Уголь марки К 12

\Министерство образования и науки республики Казахстан

Карагандинский государственный  университет им. Е.А.Букетова

Химический факультет

 

 

 

 

Кафедра: Химической технологии и экологии

 

 

 

 

 

 

 

ОТЧЕТ

 

По дисциплине «Химия твердого топлива» о проделанных лабораторных работах по углю марки К 12

 

 

 

 

Выполнили: студенты группы ХТОВ-42

    Кукушкин Н.А.,

    Еремин Д.В.

Проверила: к.х.н., доцент Халикова З.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Караганда-2013 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

 

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 5

1.1. Характеристика каменного угля 5

1.2. Карагандинский угольный бассейн 5

1.3. Характеристики углей  и пластов карагандинского бассейна…………...7

1.4 Место добычи угля  К12……………………………………………………..9

 

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 11

2.1. Определение влаги углей 11

2.2. Определение зольности углей 12

2.3. Определение выхода летучих веществ 13

2.4. Определение удельного веса углей 14

2.5. Определение насыпного веса углей…………………………….…………15

2.6. Выводы 17

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 20

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Уголь стал неотъемлемой частью человечества как источник энергии. Мы топим им печки, используем в промышленности. Так что же такое уголь и  как он образовался?  Уголь – это остатки растений, погибших многие миллионы лет назад, гниение которых было прервано в результате прекращения доступа воздуха. Поэтому они не смогли отдать в атмосферу отобранный у нее углерод. Доступ воздуха прекращался особенно резко там, где болота и заболоченные леса опускались в результате тектонических подвижек и изменения климатических условий и покрывались сверху другими веществами. При этом растительные останки превращались под воздействием бактерий и грибов ( углефицировались) в торф и дальше в бурый уголь, каменный уголь, антрацит и графит. По составу основного компонента – органического вещества угли подразделяются на три генетические группы: гумолиты, сапропелиты, сапрогумолиты. Преобладают гумолиты, исходным материалом которых явились остатки высших наземных растений. Отложение их произошло преимущественно в болотах, занимавших низменное побережье морей, заливов, лагун, пресноводных бассейнов. Накапливающийся растительный материал в результате биохимического разложения перерабатывался в торф, при этом значительное влияние оказывали обводнённость и химический состав водной среды. Содержание углерода в каменном угле колеблется от 75 до 90 процентов. Точный состав обуславливается месторасположением и условиями преобразования угля. Минеральные примеси находятся либо в тонкодисперсном состоянии в органической массе, либо в виде тончайших прослоек и линз, а также кристаллов и конреций. Источником минеральных примесей в ископаемых углях могут быть неорганические части растений – углеобразователей, минеральные новообразования, выпадающие из растворов вод, циркулирующих в торфяниках и т.д. Состав минеральных примесей – кварц, глинистые минералы, полевые шпаты, пирит, марказит, карбонаты и другие соединения, содержащие Большая часть минеральный примесей при сжигании превращается в золу.

В результате длительного  воздействия повышенных температур и давления бурые угли преобразуются  в каменные угли, а последние –  в антрациты. Необратимый процесс  постепенного изменения химического  состава, физических и технологических  свойств органического вещества на стадии превращения от бурых углей  до антрацитов носит название метаморфизма углей. Структурно-молекулярная перестройка  органического вещества при метаморфизме сопровождается последовательным повышением в угле относительного содержания углерода, снижением содержания кислорода, выхода летучих веществ; изменяются содержание водорода, теплота сгорания, твердость, плотность, хрупкость, оптические, электрические  свойства и др. физические свойства. Каменные угли на средних стадиях  метаморфизма приобретают спекающие  свойства – способность гелифицированных и липоидных компонентов органического  вещества переходить при нагревании в определенных условиях в пластическое состояние и образовывать пористый монолит – кокс. В зонах аэрации и активного действия подземных вод вблизи поверхности Земли угли подвергаются окислению. По своему воздействию на химический состав и физические свойства окисление имеет обратную направленность по сравнению с метаморфизмом:  уголь утрачивает  прочностные свойства и спекаемость; в нем возрастает относительное содержание кислорода, снижается количество углерода, увеличивается влажность и зольность, резко снижается теплота сгорания. Глубина окисления ископаемых углей в зависимости от современного и древнего рельефа, положения зеркала грунтовых вод, характера климатических условий, вещественного состава и метаморфизма колеблется от 0 до 100 метров по вертикали.

Угольные запасы рассредоточены по всему миру. Большинство промышленных стран ими не обделено. Землю опоясывают две богатые угольные зоны. Одна простирается через страны бывшего  СССР, через Китай, Северную Америку  до Центральной Европы. Другая, более  узкая и менее богатая, идет от Южной Бразилии через Южную Африку в Восточную Австралию. Наиболее значительные залежи каменного угля находятся в странах бывшего  СССР, США и  Китае. Каменный уголь  доминирует на западе Европы. Главные  каменноугольные бассейны в Евразии: Южный Уэльс, Валансьен-Льеж, Саарско-Лотаргинский, Рурский, Астурийский, Кизеловский, Донецкий, Таймырский, Тунгусский, Южно-Якутский, Фуньшуньский; в Африке: Джерада, Абадла, Энугу, Уанки, Витбанк; в Австралии: Большая Синклиналь, Новый Южный  Уэльс; в Северной Америке: Грин-Ривер, Юннта, Сан-Хуан-Ривер, Западный, Иллинойский, Аппалачский, Сабинас, Техасский, Пенсильванский; в Южной Америке: Караре, Хунин, Санта-Катарина, Консепсьон. На Украине следует отметить Львовско-Волынский бассейн и  богатый месторождениями Донбасс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

 

1. Характеристики каменного угля

Рассматривая характеристики каменного угля, можно выделить несколько  основных. Прежде всего стоит сказать  о том, каким составом обладает эта  горючая осадочная порода. Так, в  нее входят следующие элементы: углерод, водород, кислород, азот и другие компоненты, которые можно считать второстепенными. В первую очередь обращает на себя внимание такая характеристика каменного  угля, как цвет. Это ископаемое может  иметь различную окраску –  от черной до светло-коричневой до, а  также обладать определенным блеском. Внешние характеристики каменного  угля также включает в себя слоистость (полосчатость), которая объясняет  его раскалывание на отдельные блоки.

Вес каменного угля имеет  свои особенности и бывает удельным или насыпным. В первом случае под  данной характеристикой подразумевается  отношение веса твердых частиц ископаемого  к объему этих частиц. Удельный вес  угля варьируется в пределах 1,2-1,5 г/см³. Если же мы рассматриваем насыпной вес каменного угля, то ведем речь о весе единицы его объема в насыпном виде. Этот показатель определяется конкретной маркой угля, его зольностью, влажностью и гранулометрическим составом.

Удельная теплота сгорания каменного угля (если делать расчет для его сухого беззольного состояния), составляет от 30,5 до 36,8 МДж/кг. Данная характеристика, которая по-другому также называется калорийностью, обозначает количество теплоты, которое выделяется при  полном сгорании данной породы. Теплота  сгорания каменного угля является одним  из важнейших его свойств. Доказательством  этого утверждения служит тот  факт, что данное ископаемое часто  используется в качестве топлива. Теплота  сгорания каменного угля также является одним из оснований для его  классификации. К другим основаниям можно отнести следующие характеристики этой породы: степень метаморфизма, содержание горючего компонента, количество золообразующих веществ, содержание влаги, серы и т.д.

На плотность каменного  угля влияет петрографический состав, количественное содержание и характер минеральных примесей, а также  степень метаморфизма. Наибольшее значение рассматриваемая характеристика принимает  у компонентов группы фюзинита (1300-1500 кг/м³), наименьшее (1280-1300 кг/м³) – группы витринита. Плотность каменного угля также находится в зависимости от того, насколько он изменялся и уплотнялся в процессе своего образования.

 

1.2. Карагандинский угольный бассейн

Находится в  Карагандинской области Казахской  ССР. Площадь бассейна 3600 км² при длине (с З на В.) 120 км и ширине 30—50 км. Карагандинский угольный бассейн расположен в пределах Казахского мелкосопочника. Наличие угля в Карагандинском бассейне было установлено в середине 19 в.; тогда же началась кустарная добыча углей для нужд близлежащего Спасского медеплавильного завода. В 1930—31 были заложены первые эксплуатационно-разведочные шахты. Геологоразведочные работы в бассейне получили широкое развитие в годы Великой Отечественной войны 1941—45 и в послевоенный период. К 1954 была произведена полная геолого-промышленная оценка бассейна.

 

Свиты	Мощность, м	Число рабочих пластов	Суммарная мощность угольных пластов, м
Шаханская	400	—	—
Тентекская	600	10	13
Долинская	700	13	21
Надкарагандинская	600	12	1
Карагандинская	750	17	37
Ашлярикская	500	12	16
Аккудукская	800	—	—

 

В основании  мощной (до 4500 м) угленосной толщи каменноугольного возраста залегают теректинские слои нижнего визе, представленные зелёными и голубовато-серыми глинистыми сланцами, туффитами, известняками. Угленосная толща  сложена чередующимися слоями песчаников, алевролитов, аргиллитов, углей, реже конгломератов, известняков и туфов и подразделена на свиты. На денудированной поверхности угленосной толщи карбона с резким несогласием залегают нижне- и среднеюрские угленосные отложения общей мощностью до 600 м, представленные конгломератами, песчаниками, аргиллитами и углями. Они перекрываются верхнеюрской пестроцветной конгломерато-песчанико-алевролитовой свитой. Палеогеновые и неогеновые отложения представлены красными и зелёными глинами и песками. Четвертичные отложения состоят из суглинков, песков и галечников.

Карагандинский  угольный бассейн относится к  бассейнам геосинклинального типа и представляет асимметричный синклинорий, вытянутый в широтном направлении; северное крыло пологое (10—30°), южное  — крутое (до опрокинутого). Много  разрывов, продольных и поперечных к общему направлению складок. Формирование геологической структуры бассейна связано в основном с герцинской складчатостью. Важную роль в создании современной структуры сыграли  киммерийские движения, выразившиеся в крупных широтных надвигах (взбросах) палеозойских пород на юрские отложения  вдоль южной окраины бассейна. Основная угленосность бассейна связана с осадками каменноугольной системы.

Мощность  рабочих пластов колеблется в  пределах 0,7—2,5 м, единичные пласты достигают 7—8 м. Строение их очень сложное. Угли гумусовые, каменные. Примерно 1/3 коксующихся углей легкообогатима. Остальные вследствие повышенной зольности  и труднообогатимости относятся  к энергетическим. Высокой зольностью отличаются угли ашлярикской и тентекской свит (20—45%), меньшей — карагандинской (8—25%) и долинской (4—15%). Угли малосернистые (содержание серы редко превышает 1%). Содержание фосфора 0,01—0,1%. Рабочая  влажность 3—6%; теплота сгорания горючей  массы 29,3—35,6 Мдж/кг (7000—8500 ккал/кг), рабочего топлива 20,9—25,1 Мдж/кг (5000—6000 ккал/кг). По степени метаморфизма (с учётом выхода летучих веществ и спекаемости) угли бассейна относятся к маркам Г, Ж, КЖ, К, К2, ОС.

Каменные угли интенсивно разрабатываются шахтами. Общие  геологические запасы углей до глубины 1800 м оцениваются в 51,3 млрд. т. Основные центры добычи — города Караганда, Сарань, Абай, Шахтинск.

Потребителями коксующихся  углей являются металлургические заводы Казахстана и России, энергетических — железнодорожный транспорт, электростанции и промышленные предприятия 

 

1.3. Характеристики углей и пластов карагандинского бассейна

 

Все угли продуктивных свит карбона относятся к каменным гумусовым с хорошо выраженной полосчатостью  блестящих и матовых разностей.

В пластах ашклярикской и  тентекской свит преобладают угли полуматовые  и матовые, в пластах долинской  свиты – блестящие и полублестящие. Угольные пласты карагандинской свиты  характеризуются значительной качественной пестротой. Уголь нижних пластов  близок по качеству к углю пластов  ашлярикской свиты. Пласты средней  и верхней частей разреза по петрографическому  составу близки к углям долинской  свиты, но более загрязнены минеральными примесями.

Зольность углей по свитам. Ашлярикская – 30-45%, карагандинская -12-40%. Содержание золы в наиболее мощных пластах карагандинской свиты (К7, К10, К12) выдерживается в пределах 18-27%. Зольность углей долинской свиты  – 15-30%, тентекской – 30-45%, за исключением  пластов Т1, Т3, отличающихся пониженной зольностью.

Влажность. Аналитическая  влага каменных углей бассейна вне  зоны окисления не превышает 1, а  рабочая – 5-7%.

Выход летучих веществ. Ашлярская  свита – 18-25%. Карагандинская свита  – 22-31%. Долинская свита – 24-33%. Тентекская свита – 32-35.

Содержание серы. В углях  ашлярикской и карагандинской свит обычно не превышает 1% и только в  отдельных пластах повышается до 1,5-2%. В углях долинской и тентекской свит содержание серы обычно составляет 0,8-1,6%, повышаясь в отдельных пластах до 2,4-3,2%.