Елементний склад твердих горючих копалин

При елементному аналізі ТГК визначають С, Н, О, N і Sорг., а також іноді фосфор і деякі інші елементи, які беруть участь в побудові складних органічних речовин, а не знаходяться в ТГК у вільному стані.

За вмістом вуглецю судять про енергетичну цінність вугілля. Водень є другим по значущості після вуглецю елементом органічної маси. Він входить до складу різних органічних сполук і в кристалічну воду деяких мінералів неорганічної частини вугілля. Азот і кисень є баластними складовими вугілля, що використовується як для енергетичних цілей, так і для термічної переробки.

У відповідності зі стандартом ISO 625-75 для одночасного визначення вмісту вуглецю і водню використовується метод Лібіха, в якому наважка ТГК спалюється в струмені кисню. Продукти неповного згоряння, що утворюються доокиснюють розжареним оксидом міді до СО2 і Н2О, за масою яких шляхом перерахунку визначають вміст вуглецю і водню.

Прискорений метод визначення масової частки вуглецю і водню здійснюють за ГОСТ 6389-71, в якому як каталізатор використовують оксид міді або хрому. Порошкоподібний каталізатор поміщають в човнику з наважкою, де спалюють вугілля. За масою вловлених продуктів окиснення (СО2 і Н2О) розраховують вміст вуглецю і водню. Розходження, що допускаються між двома паралельними визначеннями не повинні перевищувати 0,3 % при визначенні вуглецю і 0,15 % при визначенні масової частки водню.

Поправку на вміст вуглецю в мінеральних речовинах роблять при аналізі золи вугілля і горючих сланців.

Визначення вмісту азоту проводять методом Кьєльдаля, по якому наважка вугілля, що досліджується, обробляється в колбі з тугоплавкого скла 4-5 годин киплячою концентрованою сірчаною кислотою в присутності каталізатора (оксиду ртуті, йодиду калію, сульфату міді або ін.). Внаслідок цього весь вуглець і водень окиснюються в СО2 і Н2О, а азот переходить в NH3, який знадлишком кислоти утворює сульфат амонію. Останній розкладається потім в іншій колбі концентрованим лугом, а аміак, що утворюється вловлюється кількісно титруванням сірчаною кислотою.

Визначення вмісту азоту можливе за стандартом ISO-333-75, згідно з яким наважка вугілля нагрівається з сірчаною кислотою в присутності каталізатора. Сірчанокислий амоній, що утворюється розкладається лугом, розчин переганяється з водяною парою, а аміак, що виділяється поглинається борною кислотою, надлишок якої відтитровується сірчаною кислотою.

Визначення масової частки кисню за ГОСТ 2408.3-75 основане на відновленні продуктів піролізу вуглецю палива в потоці аргону, окисненні отриманого при цьому оксиду вуглецю до СО2, вловлюванні останнього і визначенні його кількості. Вміст кисню обчислюють по кількості СО2.

Частіше застосовують розрахунковий метод визначення кисню у вугіллі (ГОСТ 2408.3-75). Масова частка кисню визначається по різниці:

, %.

При масовій частці СО2 мінеральних речовин понад 2 %:

, %.

Органічна сірка у вугіллі визначається по різниці розрахунковим методом:

.

Загальний вміст фосфору у вугіллі невеликий: в Донбасі від 0,007 до 0,062 %, в Кузбасі - до 0,12 - 0,17 %. Фосфор додає металу холодноламкість - підвищену крихкість при кімнатній і більш низьких температурах.

ТГК різної природи і ступеня вуглефікації значно відрізняються між собою за елементним складом. У ряду гумітів з підвищенням ступеня вуглефікації найбільш різко змінюється зміст кисню від 30-40 % в торфах до 1 % в антрацитах, тобто в 30-40 разів; в 2-5 рази меншає вміст водню (6,5-1,3 %), а вміст вуглецю збільшується майже в 2 рази - від 53-62 до 98 %. Отже, процес вуглефікації (метаморфізму) гумітів виявляється в таких перетвореннях їх органічної маси, внаслідок яких відбувається переважно видалення кисень- і воденьвмісних фрагментів і відносне підвищення за рахунок цього вуглецьвмісних структурних фрагментів.