PROPRIETATI TEHNICE (ANALIZA IMEDIATA)

PROPRIETATI TEHNICE (ANALIZA IMEDIATA)

Principalele proprietati tehnice ale carbunilor sunt: umiditatea, cantitatea de cenusa, continutul in materii volatile, randamentul in cocs, carbonul fix, puterea calorifica si continutul in sulf combustibil, toate cu implicatii majore in stabilirea domeniilor de utilizare. Datorita faptului ca aceste proprietati sunt primele care sunt solicitate, analiza lor mai este cunoscuta si sub numele de "analiza imediata" de asemenea, aceasta analiza mai este cunoscuta ca analiza proprietatilor fizico-chimice

1.Umiditatea

Umiditatea se noteaza cu W (lb.engl.: water = apa), reprezinta continutul in apa al carbunilor dependent de conditiile genetice si de zacamant.

Umiditatea de imbibatie sau de zacamant (Wi) este cantitatea de apa pierduta de carbuni prin uscare la aer pana la obtinerea masei constante. Numita si 'imbibatie de mina' ea depinde de conditiile de umiditate din mina si de granulatia carbunilor si se pierde prin evaporare in depozit. Umiditatea de imbibatie are valori mari la carbunii inferiori, unde poate sa depaseasca 50 %, dar scade odata cu cresterea gradului de carbonificare, ajungand la sub 1 % la antraciti.

Umiditatea higroscopica (Wh) reprezinta umiditatea ramasa in carbuni dupa eliminarea Wi si care nu poate fi eliminata decat prin incalzire la 105 ^oC in etuva, pana la obtinerea greutatii constante.

Umiditatea totala (Wt) rezulta din insumarea Wi cu Wh si este redusa la huile (1,3-3,6 %), dar ajunge la peste 40 % la carbunii inferiori.

Higroscopicitatea este proprietatea determinata de natura coloidala a carbunilor, aceasta depinde de granulatie (in stoc) si de textura. Un carbune cu proprietati higroscopice uscat la 105^oC introdus in mediu cu umiditate ridicata isi recapata apa pierduta in 24 de ore.

2. Continutul in cenusa

Parametrul notat cu A (lb.eng.: ash = cenusa) reprezinta reziduul solid ramas dupa calcinarea carbunelui la 815 ± 25^oC pana la masa constanta si constituie una dintre proprietatile cele mai importante ale carbunilor, cele mai multe dintre utilizarile carbunilor fiind conditionate de continuturi reduse in cenusa.

Cenusa poate fi raportata la urmatoarele stari: proba initiala (Aⁱ), proba de analiza (A^an) si de carbunele anhidru (A^anh), adica uscat in etuva la 105^oC pana la obtinerea masei constante. Uzual raportarea se face la starea anhidra.

Cenusa carbunilor rezulta din substanta anorganica cuprinsa in stratele de carbuni, dar compozitia ei chimica nu este identica cu aceasta datorita transformarilor suferite de substanta anorganica in timpul arderii carbunilor.

Substanta minerala (anorganica) din carbuni poate avea urmatoarele origini:

- primara, provenita din materia anorganica incorporata in corpul plantelor ca urmare a metabolismului acestora;

- secundara, rezultata in urma reactiilor chimice dintre acizii humici si metalele grele (Fe, Mn, Cu etc.) aflate in solutie in apa mlastinilor unde s-au format humati;

- tertiara, constituita din materialul fin argilos adus de apa in mlastini si depus fie impreuna cu materialul vegetal, fie in intercalatiile sterile din interiorul stratelor compuse si

-cuaternara, reprezentata prin substantele minerale depuse de apele de percolatie ce au circulat pe fisurile din stratele de carbuni (sulfuri epigenetice, sulfati, carbonati, etc.).

Continutul in substanta minerala poate sa creasca cu timpul intr-un strat de carbune prin imbogatire reziduala ca urmare a pierderii din carbuni a substantelor volatile (V) si a apei (Wt), ceea ce conduce la reducerea volumului si, in consecinta, la concentrarea substantelor minerale.

Prin spalarea carbunilor superiori este posibila inlaturarea substantelor minerale de origine tertiara si cuaternara, cele de origine primara si secundara nefiind levigabile. Carbunii inferiori nu pot fi spalati datorita prezentei acizilor humici cu proprietati pronuntat higroscopice.

Continutul in cenusa si apa al carbunilor mai este numit si "balastul carbunilor" deoarece afecteaza in mod negativ proprietatile carbunilor.

Compozitia chimica a cenusilor se determina prin analiza de silicati numita si analiza de oxizi, determinandu-se: SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃, CaO, MgO, SO₃, P₂O₅, Na₂O si K₂O.

Punctul de topire (fuzibilitate) al cenusii (Pf) este determinat de raportul dintre suma oxizilor acizi si cea a oxizilor bazici conform formulei:

SiO₂+ Al₂O₃+TiO₂

Pf = -------- ----- ------ -------------

Fe₂O₃+ CaO+ MgO+Na₂O+K₂O

In general, punctul de topire al cenusii este cuprins intre 1100-1700 ^oC.

In cenusa carbunilor se pot concentra o serie de metale rare care in anumite conditii pot deveni utilizabile.

3. Materiile volatile (V)

Substantele gazoase care se separa din carbuni prin incalzirea lor la 850 ^oC timp de 7 minute se numesc materii volatile si se noteaza cu V (sau cu MV in lucrari mai vechi). Continutul de volatile este foarte important in chimizarea carbunilor; acesta scade cu gradul de carbonificare si, in general, cu adancimea de ingropare a carbunilor (regula lui Hilt).

In linii generale continutul in materii volatile este de 60 % la turbe, de 20- 50 % la carbunii bruni, intre 10 si 30 % la huile si in jur de 5 % la antraciti. Cele mai mari continuturi in V le au carbunii sapropelici (sapropelitii), ce pot atinge intre 70 - 90 %. In functie de temperatura la care sunt supusi carbunii se degaja urmatoarele gaze:

- 330 ^oC CO₂ + H₂S

- 330 - 500 ^oC formarea gudroanelor primare

- 800 ^oC CH₄, H₂, NH₃

- 1000 ^oC se formeaza gudroane aromatice.

Cocsul

Cocsul reprezinta produsul solid obtinut din orice carbune incalzit la 1000 -1100 ^oC in absenta aerului. Din incalzirea la 500 - 550 ^oC rezulta semicocs.

Cocsul metalurgic se obtine din huile aglutinante sau amestecuri de huile prin incalzire la 1100^oC. Materia prima pentru fabricarea cocsului metalurgic trebuie sa intruneasca urmatoarele conditii:

A = 7-10 %, W = 8 -12, V = 22 -28 % si sulf St = 1-2 %

In procesul de cocsificare, pe langa cocs mai rezulta gudroane aromatice alcatuite din hidrocarburi si fenoli, ape amoniacale si gaze.

Carbonul fix (Cfix)

Reziduul ramas in urma incalzirii carbunelui la 950 ^oC in absenta aerului se numeste carbon fix (Cfix). Continutul in carbon fix reprezinta o caracteristica importanta a carbunilor, cunoasterea acestuia permitand o mai buna utilizare a carbunilor.

6. Puterea calorifica

Puterea caorifica se noteaza cu Q, reprezinta principala proprietate tehnologica a carbunilor utilizabili in procese termice si arata cate calorii elibereaza prin ardere un kilogram de carbune si se exprima in Kcal/kg.

In functie de modul in care este luata in consideratie caldura latenta de vaporizare a apei in determinarea puterii calorifice distingem:

Puterea calorifica superioara Q_s ce reprezinta cantitatea de caldura produsa prin arderea unui kilogram de carbune la care se adauga caldura latenta de vaporizare a apei (apa se considera in faza lichida), valoare situata in jur de 350 Kcal/kg si

Puterea calorifica inferioara Qi la care se exclude caldura latenta de vaporizare a apei, aceasta fiind considerata in faza gazoasa.

Puterea calorifica se determina in laborator, intr-o instalatie numita bomba calorimetrica sau poate fi calculata din formule stabilite pe scara experimentala in cazul cunoasterii continutului in cenusa si al umiditatii. Intrucat puterea calorica depinde in mod direct si de continutul in apa si cenusa al carbunilor, ambele constituind asa numitul balast, pentru determinarea puterii calorice se mai folosesc si nomograme cu trei parametri Q,A si W.

Evident, puterea calorifica este cu atat mai mare, cu cat carbunele are mai putina substanta anorganica (minerala). De asemenea, puterea calorifica creste, in general odata cu cresterea gradului de carbonificare. Astfel, cateva exemple de putere calorifica pentru carbunii din Romania arata o crestere evidenta de la ligniti la huile, dar la antracitii de la Schela se constata valori mai mici ale Q i ^mc si Qs^mc comparativ cu unele huile (v. tabelul ).

Tabelul nr.1 Puterea calorifica (in Kcal/Kg) raportata la masa combustibila a

unor tipuri de carbuni din Romania