Гумінові кислоти, бітуми, гірський віск

Реферат на тему:

Гумінові кислоти, бітуми, гірський віск




Слабкі водні розчини лугу витягують з торфу і бурого гумусового вугілля групу речовин, що носять загальну назву гуматів солей гумінових кислот (ГК). На свіже кам'яне вугілля і антрацити луги практично не діють, що свідчить про відсутність в них фрагментів, з кислотними функціями. Реакція з лугами часто застосовується для визначення до якого, - бурого чи кам'яного, належить досліджуване вугілля (реакція Е.Донаба), що досліджується, а також для визначення ступеня окиснення кам'яного вугілля.

Для витягання гумінових кислот з торфу і бурого вугілля найбільше поширення отримав метод Е.Ердманна, за яким заздалегідь екстраговане сумішшю спирту з бензолом (1:1) буре вугілля в кількості 2-5 г обробляється в конічній колбі 800 мл 1%-ним розчином NaOH при нагріванні протягом години на водній бані і частому струшуванні. У випадку торфу проводиться також попередня обробка його водою і 2-5 % HCl. Через добу з колби зверху відбирається піпеткою 200 мл прозорого розчину, який підкисляється надлишком соляної кислоти. У осадок випадають гумінові кислоти, які відфільтровують через беззольний фільтр з фіксованною вагою, який промивається потім водою, висушується у вакуумі при температурі до 80 0С і зважується. Вага гумінових кислот, за вирахуванням ваги золи, множиться на 4 і визначається вміст гумінових речовин в ТГВ.

Визначення загального виходу гумінових кислот за ГОСТ 9517-76 полягає в обробці вугілля лужним розчином пірофосфорнокислого натрію з подальшою екстракцією гумінових кислот розчином їдкого натра при нагріванні, осадженні їх надлишком соляної кислоти і визначенні маси отриманого осадку.

Визначення виходу вільних гумінових кислот полягає в екстракції ГК з проби вугілля 4 % розчином NaOH при нагріванні, подальшому осадженні їх надлишком соляної кислоти і визначенні маси отриманого осадку.

Зміст гумінових кислот в торфах і вугіллі коливається від 10 до 88 % причому з підвищенням ступеня вуглефікації бурого вугілля і з наближенням їх до стадії кам'яного вміст ГК меншає. 

Гумінові кислоти, що виділяються з різних торфів і вугілля, помітно відрізняються не тільки за виходом, але також за властивостями і складом, оскільки вони є сумішшю трьох груп речовин, схожих за їх реакцією зі слабкими лугами, але відмінних за розчинністю у воді і спирті. Частину ГК, розчинну у воді, називають фульвокислотами, не розчинну у воді, але розчинну в спирті гематомелановими, а нерозчинні у воді і спирті гумусовими кислотами. У ГК торфу фульвокислоти складають від 5 до 18 %, а в ГК бурого вугілля 1-3 %. Найбільш вивченими є гумусові кислоти, кількісно переважають в суміші, а найменше фульвокислоти. 

Фульвокислоти виділяють разом з іншими ГК 1-2 % розчинами лугів, але з лужних розчинів соляна кислота їх не осаджує і вони залишаються в кислому фільтраті. Водні розчини фульвокислот мають золотисто-жовтий або оранжево-жовтий колір, вміст вуглецю в них 44-50 %, водню 5-6 %.

Гематомеланові кислоти мають в розчиненому вигляді червонувато-коричневий колір, а в твердому вигляді це коричневі аморфні порошки, що містять біля 62 % вуглецю, 3-6 % водню і азот, молекулярна маса - 700-900.

Гумусові кислоти являють собою коричневі аморфні порошки, що розкладаються при нагріванні. Їх густина змінюється від 1,33 до 1,45 г/см3 і закономірно збільшується з підвищенням зрілості торфу і бурого вугілля.

Розроблена принципова схема отримання безбаластних гуматів, яка включає стадії подрібнення до 3-6 мм, приготування 2 % розчину лугу, змішування лужного розчину з вугіллям, екстракцію гуматів, розділення суміші на тверду і рідку фази і упарювання розчину гуматів до отримання сухого гумату натрію.

У промисловому масштабі з бурого вугілля добувають гумат натрію, товарна анзва -- вуглелущний реагент УЩР, який ефективно знижує в'язкість і стабілізує глинисті розчини при бурінні свердловин і особливо в складних геологічних умовах.

Розроблено два способи отримання УЩР мокрий і сухий. Промислове виробництво здійснене за сухим способом, що вигідно відрізняється простотою апаратурного оформлення, невеликими капітальними вкладеннями і експлуатаційними витратами.

Давно помічено, що органічні розчинники і їх суміші здатні витягувати з твердих горючих копалин різні кількості речовин. Обробка здійснюється наступними методами.

Обробка розчинниками при кімнатній температурі.

Обробка розчинниками при температурах нижче за точку їх кіпіння (за принципом екстрактора типу Сокслета).

Обробка киплячими розчинниками або в їх парах (за принципом екстрактора Грефе або Грефе-Зайченка).

Обробка розчинниками при температурі вище за точку їх кипіння під тиском (в автоклаві).

Обробка при кімнатній температурі здійснюється шляхом безпосереднього контакту вугілля з розчинником в колбі або іншій посудені протягом певного часу.

Обробка ТГК розчинниками в екстракторі Сокслета основана на тому, що сконденсовані пари киплячого розчинника поступають в гільзу з пробою ТГК, що досліджується, де холодний або теплий розчинник взаємодіє в ним, утворюючи розчин, періодично або постійно перетікаючий по сифонній трубці в колбу екстрактора.

Екстрактор Грефе відрізняється тим, що ТГК в гільзі з фільтрувального паперу вміщується всередині колби, в парах киплячого розчинника.

Під дією органічних розчинників з різних видів ТГК в розчин переходять ті або інші кількості екстрактів що іменуються бітумами. Кількість, склад і властивості речовин, що виділяються навіть з одного і того ж зразка різними розчинниками і в різних умовах неоднакові, в зв'язку з чим потрібна стандартизація умов обробки.

У країнах СНД екстрагування бітумів з бурого вугілля проводять бензолом за ГОСТ 10969-74. Бензол переганяють з розчину, отриманий екстракт висушують до постійної маси. Для досліджень застосовується екстракційний прилад типу Грефе.

Частіше за все при аналізі бітумів визначають лише дві групи речовин - віск і смолу, оскільки розділення бітумів на ці групи має важливе практичне значення.

Вміст смол в бітумі визначають шляхом розчинення його в ацетоні. Віск в ацетоні не розчиняється, а смоли йдуть з бітумів в ацетон, а потім визначаються після випаровування ацетону. Визначення масової частки смол в бітумі може бути виконане шляхом розчинення смолистих речовин в сірчаному ефірі при кімнатній температурі.

Вміст воску в бітумах торфів коливається від 16,6-55,7 % у верхових торфах до 42,4-80,9 % в низинних торфах.

Вихід і склад бітумів з бурого вугілля різних родовищ і типів, так як і для торфу, коливається у широких межах. У вугіллі Дніпровського буровугольного басейну вихід бітумів становить 2,3-20,9 %, у вугіллі Підмосковного басейну 1,3-4,8 %, а в землистому бурому вугіллі Німеччини 6,3-36,6 %, в американському бурому вугіллі 1,6-14,2 %.

Найбільш цінними бітумами вважаються ті, що містять більше воску. Бітуми бурого вугілля, багаті воском, і віск, очищений від смол та інших домішок, є важливим продуктом хімічної переробки бурого вугілля та торфів і носить назву гірського воску (монтан-воску).

Одним зі способів хімічної переробки торфу і бурого вугілля, що отримав промисловий розвиток, є екстракція їх органічними розчинниками в метою одержанням бітуму або сирого гірського воску.

У 1959 році був введений в експлуатацію перший в Україні Семенівський завод гірського воску в м. Олександрія на бурому вугіллі Дніпровського буровугільного басейну, а в 1961 р. почав працювати дослідно-промисловий завод на торфі в Білорусії.

Широке застосування гірського воску (ГВ) зумовлене унікальністю його фізико-хімічних властивостей: висока вологостійкість, хімічна стійкість за відношенні до кислот і різних окиснювачів, механічна міцність і здатність давати тверді блискучі покриття, висока температура плавлення (до 90 0С), хороша розчинність в органічних розчинниках, низька електропровідність, здатність давати водостійкі композиції з парафіном, стеарином і озокеритом, підвищувати температуру плавлення суміші.

На склад гірського воску впливають генезис вугілля і технологія виробництва.

Гірський віск застосовується більш ніж в 20 основних галузях, він входить до складу більш ніж 400 рецептур побутової хімії (пасти, креми, лаки, фарби). Найбільшим споживачем ГВ є взуттєва промисловість, побутова хімія, виробництво копіювального паперу, грамплатівок, мастил, точне лиття по моделях, що виплавляються і в промисловості пластичної маси.

У світі випускається понад 40 марок обезсмоляних восків. Екстракція бурого вугілля з метою витягання ГВ являє собою складний фізико-хімічний процес, на який впливають фізичні (крупність і вогкість зерен), хімічні (склад вугілля, природа розчинників) і технологічні (апаратурне оформлення і параметри процесу) чинники.

Органічні розчинники, що використовуються в промисловості у відношенні до бітумів за зростанням екстракційної здатності розташовуються в такий ряд: бензин, бензин-бензол, бензол, спирто-бензол. У відношенні до воску екстраційна здатність збільшується в ряді: бензин, бензин-бензол, спирто-бензол, бензол.

Як сировина для отримання гірського воску використовуються торф і буре вугілля Дніпровського басейну. У Дніпровському буровугільному басейні виділено гумусове і гуміто-ліптобіолітове вугілля. Гуміто-ліптобіолитові вугілля має більший вихід бітумів (8-20 % на суху масу) і летких речовин (Vdaf=62-68). Вихід бітумів з гумусового 000000000 вугілля становить 3-8 %.


ЛІТЕРАТУРA



Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.

Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.

Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.

Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.

Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.-- М. Недра 1980.-- 256 с.

Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых.-- К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.-- 255 с.

Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. -- М. : Недра, 1980. -- 266 с.

Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.-- М : Недра, 1975.-- 159 с.

Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.--М. : Недра, 1978.--231 с.

Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.-- К. : Наук. думка, 1982.-- 166 с.

Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных соединений.-- 3-е изд., перераб. и доп.-- М. : Химия, 1976.-- 436 с.