

Массовая доля общей влаги на беззольное состояние и выход первичной смолы на беззольное состояние приняты в качестве основных параметров в международной классификации бурых углей.

Выход летучих веществ на сухую беззольную массу V^daf, теплота сгорания, спекаемость (индекс Рога ) и коксуемость (максимальное расширение по дилатометру или тип кокса по Грей-Кингу) приняты в качестве параметров международной классификации каменных углей.

 

4.8 Классификация углей по генетическим и технологическим параметрам

 

С целью определения ресурсов и рационального использования углей в принята единая классификация углей по генетическим и технологическим параметрам (ГОСТ 25543—82).

Ископаемые угли разделяются на виды, классы, категории, типы, подтипы и кодовые номера.

Виды: бурые, каменные и антрациты подразделяют в зависимости от значения среднего показателя отражения витринита, теплоты сгорания на влажное беззольное состояние и выхода летучих веществ на сухое беззольное состояние (табл.4.1).

Таблица 4.1 – Подразделение углей на виды

Вид угля	Rо ,%	Q, МДж/кг	Vdaf, %
Бурый Каменный Антрацит	< 0,5 0,5-2,39 2,4 и более	< 24 24 и более -	- 9 и более < 9

 

Классыподразделяют по среднему показателю отражения витринита (табл. 4.2). Категории подразделяютпо содержанию фюзенизированных компонентов на чистый уголь ∑ОК, % (табл.9.3).

 

Таблица 4.2 – Подразделение углей на категории

 

Категория
∑ОК, %	< 21	21-35	36-50	51-65	> 65

 

Таблица 4.3 – Подразделение углей на классы

 

Вид угля	Класс	Ro.%
Бурый		< 0,3 вкл. От 0,3 до 0,39 вкл. От 0,4 до 0,49 вкл.
Каменный		От 0,5 до 0,64 вкл. От 0,65 до 0,74 вкл. От .,75 до 0,84 вкл. От 0,85 до 0,99 вкл. От 1 до 1,14 вкл. От 1,15 до 1,29 вкл. От 1,3 до 1,49 вкл. От 1,5 до 1,74 вкл. От 1,75 до 1,99 вкл. От 2 до 2,39 вкл.
Антрацит		От 2,4 до 2,99 вкл. От 3 до 3,59 вкл. От 3,6 до 4,49 вкл. От45 и более

 

Типы- по максимальной влагоемкости на беззольное состояние для бурых углей, выходу летучих веществ на сухое беззольное состояние для каменных углей и объемному выходу летучих веществ на сухое беззольное состояние и для антрацита .

Подтипы - по выходу смолы полукоксования на сухое беззольное состояние для бурых углей, толщине пластического слоя у и индексу Рога RI для каменных углей, анизотропии отражения витринита А_я для антрацитов .

Кодовые номера-семизначное кодовым число, в котором: - первые две цифры, составляющие двузначное число, указывают класс и характеризуют среднее значение показателя отражения витринита для данного класса, умноженное на 10;

- третья цифра, составляющая однозначное число, указывает категорию и характеризует среднее значение суммы фюзенизированных компонентов, деленное на 10;

- четвертая и пятая цифры, составляющие двузначное число, указывают тип и характеризуют: для бурых углей — среднее значение максимальной влагоемкости, для каменных углей — среднее значение выхода летучих веществ на сухое беззольное состояние, для антрацитов — среднее значение объемного выхода летучих веществ на сухое беззольное состояние для данного типа;

- шестая и седьмая цифры, составляющие двузначное число, указывают подтип и характеризуют: для бурых углей — среднее значение выхода смолы полукоксования на сухое беззольное состояние, для каменных углей — среднее значение толщины пластического слоя, для антрацитов — среднее значение анизотропии, отражения витринита для данного подтипа.

Бурые, каменные угли и антрациты отдельных кодовых номеров в зависимости от их технологических свойств объединяют в технологические марки, группы и подгруппы. Бурые, каменные угли и антрациты используют в зависимости от технологических свойств.