Реферат: Густина твердих горючих копалин

Оскільки теплопровідність мінеральних компонентів вугілля значно вище за теплопровідність органічної маси, можна передбачити, що коефіцієнт теплопровідності вугілля повинен збільшуватися із зростанням його зольності. Встановлено, що теплопровідність вугілля вздовж нашарування на 3-7 % вище, ніж перпендикулярно нашаруванню.

Теплоємність матеріалу визначається кількістю тепла, необхідного для підняття температури 1 г даного тіла з t₁ до t₂ і характеризується питомою теплоємністю тіла:

,

де - середня питома теплоємність Дж/(г К);

q - кількість тепла, необхідна для підвищення температури тіла від t₁ до t₂ , Дж/кг.

Якщо кількість тепла q, необхідна для нагрівання тіла від t₁ до t₂ не залежить від температури, то величина постійна. Однак у більшості випадків q залежить від температури, і ця залежність може бути представлена наступною емпіричною формулою:

,

звідси

,

де: с_и - дійсна питома теплоємність тіла.

Для визначення теплоємності твердих тіл застосовується ряд способів, які можна розділити на три групи:

а) метод змішання;

б) методи, основані на вимірюванні швидкості нагрівання або охолоджування;

в) методи прямого визначення істинної теплоємності.

Згідно з теоретичними передумовами, питома теплоємність вугілля повинна меншати в ряді вуглефікації, якщо врахувати, що водень і вуглеводні володіють більшою теплоємністю, ніж графіт, до структури якого наближається вугілля при підвищенні ступеня метаморфізму. Наприклад, теплоємність водню рівна 2,30, металу - 2,30, ацетилену - 1,63 і графіту - 0,84 кДж/(кг град.). Залежність середньої питомої теплоємності вугілля при однаковій температурі від виходу летких речовин можна прийняти лінійною і виразити рівнянням:

, кДж/кг град,

де: с_t - питома теплоємність вугілля при температурі t, ⁰ С;

А і В - емпіричні коефіцієнти. У інтервалі температур 0-100 ⁰ С А=0,900-1,025; В=0,034-0,050.

Теоретичний аналіз і обробка експериментальних даних дозволили встановити закономірність зміни теплоємності вугілля від температури. У інтервалі температур від 0 до 250-300 ⁰ С питома теплоємність вугілля зростає і, досягши максимуму при 270-350 ⁰ С, вона меншає при подальшому підвищенні температури, наближаючись при 1000 ⁰ С до теплоємності графіту.

Величини теплоємності вугілля Донбасу, отримані Померанцевим В.В. розрахунковим шляхом, приведені в наступній таблиці 2.11.

Таблиця 2.11 - Теплоємність вугілля Донбасу, кДж/(кг К)

Температура, °С	Марка вугілля
	Д	Ж	Т	А
1	2	3	4	5
20	1,38	1,38	1,26	1,05
300	1,34	1,38	1,22	1,05
500	1,12	1,26	-	1,05
700	1,05	1,17	1,01	0,97
900	0,97	0,92	-	0,92
1000	0,86	0,86	0,92	0,86

Автор не проводив досліджень в діапазоні температур 0-300 ⁰ С, тому з отриманих результатів випало збільшення теплоємності з температурою в цьому інтервалі.

Мінеральні домішки дещо знижують питому теплоємність вугілля, оскільки вони мають питому теплоємність с_24-100 =0,80-0,84 кДж/(кг К), однак при зольності вугілля до 12 % це зниження невелике (1-2 %). Потрібно відмітити значне зростання (майже в 2 рази) теплоємності мінеральних включень в інтервалі температур 20-1000 ⁰ С.

Теплоємність коксу, отриманого з різного вугілля, мало коливається і становить c_25-100 =0,837-0,840 кДж/(кг К). Зі зростанням температури теплоємність коксу росте, причому темп приросту рівний 0,0021 кДж/(кг К) в інтервалі температур 50-475 ⁰ С.

Коефіцієнт термічного розширення характеризує деформацію матеріалу під дією температури, яка пов'язана із зміною середніх відстаней між молекулами. У зв'язку з цим потрібно чекати, що він буде змінюватися в широких межах по ряді вуглефікації приблизно таким же чином, як і константи пружності. Встановлено зниження коефіцієнта термічного розширення в ряду вуглефікації і анізотропічний ефект при дослідженні теплового розширення вздовж і перпендикулярно нашарування, що з'являється у вугілля із вмістом вуглецю 85 % і зростаючий у антрацитів. Цей ефект виникає під впливом мікропористої системи у вугіллі, яка стає все більш анізотропною завдяки зростанню і орієнтації ароматичних ламелей.

Електромагнітні властивості

У літературі широко розглянуті закономірності зміни електроопору електризації, діелектричної проникності вугілля, а також результати дослідження вугілля методами електронного парамагнітного резонансу ЕПР і ядерного магнітного резонансу ЯМП.

Електризація твердих матеріалів може бути зумовлена електричними полями, механічними, фізичними і хімічними процесами. Аналізуючи дані природної електрозарядженості подрібненого вугілля, потрібно зазначити, що вугілля при подрібненні заряджається біполярно і асиметрично.

Вивчення електризації вугілля при його дробленні і розпилюванні 170 основних шахтопластів Донецького, Кузнецького і Карагандинського басейнів, представлених всіма марками кам'яного вугілля від Д до А, з природною вологістю 0,2-9,9 %, зольністю 1,1-55,5 % і виходом летких речовин 2,5-41,9% дозволило всебічно вивчити залежність електрофізичних властивостей від фізико-хімічних параметрів вугілля.

Електрозарядженість росте із збільшенням дисперсності вугільних частинок, що пояснюється підвищенням питомої поверхні електрично заряджених частинок. Збільшення вмісту мінеральних домішок у вугіллі приводить до зменшення зарядженості потоку аерозолю. Зростання числа парамагнітних центрів пропорційне підвищенню заряду на поверхні вугілля, що добре показано на прикладі жирного вугілля Донбасу. Вплив окисненості вугілля неоднозначний і залежить від ступеня вуглефікації.

Залежність питомої напруженості електричного поля вугільного пилу від ступеня вуглефікації носить параболічний характер з максимумом для вугілля середнього ступеня вуглефікації, який відповідає вмісту вуглецю 90 %. Як вказувалося вище, таке вугілля має мінімальний показник мікротвердості за Віккергу і максимальний показник здатності до подрібнення за Хардгрове. Це свідчить про те, що електризація поверхні частинок вугілля при руйнуванні є функцією їх структури. Диспергування вугілля приводить до виникнення потоку емісії електронів високої енергії (ЕЕВЕ), параметри якої залежать від структурних особливостей вугілля, що руйнується. Максимальні значення потоку ЕЕВЕ відповідають також вугіллю середнього ступеня вуглефікації, причому для вугілля марок Ж і К характерна також "післяемісія" (емісія після припинення механічного впливу), тривалість якої становить 1-4 хв. Зміна потоку ЕЕВЕ в ряді вуглефікації корелює з електризацією частинок для вугілля Донецького басейну. Оскільки електрони мають негативний заряд, то їх інтенсивна емісія з поверхні вугілля при диспергуванні пояснює позитивну електрозарядженість вугільних частинок.