Kolanalys

Kolanalystekniker är specifika analysmetoder utformade för att mäta de särskilda fysikaliska och kemiska egenskaperna hos kol . Dessa metoder används främst för att bestämma kolets lämplighet för koksning , kraftproduktion eller för järnmalmssmältning vid tillverkning av stål .

Kolets kemiska egenskaper

Kol finns i fyra huvudtyper eller led: brunkol eller brunkol , bituminöst kol eller svartkol, antracit och grafit . Varje typ av kol har en viss uppsättning fysikaliska parametrar som mestadels styrs av fukt, innehåll av flyktiga ämnen (i termer av alifatiska eller aromatiska kolväten ) och kolinnehåll.

Fukt

Fukt är en viktig egenskap hos kol, eftersom allt kol bryts vått. Grundvatten och annan främmande fukt är känd som oavsiktlig fukt och förångas lätt. Fukt som hålls i själva kolet är känt som inneboende fukt och analyseras kvantitativt. Fukt kan förekomma i fyra möjliga former inom kol:

• Ytfuktighet : vatten som hålls på ytan av kolpartiklar eller maceraler
• Hygroskopisk fukt : vatten som hålls av kapillärverkan i kolets mikrosprickor
• Nedbrytningsfukt : vatten som hålls i kolets nedbrutna organiska föreningar
• Mineralfuktighet : vatten som utgör en del av kristallstrukturen hos vattenhaltiga silikater såsom leror

Total fuktighet analyseras genom förlust av massa mellan ett obehandlat prov och provet när det väl analyserats. Detta uppnås med någon av följande metoder;

1. Uppvärmning av kolet med toluen
2. Torkning i en ugn med minst fritt utrymme vid 150 °C (302 °F) i en kväveatmosfär
3. Torkning i luft vid 100 till 105 °C (212 till 221 °F) och relativ massaförlust bestämd

Metod 1 och 2 är lämpliga med lågrankade kol, men metod 3 är endast lämplig för högrankade kol eftersom friluftstorkande lågrankade kol kan främja oxidation. Inneboende fukt analyseras på liknande sätt, även om det kan göras i vakuum.

Flyktiga ämnen

Flyktiga ämnen i kol avser komponenterna i kol, förutom fukt, som frigörs vid hög temperatur i frånvaro av luft. Detta är vanligtvis en blandning av kort- och långkedjiga kolväten, aromatiska kolväten och en del svavel. Flyktiga ämnen utvärderar också adsorptionsapplikationen av ett aktivt kol. Det flyktiga materialet i kol bestäms enligt strikt kontrollerade standarder. I australiska och brittiska laboratorier innebär detta att kolprovet värms upp till 900 ± 5 °C (1650 ±10 °F) i 7 minuter. När kolets rankning ökar minskar det flyktiga materialet (AMK).

Aska

Askhalten i kol är den obrännbara rest som finns kvar efter att kol har bränts. Det representerar bulkmineralmaterialet efter att kol, syre, svavel och vatten (inklusive från leror) har drivits bort under förbränningen. Analysen är ganska enkel, med kolet genombränt och askmaterialet uttryckt i procent av den ursprungliga vikten. Det kan också ge en indikation om kvaliteten på kol. Askhalten kan bestämmas som lufttorkad och ugnstorkad. Den största skillnaden mellan de två är att den senare bestäms efter att fukthalten i kolprovet har avlägsnats.

Fixat kol

Den fasta kolhalten i kolet är det kol som finns i materialet som finns kvar efter att flyktiga material har drivits bort. Detta skiljer sig från kolets slutliga kolinnehåll eftersom en del kol går förlorad i kolväten med de flyktiga ämnena. Fixerat kol används som en uppskattning av mängden koks som kommer att erhållas från ett kolprov. Fixerat kol bestäms genom att ta bort massan av flyktiga ämnen som bestämts med flyktighetstestet ovan från den ursprungliga massan av kolprovet.

Fysiska och mekaniska egenskaper

Relativ densitet

Kolets relativa densitet eller specifik vikt beror på kolets rangordning och graden av mineralförorening. Kunskap om densiteten för varje kolspel är nödvändig för att bestämma egenskaperna hos kompositer och blandningar. Kollagens täthet är nödvändig för omvandling av resurser till reserver.

Relativ densitet bestäms normalt av förlusten av ett provs vikt i vatten. Detta uppnås bäst med hjälp av finmalet kol, eftersom bulkprover är ganska porösa. För att bestämma koltonnage på plats är det dock viktigt att bevara tomrummet vid mätning av den specifika vikten.

Partikelstorleksfördelning

Partikelstorleksfördelningen hos malet kol beror dels på kolets rangordning, som bestämmer dess sprödhet, och på den hantering, krossning och malning som det har genomgått. I allmänhet används kol i ugnar och koksugnar i en viss storlek, så kolets krossbarhet måste bestämmas och dess beteende kvantifieras. Det är nödvändigt att känna till dessa data innan kol bryts, så att lämpliga krossmaskiner kan utformas för att optimera partikelstorleken för transport och användning.

Float-sink test

Kollager och partiklar har olika relativa densiteter, bestämt av vitrinithalt , rang, askvärde/mineralhalt och porositet. Kol tvättas vanligtvis genom att det passerar över ett bad av vätska med känd densitet. Detta tar bort partiklar med högt askvärde och ökar säljbarheten av kolet samt dess energiinnehåll per volymenhet. Sålunda måste kol utsättas för ett float-sink-test i laboratoriet, vilket kommer att bestämma den optimala partikelstorleken för tvätt, densiteten hos tvättvätskan som krävs för att ta bort det maximala askvärdet med minimalt arbete.

Float-Sink-testning utförs på krossat och pulveriserat kol i en process som liknar metallurgisk testning på metallisk malm .

Nötningsprovning

Nötning är kolets egenskap som beskriver dess benägenhet och förmåga att slita bort maskiner och genomgå autonom malning. Medan kolhaltigt material i kol är relativt mjukt, är kvarts och andra mineralbeståndsdelar i kol ganska nötande. Detta testas i en kalibrerad kvarn som innehåller fyra blad med känd massa. Kolet omrörs i kvarnen i 12 000 varv med en hastighet av 1 500 varv per minut. (Dvs. 1500 varv under 8 min.) Nötningsindexet bestäms genom att mäta massaförlusten för de fyra metallbladen.

Särskilda förbränningsprov

Specifik energi

Bortsett från fysikaliska eller kemiska analyser för att bestämma hanteringen och föroreningsprofilen för ett kol, bestäms energiproduktionen av ett kol med hjälp av en bombkalorimeter som mäter den specifika energiproduktionen av ett kol under fullständig förbränning. Detta krävs särskilt för kol som används vid ånggenerering.

Askfusionstest

Beteendet hos kolets askrester vid hög temperatur är en kritisk faktor vid valet av kol för ångkraftproduktion. De flesta ugnar är utformade för att ta bort aska som en pulveraktig rest. Kol som har aska som smälter samman till en hård glasartad slagg som kallas klinker är vanligtvis otillfredsställande i ugnar eftersom det kräver rengöring. Emellertid kan ugnar utformas för att hantera klinkern, vanligtvis genom att avlägsna den som en smält vätska.

Aska smälttemperaturer bestäms genom att titta på ett gjutet exemplar av kolaskan genom ett observationsfönster i en högtemperaturugn. Askan, i form av en kon, pyramid eller kub, värms stadigt över 1 000 °C till en så hög temperatur som möjligt, helst 1 600 °C (2 910 °F). Följande temperaturer registreras;

• Deformationstemperatur : Denna uppnås när formens hörn först blir rundade.
• Mjukningstemperatur (sfär) : Denna uppnås när toppen av formen antar en sfärisk form.
• Hemisfärtemperatur : Detta uppnås när hela formen antar en halvklotform.
• Flödestemperatur (vätsketemperatur) : Detta uppnås när den smälta askan kollapsar till en tillplattad knapp på ugnsgolvet.

Degelns svullnadsindex (fritt svällningsindex)

Det enklaste testet för att utvärdera om ett kol är lämpligt för produktion av koks är testet med fritt svällningsindex. Detta innebär att ett litet prov av kol värms upp i en standardiserad degel till cirka 800 grader Celsius (1500 °F). Efter uppvärmning under en viss tid, eller tills alla flyktiga ämnen har drivits bort, finns en liten koksknapp kvar i degeln. Tvärsnittsprofilen för denna koksknapp jämfört med en uppsättning standardiserade profiler bestämmer Free Swelling Index.

Kolklassificering efter rang

Flera internationella standarder klassificerar kol efter sin rangordning, där stigande rang motsvarar kol med högre kolhalt. Graden av kol är korrelerad med dess geologiska historia, som beskrivs i Hilts lag .

I ASTM- systemet klassificeras allt kol med mer än 69 % fixerat kol efter dess innehåll av kol och flyktiga ämnen. Kol med mindre än 69 % fast kol klassificeras efter sitt värmevärde . Flyktiga ämnen och kol är på en torr mineralfri bas; Värmevärdet baseras på vattenhalten som bryts, men utan fritt vatten.

ISO har också ett kolrankningssystem, även om dess underavdelningar inte är i linje med ASTM-standarden.

ASTM kolklassificering

Klass	Grupp	Fixed Carbon % Torr, mineralfri	Flyktiga ämnen % Torr, mineralfri	Värmevärde MJ/kg Fukt, mineralfri
Antracit	Meta antracit	>98	<2
	Antracit	92–98	2–8
	Semi antracit	86–92	8–14
Bituminös	Lågflyktig	78–86	14–22
	Medelflyktig	69–78	22–31
	High Volatile A	<69	>31	>32,6
	Högflyktig B			30.2–32.6
	Högflyktig C			26.7–30.2
Subbituminös	Subbituminös A			24.4–26.7
	Subbituminös B			22.1–24.4
	Subbituminös C			19.3–22.1
Brunkol	Brunkol A			14.7–19.3
	Brunkol B			<14,7

Coal Analytical Methods Blackwell Scientific Press, 1984.

externa länkar

• Kolberedning (journal)