В данном разделе описаны параметры, характеризующие качество углей. Угли разных видов значительно отличаются друг от друга по характеристикам. Более того, угли одинаковой марки часто имеют разные показатели качества.
Характеристики зависят от условий в которых формировался уголь, они необходимы для выбора вида и марки угля соответствующего условиям применения.
Определение содержания серы (S)
В целом более распространена в углях сера. Ее содержание составляет от долей процента до 10-12мас.%. Различают сульфатную (SSO4), пиритную (Sp) и органическую серу (So), суммарное содержание их называется общей серой (St):
St = SSO4 + Sp + So
которое выражается в мас.% от взятой на анализ навески угля.
Общее содержание серы определяется методом Эшка, при котором вся сера переводится в сульфатную при прокаливании навески угля с оксидом магния и карбонатом натрия. Образующиеся сульфаты магния и натрия переосаждают из водного раствора хлоридом бария. Осадок BaSO4 фильтруют, промывают, сушат и взвешивают.
Сульфатную серу определяют обычно путем растворения сульфатов дистиллированной водой при обработке ею навески угля, затем переосаждают сульфаты хлоридом бария и определяют массу полученного BaSO4.
Содержание пиритной серы устанавливают путем окисления S22- до SO42- разбавленной азотной кислотой и далее определяют общее содержание SO42- переосаждением BaCl2. Из полученного результата вычитают сульфатную серу и разность принимают за содержание пиритной серы.
Содержание серы, устанавливаемое по данным элементного анализа, является важной характеристикой, которая определяет особые требования к переработке и использованию сырья, отличающегося ее высокой концентрацией. Выделяющиеся летучие серосодержащие продукты, такие как Н2S и SO2, крайне опасны при попадании в окружающую среду, а при проектировании производств следует учитывать их высокую коррозионную активность.
Определение зольности
В ископаемых углях содержится значительное количество (2-50 мас.%) минеральных веществ, образующих после сжигания золу. Зольный остаток образуется после прокаливания угля в открытом тигле в муфельной печи при температуре 850±25 °С. Зола на 95—97 % состоит из оксидов Al, Fe, Ca, Mg, Na, Si, K. Остальное - соединения P, Mn, Ba, Ti, Sb и редких и рассеянных элементов.
По происхождению минеральные примеси делятся на три группы:
Ясно, что минеральные вещества, не связанные химически с органической частью и находящиеся в виде прослоек, легко отделяются от нее при обогащении. Также очевидно, что зольность угля даже одного месторождения может колебаться в широких пределах вследствие неодинаковых условий внесения неорганических компонентов при формировании угольного пласта. Заметим, что зольность, строго говоря, не отвечает массовой доле неорганической части угля, т.к. при прокаливании компоненты последней соединяются с кислородом или разлагаются и остаются в виде оксидов, например:
MnCO3 > MnO + CO2 (М — ион металла)
4FeS2 + 11O2 > 2Fe2O3 + 8SO2
XnH2O > X + nH2O (X — дегидратированная молекула кристаллогидрата)
4FeO + O2 > 2Fe2O
Зольность обозначатся буквой Аd (Asche) и выражается в мас.%. Суммарное содержание влаги и золы называют балластом. Содержание собственно минеральных веществ обозначается буквой М. Оно определяется с помощью физических и физико-химических методов (например, микроскопический, рентгеноскопический, радиоизотопный). При известном содержании минеральной части органическая масса угля (Gо.м., мас.% воздушно-сухой пробы) будет представлена как
Gо.м. = 100–(Wh + Ma),
где Ма - массовая доля минеральной части воздушно-сухой пробы, определяемой физико-химическими методами анализа.
Определение выхода летучих веществ
Летучие вещества - паро- и газообразные продукты, выделяющиеся при разложении органического вещества твердого горючего ископаемого при нагревании в стандартных условиях. Выход летучих веществ обозначается символом V (volativ), выход на аналитическую пробу Va, на сухое вещество Vd, сухое и беззольное Vdaf. Эта характеристика важна для оценки термической устойчивости структур, составляющих органическую массу угля. Анализ проводят в закрытом тигле при температуре муфельной печи 850 °С, причем образуются летучие вещества и твердый остаток NV (нелетучий остаток). Выход летучих веществ Vdaf падает в ряду гумусовых углей с ростом степени углефикации, а у сапропелитов эта связь не столь однозначна, иногда Vdaf у них даже возрастает. Выход летучих веществ при прокаливании послужил основой для одной из классификаций углей по маркам.
Выход летучих веществ связан со степенью углефикации, но смешивать это понятие с маркой нельзя. Марка угля основана на его технологических свойствах, а степень углефикации связана с геологическими и физико-химическими условиями формирования данного угля.