ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Превращение полукокса в кокс из "Теоретические основы технологии горючих ископаемых" Одной из характеристик качества углей как потребительского свойства является их спекаемость. Это является непременным условием получения металлургического топлива, которым является кокс, и основой для суждения принадлежности каменных углей к разряду коксующиксн. [c.163] Рассмотренные выше методы, используемые для исследования свойств углей в пластическом состоянии, в принципе дают определенную информацию и о спекаемости углей, так как спекание осуществляется через стадию пластического состояния. Чем лучше характеристики пластического состояния углей (большие выход ЖНП, вспучиваемость, толщина пластического слоя и др.), тем выше их спекаемость. Следовательно, о спекаемости можно судить и по выходу жидкой фазы из пластической массы, и по величине вспучивания, и по толщине пластического слоя. [c.163] Величину Н1 определяют отдельно для каждого твердого остатка, полученного при параллельном испытании двух навесок пробы. Общий показатель определяют, как среднеарифметическое. Метод Рога дает результаты при дифференциации слабоспекающихся углей по спекаемости. [c.163] Подобные данные о свойствах углей получаются при использовании метода ИГИ. Сущность его заключается в том, что измеряется величина пластической деформации при превращении угля в пластическое состояние. Аппарат ИГИ состоит из станины, печи, стаканчика, штемпеля, шкалы (рис. 89). Дпн анализа требуется кварцевый песок и уголь в пропорции 3,5 г песка и 1,8 г угля. Навеску перемешивают и высыпают в трубку. Трубку опускают в стаканчик, вставляют в нее штемпель, соединяют его с рычагом и осторожно опускают на загрузку, после чего подвешивают груз такой величины, чтобы давление на уголь составляла 200 Па. Этот прибор опускают в печь с температурой 500-505°С. Разность между конечным и начальным положениями указателя принята в качестве показателя спекаемости Ср. Он дпя разных марок углей составляет Г 20 ГЖ 20 Ж 25 КЖ 20-25 К 13-20 ОС 13. [c.164] О спекаемости углей можно судить по прочности продукта отверждения пластической массы - углеродистого остатка, образующегося в области температур 480—550°С, называемого полукоксом. Считается, что, чем прочней образовавшийся полукокс, тем выше спекаемость углей. [c.164] В качестве прочностных характеристик для полукокса можно принять лроулосгь его пористого тела (см. 41). [c.164] Современная теория спекания углей берет свое начало из работ выдающегося углехимика Л.М.Сапожникова, который один из первых разработал метод количественного определения способности углей образовывать пластическое состояние с помощью пластометрического аппарата. Значительный вклад внесли в разработку теории спекания углей советские ученые Л.Л.Нестеренко, С.Г.Ароноа, Н.С.Грязнов, В.М.Гофтман, Е.М.Тайц, М.Г.Скляр, Ю.В.Бирюков и др. [c.165] По современным представлениям, при спекании углей протекает комплекс химических реакций и физико-химических процессов как в отдельно взятом угольном зерне, так и по поверхности их соприкосновения. Процесс термической деструкции высокомолекулярных веществ отдельных угольных частичек и взаимодействие непрерывно изменяющихся фаз носят химический характер. В то же время наличие фаз различного агрегатного состояния, ограниченных поверхностью раздела, предопределяет протекание физических и коллоидно-химических процессов. Результатом названных процессов является образование пластической массы. [c.165] Пластическая масса углей является динамической системой, в которой протекают такие противоположные процессы, как образование жидких эеществ, их распад и соединение с образованием твердой фазы, позтому наступает мймент, когда происходят отверждение пластической массы и образование полукокса. Твердая фаза зарождается или на поверхности частичек, или непосредственно в жидкой фазе в результате случайного флуктуационного соединения многих молекул при их тепловом движении. Отверждение пластической угольной массы является результатом протекания реакций синтеза твердого вещества из продуктов деструкции, которые содержат свободные макрорадикалы. [c.165] Механизм спекания рассматривается состоящим из 1) создания исходного пластического контакта и уплотнения полидисперсной среды за счет переноса вещества 2) развития газового давления и пиролиза парогазовых продуктов 3) сополиконденсации продуктов деструкции. Таким образом, спекание представляет собой комплекс одновременно и последовательно протекающих физических и химических процессов. [c.166] Первая стадия заключается в самопроизвольном стремлении к выравниванию равномерности свойств, т.е. созданию изотропности веществ, движущей силой чего является стремление свободной энергии к минимуму. Для хорошо спекающихся углей в результате этого процесса границы между зернами практически исчезают. Для смеси разных углей в силу незначительной скорости диффузии и короткого времени пребывания в пластическом состоянии средний сдвиг молекул жидкой части составляет для жирною угля 1,29-10 и газового 1,44- 10 см. Поэтому спекание осуществляется по поверхности и даже у остатков сильно текучих углей наблюдается граница первоначального контакта. [c.166] При тонком измельчении угольных частичек ухудшается их спекаемость, так как удельный выход жидких веществ пластической массы на единицу поверхности резко снижается, в результате наступает само-отощение, так как жидких веществ будет недостаточно для заполнения межповерхностного пространства спекающихся частичек. При крупном измельчении углей ухудшается однородность структуры тела кокса, поскольку процессы превращения углей в полукокс все в большей мере будут происходить обособленно в каждой угольной частичке. Таким образом, неоднозначное влияние степени измельчения углей на качество кокса и зависимость его характера от свойств углей и состава угольных смесей приводят к тому, что вопрос о рациональном измельчении углей для коксования решается эмпирически. [c.167] Многие ученые рассматривают механизм формирования и спекания пластической массы как мезофазный, т.е. идущий через образование мезофазы. Жидкокристаллические фазы, т.е. системы с промежуточным между кристаллическим и жидким состоянием, в жидких углеводородных системах были обнаружены еще в конце XIX в. Термин жидкие кристаллы ввел О.Леман. В 20-е годы нашего века Дж.Фридель предложил назвать жидкокристаллические системы мезоморфными фазами или мезофазами. В жидких растворах они образуют упорядоченные анизотропные области. Считается, что они имеют надмолекулярную структуру. К жидкокристаллическим фазам применим термин текстура. Молекулярная структура и текстура мезофазы определяют ее физические и технологические свойства. [c.168] Жидкокристаллический порядок возникает и при нагреве некоторых углеводородистых систем, например, из тяжелых остатков нефти или угольной пластической массы. Для их наименования был введен термин термотропные мезофазы. Их структура является промежуточной между трехмерным кристаллическим порядком и неупорядоченностью изотропной жидкой фазы. [c.168] Мерой осевой упорядоченности структурных элементов макромолекул является ее оптическая анизотропия, которую изучают с помощью поляризационного микроскопа. [c.168] Ароматические углеводородные системы образуют жидкие кристаллы неметаллического типа (рис. 90). Они образуются дискообразными молекулами высококонденсированных ароматических соединений плоского строения (рис. 91) или длинными молекулами в виде стержней с ароматическими фрагментами. В нематике возникают области до сотен нанометров с одинаково ориентированными молекулами. Центры тяжести нематической фазы расположены случайно, поэтому в ней не существует дальнего координационного порядка. Оси всех частиц нематики ориентированы в определенном направлении. Методами дифракции рентгеновских лучей может быть исследован ориентационный порядок, характерный длн жидкокристаллических структур. [c.168] Ольферт и Е.М.Тайц показали, что взаимодействие веществ ЖНП при термической деструкции углей средних стадий зрелости приводит к образованию специфического типа молекул, которые и образуют мезофазу. Это связано с повышением вязкости пластической массы. Повышенная вязкость и ограниченная возможность массообмена приводят далее к образованию анизотропного кокса. Его структура определяет тип анизотропии и зависит от размеров жидкокристаллических фаз. Например, в пластической массе витринита газового угля образуется мезофаза в виде сфер, размер которых составляет 100 нм. Они не срастаются. Кокс образуется изотропной структуры. Угли средних стадий зрелости дают кокс с увеличенными анизотропными областями. [c.169] Установлено, что кокс, образующийся из пластической массы, -содержащей мезофазу, характеризуется хорошими физико-химическими и физико-механическими свойствами. В связи с этим в условиях, когда угольные шихты обеднены хорошо спекающимися углями, предложено вводить в их состав органические углеводородные соединения в виде каменноугольных или нефтяных пеков, которые образуют при термической обработке мезофазу и поэтому названы мезогенными. [c.170] Спекание как результат взаимодействия продуктов деструкции органической массы не исчерпывается участием в нем только жидких и твердых веществ. Экспериментально подтверждено, что на процесс спекания влияют и парогазовые продукты деструкции образующиеся в процессе коксования в камерных печах летучие продукты, содержащие в своем составе, кроме газов, пары воды и соединения, конденсирующиеся в виде смолы, распределяются на горячую сторону (в полукокс) и на холодную сторону (в коксуемую угольную массу). Благодаря наличию в парогазовых продуктах реакционно активных соединений, они реагируют с жидкими продуктами деструкции, превращая часть из них в твердое состояние. Этим самым ухудшаются условия формирования свойств пластической массы. [c.170] Вернуться к основной статье