Большинство показателей качества характеризует не уголь в целом, а его органическую массу (элементный состав, выход летучих веществ, теплота сгорания). Однако пересчет этих результатов на органическую массу (табл. 7.2) затруднен из-за отсутствия надежного метода определения в углях содержания минеральной массы.
Известны несколько методов определения содержания минеральных компонентов в углях. Точность прямых методов (петрографические, обогащение в тяжелых средах) недостаточна для количественных оценок, тем более, для пересчетов результатов анализа.
Косвенный химический метод регламентирован в ГОСТ Р 58227–2018 (ИСО 602–2015) «Топливо твердое минеральное. Метод определения минерального вещества». Этот метод основан на учете основных превращений, происходящих при взаимодействии соединений минеральной массы с химическими реагентами.
Он состоит из ряда операций и отдельных анализов: частичной деминерализации углей соляной и фтористоводородной кислотами, определения зольности остатка, содержания влаги и хлора в остатке, а также железа в золе. Массовую долю минерального вещества в угле вычисляют по результатам, полученным при последовательном проведении этих анализов.
Однако минеральные компоненты углей настолько разнообразны, что оценить их содержание в угле, учитывая только основные реакции, можно лишь приблизительно. Наиболее перспективными методами количественного определения минеральной массы углей являются способы, основанные на мягком окислении органической массы, почти не затрагивающем минеральные составляющие. Это, например, метод низкотемпературного озоления (НТО) в вакууме в токе ионизированного кислорода (низкотемпературной кислородной плазмы) [17].
Поскольку надежный метод определения минеральной массы (MM) в твердых топливах отсутствует, был предложен ряд приближенных формул для ее подсчета. В основе формул лежит значение зольности, и введены поправочные коэффициенты в соответствии с реакциями превращения минеральных компонентов при озолении (§ 6.1). Наибольшее распространение получила формула проф. В.С. Крыма [2]:
При составлении этой формулы были приняты во внимание основные изменения минеральных компонентов: полное разложение карбонатов и выделение диоксида углерода CO2; полное удаление гидратной влаги WMM из силикатов и гипса; полное превращение FeS2 в Fe2О3 с окислением и частичным улетучиванием пиритной серы Sp; увеличение массы за счет образования сульфатов (SA – сера золы и SSO4 – сера сульфатная).
Из этой формулы видно, какие поправки необходимо внести, чтобы при пересчетах приблизить значение зольности (A) к содержанию минеральной массы. Все показатели, входящие в формулу (7.9), кроме гидратной влаги (WMM), могут быть определены экспериментально стандартными методами.
Первой поправкой к зольности является величина CO2 – массовая доля диоксида углерода из карбонатов минеральной массы. Стандартные методы определения этого показателя приведены в § 7.5.
Вторая поправка – влага гидратная, WMM. Метод определения гидратной влаги в твердом топливе отсутствует. Косвенные методы и формулы расчета WMM основаны на результатах анализа золы [2], например:
WMM = 0,353 · (Al2O3)А · A/100, (7.10) где (Al2O3)А — массовая доля оксида алюминия в золе, %.В Российской Федерации массовую долю гидратной влаги рассчитывают, исходя из зольности пробы и учитывая национальный фактор FMM, равный 0,1, по следующей формуле:
W a MM = 0,1 · A a (7.11) Третья и четвертая поправки связаны с содержанием разновидностей серы в углях, методы определения которых описаны в главе 10.В табл. 7.3 приведены примеры (по Т.А. Зикееву [2]) сопоставления зольности и минеральной массы углей, рассчитанной по формуле В.С. Крыма, из которых видно, что разность между величинами MM и A значительна. Результаты анализа необходимо пересчитывать на органическую массу при глубоком изучении углей. Если результаты анализа используются для технических целей, то достаточно пересчитать их на сухое беззольное состояние, вводя при необходимости поправку на диоксид углерода.
Для приблизительной оценки содержания минеральной массы в России используют эмпирическую формулу
