Способ определения марочного состава каменных углей

(54 )(57) СПОСОБ ГО СОСТАВА КАМЕ щийся в том, чт плоско параллел дывают переменн нагревают образ ростью и непрер пературную зави ности, о т л и что, с целью по ределения, пере переменного эле , разец вакуумиру нимального знач ти, а марочный по температуре ния электропров зун еохимииинской С нии мета- .упругиеДоклады исо зависимения ити, ИзСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт геологии и ггорючих ископаемых АН Укра(56) 1. Топорец С.А. О влиморфизма на электрическиесвойства ископаемых углей,АН СССР, 1961, т. 140 М 2,с. 451-454.2. Андреевская Л.И., ЧаИсследование температурнойти электрического сопротивдиэлектрической проницаемовестия АН СССР, ОТН, 1957,с, 130-133 ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАРОЧНО ННЫХ УГЛЕИ, заключаюо к образцу в. виде ьной пластины приклаое электрическое поле, ец с постоянной ско-:вно определяют темсимость электропровода ю щ и й с я тем вышения точности опд прикладыванием ктрического поля обют и охлаждают до миения электропроводноссостав определяют 1 аксимального значе- ф одности10.;102 Изобретение относится к Физикохимицеским 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 11.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,жительных результатов.Наиболее близким к предлагаемому является способ определения мароцно" го состава углей, заключающийся в том, цто к образцу в виде плоско- параллельных пластин прикладывают переменное электрическое поле, нагре. веют образец с постоянной скоростью и регистрируют по температурной зависимости электропроводности образца. На основании зависимости находят величину максимального значения удельного электрицеского сопротивления образца, и по этой величине судят о степени преобразования органического35 вещества.В основу этого способа положено установленное экспериментальным путем четкое различие по величине максимального значения удельного40 электрического сопротивления разных видов твердого топлива - образцов каменного угля, бурого угля и горючего сланца 2 Однако из-за низкой чувствительности и большой флуктации укаэанногофизического параметра, вызваннойсущественным влиянием на него рядавнешних факторов, не связанных сФизико-химическими особенностями 50и структурой органического вещества,уверенная диагностика мароцного состава каменных углей по величине максимального значения удельного электрического сопротивления практически 55невозьджна.Цель изобретения - повышение точности определения марки угля,2Поставленная цель достигается/тем, что, согласно способу определения марочного состава каменныхуглей, заключающемуся в том, чтообразцу в виде плоскопараллельнойпластины прикладывают переменноеэлектрическое поле, нагревают образецс постоянной скоростью и регистрируют температурную зависимость егоэлектропроводности по максимумукоторой находят Физический параметр,позволяющий судить о степени преобразования органического вещества,перед прикладыванием поля пробу исследуемого угля предварительно вакуумируют и охлаждают до минимумаэлектропроводности, а для установления марки каменного угля используюттемпературу максимального значенияэлектропроводности,Вакуумирование прежде всего десорбирует летучие компоненты, физическисвязанные с твердой Фазой угля, и,исключив тем самым их влияние наэлектрические процессы, протекающиев объеме образца повышает чувствительность измеряемых электрическихпараметров угольного вещества кособенностям его молекулярной структуры, закономерно изменяющейся впроцессе природной углефикации( метаморфизма) при переходе от одноймарки каменного угля к другой. Кроме того, вакуумирование нагреваемогообразца угля способствует быстромуотводу из его объема газов, выделяющихся под воздействием на неготемпературы, и тем самым не допускает взаимодействия последних со свободными связями, образовавшимися притермодеструктивных процессах угольного вещества, что в свою оцередь 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 угольного30 3 10151образца, осуществляемое только придостижении энергии, сравнимой с энергией выхода из ловушки, будет проис",ходить при температурах тем больших,чем выше стадия метамо 15 физма 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 Опень метаморфизма или марочный состав каменных углей.Пример определения марочногосостава каменных углей, Образецугля, представляющий собой плоскопараллельную пластинку толщиной-ъ1-1, 5 10 м, помещают в герметицную камеру, вакуумируют примернодо 1,3 10 Па, охлаждают жидкимазотом до температуры порядка 170 К 20Фпри которой подвижность электрицеских зарядов практически отсутствует,а затем к образцу прикладываютпеременное электрическое поле с частотой 20-30 Гц и напряженностью 25до 100 8/см, После этого, выдержавобразец некоторое время под напряжением при низкой температуре, нагревают его с постоянной скоростью,равной 2-3 град/мин, регистрируютизменение электрического тока, судято марке исследуемого угля.На чертеже приведена серия кривыхтемпературной зависимости электропроводности.ля наблюдения приведенных кривыхиспользуется специальная лабораторная установка, основными элементами,которой является криостат, снабженныйвысокаамными электравводами и соединенный с вакуумной системой, и измерительная аппаратура. Нагреваниеобразца с постоянной скоростьюосуществляется при помощи микроэлектропечки, В качестве регистрирующегоприбора используется двухкоординатный самопишущий потенциометр,Изменение электрапроводнасти вакуумированнага угля при повышении еготемпературы с физической точкизрения можно объяснить следующимобразом.По мере увеличения температурыэлектропроводность угля возрастаеткак.за счет увеличения подвижностиионов, так и за счет возрастания 55количества свободных радикалов, образующихся вследствие отрыва периферийных групп молекулы при нагревании образца, При достижении определенной температуры, величина которой зависит от степени метамарфизма угля, электропроводность обоазца 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 структурно- молекулярных превращениях угольного .вещества, а затем к увеличению его электрапроводнасти, Это вторичное возрастание тока, начинающее примерно с 150-ч 70 К, вызвано, во-первых усилением термической деструкции, приводящей к более интенсивному росту числа свободных радикалов, а вовторых, возникновением в углеТ( -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 физикохимицеские 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 уг. ле необратимые термические превращения, непосредственна связанные с температурой углеаобразования, и тем выше, следовательно, температура максимума тока. Как видна из чертежа, на всех кривых температурной зависимости электроправадности атмецается 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 температуры10 Й 5102 Составитель И. Кривенко Техред М. Гергель Корректор 8. Гирняк Редактор А, 8 пасенко Заказ 7511,6 Тираж 873 ПодписноеВИ"11 ПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1.:,035, Москва, Ж, Раушская наб., д, М/5 филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,368 К, для угля марки Г она смещается к температуре 388 К, для углямарки Ж ей отвечает температура103 К, а для еще более метаморфизованных каменных углей (марки К, ОС,Т ) температура максимума тока соответственно составляет порядка 423,138 и 163 К. Таким образом, по температурной зависимости электропроводности. угольных проб, а точнее по величине температуры максимума 5 этой зависимости можно довольноточно установить марку каменного угля различной степени метаморфизма,