СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ВОССТАНОВЛЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ОТВАЛОВ КАМЕННОУГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ
METHOD FOR DETERMINATION OF FRACTIONAL COMPOSITION OF REDUCED SUBSTANCES FROM COAL STRIP MINE STOCKPILES

Изобретение относится к области экологии и почвоведения и может быть использовано для определения фракционного состава восстановленных веществ отвалов каменноугольных разрезов.
Известен способ определения форм гумуса, включающий воздействие двухромовокислого калия разной окисляющей способности с одинаковой концентрацией 0,4 н. в конечном объеме на усредненные образцы почвы при температуре 150°С в течение 20 минут (патент RU №2020481, опубл. 30.09.94).
Наиболее близким к предлагаемому является метод определения валового количества восстановленных продуктов, включающий воздействие двухромовокислым калием 0,4 н. в 50% растворе серной кислоты на усредненные образцы анализируемого материала отвалов, нагревание при 140-170°С и титрование 0,2 н. раствором железо-аммония сернокислого закисного - солью Мора с последующим определением количества соли Мора, израсходованного на титрование раствора после окисления образца и расчетом количества восстановленных веществ (В.И.Савич, О.Д.Сидоренко, Е.В.Трубицина, Н.Г.Улько «Оценка окислительно-восстановительного состояния в системе почва-растение». Методические указания для студентов факультета агрохимии и почвоведения в системе СНО, М., 1984).
Недостатком известных способов является то, что при анализе почв при вышеуказанных условиях окисляются все восстановленные вещества, поэтому их невозможно разделить на фракции. Использование данных методов при анализе материала отвалов каменноугольных разрезов не обеспечивает полного окисления восстановленных веществ, а это снижает точность способа.
В Кузбассе предприятия угольной промышленности за год выносят на поверхность 1,5 миллиарда тон глубинной породы. Все эти 1,5 миллиарда тон породы вынесены из зоны восстановления, содержащей большое количество восстановленных веществ. На поверхности эти вещества начинают окисляться, процесс окисления может сопровождаться образованием новых продуктов, накапливающихся или мигрирующих в ландшафтах и способных осложнить экологическую обстановку региона. Поэтому важно знать содержание, состав и свойства восстановленных веществ отвалов каменноугольных разрезов.
Задачей предлагаемого изобретения является определение фракционного состава восстановленных веществ отвалов каменноугольных разрезов и повышение достоверности способа.
Для достижения технического результата в предлагаемом способе определения фракционного состава восстановленных веществ в отвалах каменноугольных разрезов, включающем воздействие двухромовокислым калием 0,4 н. в 50% растворе серной кислоты на усредненные образцы анализируемого материала отвалов, нагревание при 140-170°С и титрование 0,2 н. раствором железо-аммония сернокислого закисного - солью Мора с последующим определением количества соли Мора, израсходованного на титрование раствора после окисления образца и расчетом количества восстановленных веществ, берут три усредненных образца анализируемого материала отвалов и первый образец нагревают при 140-170°С в течение 30 мин, второй образец нагревают при 140-170 С в течение 5 мин, а третий образец выдерживают при 18-20°С в течение 15-20 мин, при этом содержание трудноокисляемой фракции пропорционально разнице значений количества соли Мора, израсходованной на титрование растворов, полученных после окисления первого и второго образцов, содержание среднеокисляемой фракции пропорционально разнице значений количества соли Мора, израсходованной на титрование растворов, полученных после окисления второго и третьего образцов, а содержание легкоокисляемой фракции отвечает количеству соли Мора, израсходованной на титрование третьего образца.
Экспериментально было установлено, что при нагревании 140-170°С в течение 30 минут происходит полное окисление восстановленных веществ, при температуре ниже 140°С в течение 30 минут не происходит полного окисления восстановленных веществ, а при температуре выше 170°С начинает разлагаться двухромовокислый калий, что отражается на точности анализа.
Данные, полученные при нагревании 140-170°С в течение 30 минут, принимаются как валовое количество восстановленных веществ в мг экв. на 100 г образца.
Также, экспериментально было установлено, что для разделения трудно- и среднеокисляемых фракций материалов отвалов наиболее оптимальным временем является 5 минутное нагревание с температурой 140-170°С. Для разделения средне- и легкоокисляемых фракций материала каменноугольных отвалов при температуре 18-20°С оптимальным временем является 15-20 минут.
На чертеже представлена гистограмма полноты окисления восстановленных веществ при 140-170°С в течение 20 и 30 минут, где по вертикали - количество восстановленных веществ в мг экв. на 100г навески, а по горизонтали - номера образцов (1…3). На гистограмме каждому образцу соответствует 2 колонки. Первая (светлая) отражает количество восстановленных веществ при 30 минутном нагреве, вторая (темная) показывает количество восстановленных веществ при 20 минутах нагрева. Более высокие значения в первой колонке каждого образца свидетельствуют о том, что при нагревании 140-170°С в течение 30 минут происходит более полное окисление восстановленных веществ, чем при 20 минутах. Что подтверждает большую достоверность предлагаемого способа.
Ход анализа.
Перед анализом готовится двухромовокислый калий 0,4 н. в 50% растворе серной кислоты. Для определения фракционного состава одного образца берут 6 термостойких колбочек емкостью 50…100 мл. В 3 колбы вносят 50 мг навески материала отвала, высушенные до воздушно-сухого состояния и просеянные через сито 0,25 мм. Затем в каждую колбу с навесками приливают по 10 мл 0,4 н. раствора двухромовокислого калия разбавленного (50%) серной кислотой и перемешивают. После этого 2 колбы, закрывают воронками и помещают в термостат. При достижении температуры 140°С первую колбу выдерживают в течение 5 минут, вторую в течение 30 минут, затем колбы вынимают из термостата и охлаждают. Третью колбу выдерживают в течение 15-20 минут при температуре 18-20°С. Титрование проводят 0,2 н. раствором соли Мора до перехода окраски в зеленую. Для приготовления холостых проб в 3 колбы без навесок также приливают по 10 мл раствора двухромовокислого калия, после чего с ними проводят те же операции.
Количество миллилитров раствора соли Мора, пошедшее на титрование после окисления навески, отвечает тому количеству двухромовокислого калия, которое осталось неизрасходованным в процессе окисления. Расчет количества восстановленных веществ ведется по формуле Х=а/0,003, где Х - количество восстановленных веществ в мг·экв. на 100 г навески, а - содержание гумуса по Тюрину. В свою очередь содержание гумуса рассчитывается по формуле Тюрина , где Х - содержание гумуса, а - количество мл соли Мора, пошедшее на холостое титрование, в - количество мл соли Мора, пошедшее на титрование неизрасходованного, на окисление двухромовокислого калия, К - поправка к титру соли Мора, 0,2 - нормальность соли Мора, С - навеска в граммах.
Так как при нагревании 140-170°С в течение 30 минут окисляются все восстановленные вещества, то полученные в этом случае данные принимаются как валовое количество восстановленных веществ в мг·экв. на 100 г образца.
При 5 минутном воздействии с температурой 140-170°С окисляется большинство восстановленных веществ, но не все. В этом случае содержание неокислившихся веществ, то есть фракции трудноокисляемых соединений, определяют вычитанием значений полученных при 5-минутном нагревании от значений при 30-минутном нагревании.
Во время анализа образцов без нагрева в навеске окисляются наиболее не устойчивые к окислению вещества, и значения, полученные в этом случае, являются содержанием фракции легкоокисляемых соединений. Далее, отнимая эти значения от значений, полученных при 5-минутном нагревании, мы получаем содержание фракции среднеокисляемых компонентов почвы.
Пример
Анализируемые образцы были отобраны на отвалах Ольжерасского углеразреза в 15 км к северо-востоку от г.Междуреченска Кемеровской области.
Полученные в ходе анализа данные представлены в таблице 1. Данные, полученные при расчетах фракций восстановленных веществ приведены в таблице 2.
Таблица 1
Количество мл соли Мора
№ образца
30 мин
5 мин
20°С
130°С
150°С
180°С
130°С
150°С
180°С
15 мин.
1
11,2
10,4
7,8
12,9
12,6
11,9
25,3
2
11,4
10,5
7,5
12,0
11,5
11,1
24,2
3
12,2
11,4
8,3
13,3
12,8
12,4
23,8
4
14,5
13,6
9,9
15,8
15,1
14,8
25,8
5
18,0
17,1
12,2
16,9
16,3
15,9
25.9
6
17,1
16,3
11,8
19,2
18,7
18,3
25,4
7
16,9
16,1
12,3
19,5
19,1
18,7
25,7
8
16,4
15,7
10,9
14,7
14,3
14,0
25,3
9
18,3
17,7
12,5
15,8
15,4
15,1
25,4
10
15,5
14,8
9,8
17,0
16,6
16,2
25,2
Таблица 2
Содержание фракций вост. компонентов
№ образца
мг·экв. на 100 г почвы
валовое
количество
трудноокисл.
среднеокисл.
легкоокисл.
1
8308
823
5798
1687
2
10320
1301
6343
2676
3
9576
958
6175
2443
4
7352
840
4814
1698
5
6406
764
4198
1444
6
5661
801
3320
1540
7
6554
388
4517
1649
8
7883
805
5255
1823
9
6032
369
4148
1515
10
7338
1634
3833
1871
Из таблиц видно, что предлагаемый метод позволяет выделить 4 фракции, легко-, средне-, трудноокисляемых и фракции валового количества восстановленных веществ в материале отвалов каменноугольных разрезов, отличающихся друг от друга устойчивостью к окислению.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять фракционный состав восстановленных веществ отвалов каменноугольных разрезов и повышает достоверность их определения.